天文學(xué)家眼中的星之“觀星指南”

自從開始做天文研究，就有很多人好奇地來問我，你是怎么看星星的？其實(shí)還能咋看，搬個(gè)小板凳坐那看唄……

為了生動(dòng)地回答這個(gè)問題，接下來就說說天文工作者眼中的星空。

怎么看？

圖1.電視劇《人民的名義》畫面（圖源：網(wǎng)絡(luò)）

提到天文學(xué)家看星星，許多人就會(huì)想到上面這個(gè)場(chǎng)景。但對(duì)于專業(yè)天文人員來說，上面這個(gè)做法早就不用了。

自從人類發(fā)明了照相底片，照相天文學(xué)就取代了肉眼觀測(cè)；CCD發(fā)明之后，很快就徹底取代了照相底片。而且科研級(jí)別的主流天文觀測(cè)也已經(jīng)擯棄折射式望遠(yuǎn)鏡多年了，現(xiàn)在大部分采用反射式望遠(yuǎn)鏡。

名詞解釋：CCD Charge-coupled Device，中文全名“電荷耦合器件”。這個(gè)名字實(shí)在不好理解。不過不要緊，大家玩的相機(jī)（包括手機(jī)的相機(jī)），鏡頭后面的焦點(diǎn)位置上，就是這個(gè)東西，或它的兄弟版本CMOS。簡單理解成電子膠卷就好。

當(dāng)然了，早期的天文學(xué)家還是用人眼去觀測(cè)并記錄的，比如下圖中威廉·赫歇爾制造的望遠(yuǎn)鏡。

圖2：威廉·赫歇爾的望遠(yuǎn)鏡示意圖（圖源：網(wǎng)絡(luò)）

圖3是新疆天文臺(tái)南山觀測(cè)站的一米望遠(yuǎn)鏡，是很常見的一臺(tái)地平式反射望遠(yuǎn)鏡。地平式是說這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的安裝方式。圖中藍(lán)色支架后面的黑色部分，它的內(nèi)部是主鏡面（這個(gè)角度看不到主鏡，而且主鏡在鏡蓋的保護(hù)之下）。主鏡面把星光聚焦到圖中左側(cè)支架頂端的主焦點(diǎn)上。然后主焦點(diǎn)的設(shè)備（其實(shí)也就是CCD）就記錄下了星光的信號(hào)。

圖3：新疆天文臺(tái)南山觀測(cè)站一米望遠(yuǎn)鏡（圖源：鄭捷）

順便說一句，這張照片中的最左邊有根管子，這是正在對(duì)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行維護(hù)的場(chǎng)景，不是正常觀測(cè)中的情形。

天文學(xué)家在哪看？

望遠(yuǎn)鏡被安裝在樓上的圓頂里，而我們則在樓下的控制室進(jìn)行操控，圖4就是控制室的樣子?？雌饋砗孟窈芏嗥聊唬鋵?shí)并沒有那么多計(jì)算機(jī)，因?yàn)橛行┯?jì)算機(jī)需要多個(gè)屏幕共同工作。算起來也就四五臺(tái)計(jì)算機(jī)吧。

圖4：新疆天文臺(tái)南山觀測(cè)站一米望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)室內(nèi)景（圖源：鄭捷）

為什么需要那么多屏幕呢？因?yàn)槲覀冊(cè)诠ぷ鞯臅r(shí)候需要同時(shí)監(jiān)控很多信息，例如一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制望遠(yuǎn)鏡的指向，以及望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)計(jì)劃，一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)的采集，還要負(fù)責(zé)顯示采集到的圖像數(shù)據(jù)。此外還有一大堆的雜事，例如監(jiān)控天氣狀態(tài)，填寫觀測(cè)日志，數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控，數(shù)據(jù)傳輸和備份……

可能有人說，這么多事情，為啥不做多窗口呢？兩個(gè)方面的原因，一方面我們不能讓每臺(tái)計(jì)算機(jī)工作負(fù)荷太重，都是實(shí)時(shí)系統(tǒng)，萬一哪臺(tái)機(jī)子太忙碌，整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)出問題的。其次呢，這些信息都是我們必須監(jiān)控的，甚至窗口都不宜重疊，必須讓我們?cè)诓僮鲿r(shí)一眼就能看到，所以就只能這么多了。

那么一個(gè)人能同時(shí)看這么多東西嗎？答案是能的。對(duì)于新手來說，手忙腳亂是難免的，因?yàn)槌丝匆淮蠖褨|西，還要操作一大堆東西，但是熟練了之后其實(shí)沒那么可怕。因?yàn)楹芏嚓P(guān)鍵信息都知道在哪里，掃一眼就知道是否正常?，F(xiàn)在設(shè)備的自動(dòng)化程度都非常高，出現(xiàn)異常都會(huì)給出提示，所以沒那么恐怖。

全波段和多信使天文學(xué)

事實(shí)上前面提到的只是光學(xué)望遠(yuǎn)鏡！

天文觀測(cè)從400多年前伽利略把望遠(yuǎn)鏡指向天空開始，進(jìn)入了望遠(yuǎn)鏡時(shí)代，之后波段逐漸擴(kuò)展到射電望遠(yuǎn)鏡等，再然后飛快地進(jìn)入了全電磁波段時(shí)代。

圖5：中國科學(xué)院新疆天文臺(tái)南山觀測(cè)站26米射電望遠(yuǎn)鏡，遠(yuǎn)處為原25米射電望遠(yuǎn)鏡天線。這是反射式射電望遠(yuǎn)鏡，是日常所見典型的“大鍋”（圖源：鄭捷）

圖6：500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST，又名中國天眼），這是一臺(tái)舉世矚目的射電望遠(yuǎn)鏡（圖源：國家天文臺(tái)）

隨著中微子天文學(xué)和引力波天文學(xué)在近年的出現(xiàn)和發(fā)展，天文學(xué)已經(jīng)進(jìn)入了多信使時(shí)代。近年來，隨著人類將一臺(tái)臺(tái)空間望遠(yuǎn)鏡送入太空，現(xiàn)在的觀測(cè)設(shè)備是空間、地基兩開花。

雖然不同的觀測(cè)方式使用的設(shè)備差異非常大，但是出于傳統(tǒng)習(xí)慣，我們?nèi)远挤Q它們?yōu)橥h(yuǎn)鏡，盡管早已不是“鏡子”了。比如下面這張圖，你能猜出這是啥？這是1932年央斯基的“旋轉(zhuǎn)木馬”天線，也是人類第一臺(tái)射電天文望遠(yuǎn)鏡。

圖7：人類第一臺(tái)射電望遠(yuǎn)鏡（圖源：網(wǎng)絡(luò)）

作者簡介：鄭捷，別名小林，理學(xué)博士，中國科學(xué)院國家天文臺(tái)助理研究員，興隆觀測(cè)基地駐站天文學(xué)家，主要從事多波段恒星測(cè)光巡天觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理，以及天文軟件研發(fā)工作。