如果《三體》紅岸基地有原型 可能就藏在這片針葉林里

提到劉慈欣《三體》中的神秘的“紅岸基地”，你的腦海中是否會(huì)浮現(xiàn)出這樣的畫(huà)面——

東北的黑土地上，茂密的針葉林中，站立著一面巨大的拋物面天線……

其實(shí)，現(xiàn)實(shí)生活中確實(shí)有這樣一個(gè)地方，但它并不像“紅岸基地”一樣聳立在高峰之上，而是一臺(tái)實(shí)際存在并運(yùn)行著的，最接近紅岸基地描述的望遠(yuǎn)鏡——中國(guó)西安衛(wèi)星測(cè)控中心佳木斯66米射電望遠(yuǎn)鏡。

圖1 森林環(huán)繞中的佳木斯66米射電望遠(yuǎn)鏡（攝影：西安衛(wèi)星測(cè)控中心 呂炳宏）

佳木斯66米射電望遠(yuǎn)鏡，顧名思義，是一臺(tái)坐落于黑龍江省佳木斯市的，口徑66米的射電望遠(yuǎn)鏡。不過(guò)更多的時(shí)候，人們叫它深空天線。

“深空天線”由何得來(lái)？

了解探月工程的朋友們可能對(duì)“深空探測(cè)”一詞并不陌生。不過(guò)月球只是深空探測(cè)的前哨，我們以后還要對(duì)火星甚至更遠(yuǎn)的目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)。我們?cè)谔剿髟虑颉⑸踔粱鹦堑臅r(shí)候，需要對(duì)探測(cè)器進(jìn)行控制，也需要接收探測(cè)器傳送回來(lái)的數(shù)據(jù)，而這些都需要用到“深空天線”。

可以想象，要和遙遠(yuǎn)的探測(cè)器對(duì)話，我們不僅要有大嗓門(mén)，還得有靈敏的好耳朵。而佳木斯66米深空天線作為亞洲最大的全可動(dòng)天線，就兼顧了“大嗓門(mén)”和“好耳朵”。不過(guò)這個(gè)嗓門(mén)和耳朵并不是收發(fā)聲波的，而是收發(fā)電磁波的。佳木斯66米深空天線能夠使用電磁波和月球的探測(cè)器進(jìn)行良好的對(duì)話，是我國(guó)探月工程的主力設(shè)備之一。

圖2 佳木斯66米深空天線及觀測(cè)室（攝影：西安衛(wèi)星測(cè)控中心 呂炳宏）

圖3 觀測(cè)室內(nèi)，工作人員正在操縱望遠(yuǎn)鏡（攝影：西安衛(wèi)星測(cè)控中心 呂炳宏）

究竟是“天線”還是“射電望遠(yuǎn)鏡”？

不管是佳木斯66米深空天線，還是大家熟知的貴州“天眼”望遠(yuǎn)鏡FAST，都可以統(tǒng)稱為“天線”，但“矯情”的天文學(xué)家們一般會(huì)將用作天文觀測(cè)的天線稱為“望遠(yuǎn)鏡”。再加上天線工作的電磁波頻段是射電波段，所謂具體來(lái)說(shuō)就是“射電望遠(yuǎn)鏡”。

人造信號(hào)，比如手機(jī)、人造衛(wèi)星、深空探測(cè)器等發(fā)出的信號(hào)，通常要比天文學(xué)家要觀測(cè)的天體信號(hào)強(qiáng)很多，所以一般用來(lái)接收人造信號(hào)的天線并不需要太靈敏的“耳朵”。但是佳木斯66米天線不一樣，它的目標(biāo)是更為遙遠(yuǎn)的星辰大海！為了能和以后發(fā)射到更遠(yuǎn)的深空探測(cè)器對(duì)話，佳木斯66米天線收聽(tīng)信號(hào)的能力向著射電望遠(yuǎn)鏡看齊，也因此具備了進(jìn)行天文觀測(cè)的能力。而實(shí)際上，它也正在進(jìn)行著天文觀測(cè)。所以也可以稱它為“佳木斯66米射電望遠(yuǎn)鏡”。

我是個(gè)矯情的人，我喜歡叫它佳木斯66米射電望遠(yuǎn)鏡。

值得一提的是，因?yàn)橐话愕奶煳挠^測(cè)只需要接收信號(hào)，所以國(guó)內(nèi)的射電望遠(yuǎn)鏡，除了佳木斯這位，都沒(méi)有發(fā)射信號(hào)的能力。所以，要問(wèn)cosplay紅岸基地哪家強(qiáng)？佳木斯66米射電望遠(yuǎn)鏡當(dāng)仁不讓?zhuān)?/p>

圖4 點(diǎn)點(diǎn)繁星之下的佳木斯66米射電望遠(yuǎn)鏡（攝影：西安衛(wèi)星測(cè)控中心 呂炳宏）

脈沖星——也許能帶我們走得更遠(yuǎn)

佳木斯66米射電望遠(yuǎn)鏡目前主要的天文觀測(cè)目標(biāo)是脈沖星。你說(shuō)它一個(gè)深空站，怎么就去看脈沖星了呢？別說(shuō)，要想去征服更遙遠(yuǎn)的星辰大海，也許還得靠脈沖星。

我們以前的科普文（https://mp.weixin.qq.com/s/y5Y3uLPl4XRkd36nIyZaBg 和 https://mp.weixin.qq.com/s/udGn8VC45n3SQNVGCbueHw）介紹過(guò)，脈沖星是隨著自身轉(zhuǎn)動(dòng)，輻射束周期性掃過(guò)地球的中子星。想象一座燈塔，光束不斷掃過(guò)四周，如果我們站的位置剛好能被掃到，那就能周期性地感受到光亮。脈沖星，就是宇宙中的燈塔。

圖5 脈沖星示意圖。上邊部分展示的是一顆旋轉(zhuǎn)中的中子星（紫色球）及其兩個(gè)輻射束（黃色束）。下邊部分紅點(diǎn)指示對(duì)應(yīng)時(shí)刻我們看到的中子星的亮度。黃色曲線是中子星旋轉(zhuǎn)一周的亮度變化。

（圖片來(lái)源： http://www.ligo.org/science/Publication-S6VSR24KnownPulsar/）

如果我們的探測(cè)器飛出了太陽(yáng)系，去到地球上的天線再也無(wú)法與其通信的遙遠(yuǎn)星際空間，那失去地面控制的探測(cè)器要怎么順利到達(dá)它的目的地呢？一種可能的方案就是讓探測(cè)器利用脈沖星進(jìn)行自主導(dǎo)航。

使用脈沖星來(lái)進(jìn)行導(dǎo)航之前，需要先用地面的射電望遠(yuǎn)鏡對(duì)脈沖星做細(xì)致的觀測(cè)，分清楚哪些脈沖星適合用來(lái)做導(dǎo)航，并為可以用來(lái)做導(dǎo)航的每一顆脈沖星制作一份“檔案”。而這些檔案就是未來(lái)星際探測(cè)器進(jìn)行星際旅行時(shí)所需要用到的地圖了。星際航行中的探測(cè)器雖然不再接受地球人的控制，但卻可以自己觀測(cè)脈沖星，然后根據(jù)身上帶著的“地圖”，確定自己在宇宙空間中的位置。

最近的一項(xiàng)科研進(jìn)展中，國(guó)家天文臺(tái)的天文學(xué)家利用佳木斯66米射電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)了10顆脈沖星，并對(duì)它們的“星際閃爍”現(xiàn)象進(jìn)行了分析。

可能很多人見(jiàn)過(guò)這樣的場(chǎng)景：陽(yáng)光透過(guò)清澈的水體照射到水底，隨著水面的波動(dòng)，水底的光影也隨著抖動(dòng)變化。

類(lèi)似的，脈沖星發(fā)出的電磁波，透過(guò)星際介質(zhì)照射到地球上，也會(huì)隨著星際介質(zhì)的波動(dòng)而發(fā)生明暗變化。這種現(xiàn)象我們稱之為“星際閃爍”。從觀測(cè)中，我們可以看到脈沖星不同頻率的電磁波隨時(shí)間發(fā)生亮度變化（見(jiàn)圖7）。

圖7 佳木斯66米射電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的脈沖星B0355+54星際閃爍現(xiàn)象（P.F.Wang et al. 2018）。顏色表示脈沖星輻射的亮度，橫軸是時(shí)間，縱軸是電磁波頻率。

對(duì)這些變化的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的處理，除了能得到星際介質(zhì)的一些信息，還能推算脈沖星的橫向速度等信息。而脈沖星的運(yùn)動(dòng)信息，也是星際航行“地圖”中所不可缺少的。

現(xiàn)實(shí)版“紅岸基地”，承載著人類(lèi)對(duì)宇宙的向往

不同于《三體》小說(shuō)中的紅岸基地，佳木斯66米射電望遠(yuǎn)鏡并不用來(lái)直接與外星文明建立聯(lián)系，而是努力地協(xié)助人類(lèi)的航天器飛向更遠(yuǎn)的宇宙空間。但與紅岸基地相同的是，佳木斯66米射電望遠(yuǎn)鏡同樣承載著人類(lèi)對(duì)宇宙空間的無(wú)限向往！

圖8 佳木斯深空站部分工作人員合影

參考資料：

1.佳木斯深空站圓滿完成“鵲橋”中繼星近月制動(dòng)任務(wù) https://mp.weixin.qq.com/s/saOhD1ZK8XywQPqjh8GCkw

2.Xu, Dezhen, et al. "First geodetic VLBI sessions with the Chinese Deep Space Stations Jiamusi and Kashi." Advances in Space Research 58.9 (2016): 1638-1647.

3.Wang, P. F., et al. "Jiamusi Pulsar Observations: II. Scintillations of 10 Pulsars." arXiv preprint arXiv:1808.06406(2018).