“宇宙探索俱樂部”又添科學大裝置，“天籟”如何聽見宇宙的“回響”？

在大山邊、遠離人群的地方，支起幾口“大鍋”，它們像朝著太陽的向日葵，終日面向天空。聆聽“天籟”就是它們的主要作用：坐標地球，張開“雙耳”，去捕捉宇宙起源的“聲音”——

天籟陣列。圖源：國家天文臺

日前，位于我國新疆哈密的科學項目“天籟”實驗，通過平方公里陣列天文臺認證，入選平方公里陣列射電望遠鏡（SKA）“探路者”。

“每個字都認識，但完全看不懂？”在相關(guān)詞條的熱搜上，網(wǎng)友們表示“不明覺厲”。又一個科學大裝置，人類離宇宙探索進程又進一步？為此，記者聯(lián)系到天文領(lǐng)域科普專家、全國科普工作先進者曹林，解讀“天籟”背后的科學原理。

射電望遠鏡，是一個大型“收音機”

據(jù)相關(guān)媒體報道，“天籟”一詞，來源于莊子的《齊物論》，意為宇宙萬物自然之聲，“天籟”實驗探測宇宙重子聲波，由此得名。

天籟柱形射電陣列 圖源：央視新聞

天籟項目由中國科學院國家天文臺主持建設(shè)，目前已建成的，是兩種構(gòu)型的望遠鏡陣列：一個由3個柱面反射面天線組成的柱形射電陣列和由16個拋物面天線組成的碟形射電陣列。

它們的類型屬于“射電望遠鏡”，并且“排兵布陣”，形成了一個較大的陣列。

“射電天文學是一門非常年輕，同時非常具有專業(yè)性的學科?！辈芰衷噲D用“大白話”介紹射電望遠鏡的工作原理，但避不開的還是“電磁波”“宇宙大爆炸”“中性氫”等每個都能單獨延伸出一門課的天文詞匯。

《宇宙探索編輯部》劇照

首先從射電開始了解。在電影《宇宙探索編輯部》中，唐志軍（角色名）用電視的“雪花點”來接收來自外太空的信號，他對著銀幕外的人鄭重其事地說：“這不是普通的雪花點，這是宇宙誕生時的余暉?！?/p>

“這種說法其實并不準確，老式電視的天線無法簡單地接收到宇宙微波輻射，但是人類確實是在無線電活動中，逐漸發(fā)現(xiàn)了宇宙存在一個‘背景音’，這是宇宙大爆炸時的能量以微波形式存在的無線電輻射，分布到了整個宇宙當中?！辈芰纸忉尩?。

“宇宙微波背景輻射就屬于一個大爆炸的‘遺跡’，屬于射電天文學的典型場景，而射電望遠鏡就是觀測和研究天體射電波的設(shè)備?！辈芰纸榻B，無線電和微波我們平時所見的光都屬于電磁波，地球大氣層吸收了來自宇宙的大部分電磁波，只有?可見光和部分無線電波可以穿透，因此，天文學中將這些頻率在30MHz-300GHz的電磁波稱為射電波。

除了宇宙微波背景輻射，射電類天體比如中子星、脈沖星或星云、射電暴都能發(fā)出射電信號。曹林表示：“更通俗地看，射電望遠鏡更像一個‘收音機’，通過接收不同的信號，可以去發(fā)現(xiàn)不同的天體現(xiàn)象，甚至它未來演化的進程?！?/p>

地球望遠鏡“組團”掃描宇宙

中國科學院院士常進曾在接受采訪時表示，我國這幾年天文學發(fā)展很快，現(xiàn)在是射電天文一枝獨秀。曹林認為，此次“天籟”入選平方公里陣列射電望遠鏡（SKA）“探路者”，正是對我國先進射電天文技術(shù)的一種證明。

SKA是一項全球多國合資建造和運行的新一代射電望遠鏡，目前正在南非、澳大利亞建設(shè)，它的等效接收面積達平方公里級，以史無前例的超高靈敏度和科學發(fā)現(xiàn)能力，建成后將成為地球上最大、最先進的科學設(shè)施之一。

“同口徑射電望遠鏡的分辨率遠遠低于光學望遠鏡，所以人類會打造口徑巨大的望遠鏡去提高觀測的靈敏度，”曹林介紹，“比如中國天眼FAST，它的口徑就能達到500多米。在很多科幻小說中，也會利用天體自身去作一個射電望遠鏡的功能，達成觀測目標?！?/p>

中國天眼FAST 圖源：新華社

當現(xiàn)實地理空間不夠時，聰明的地球人想到，如果把各種各樣的望遠鏡放在一起，集合數(shù)據(jù)，排成一個射電望遠鏡陣列，來獲得更多具有科學價值的射電天文數(shù)據(jù)。

“如果站在宇宙視角，地球只是渺小的一個點。對于我們來說，國和國之間可能擁有遙遠距離的射電望遠鏡，一旦‘組團’，就是突破了地理限制的，更大的地球‘收音機’?！辈芰终f。

可想而知，當這只地球“巨眼”掃描宇宙，曾經(jīng)模糊不清的天體勢必將變得更加清晰，也將進一步幫助人類認識宇宙和基本物理規(guī)律。而此次入選成為“探路者”，天籟實驗的相關(guān)技術(shù)以及最新發(fā)現(xiàn)，將為SKA提供新的科學探索機遇，應(yīng)用到未來的射電望遠鏡建設(shè)中。

仰望星空，和宇宙多作“溝通”

此次“天籟”實驗的一大目標是發(fā)現(xiàn)神秘暗物質(zhì)，它無法被看見，但組成了宇宙總量的26.8%?？茖W家們發(fā)現(xiàn)，暗物質(zhì)質(zhì)量所提供的引力保證了星系和星系團的存在不四散橫飛，它也是驅(qū)動宇宙加速膨脹的未知能量。

“關(guān)于暗物質(zhì)的研究還在起步階段，科學家們至今仍未找到暗物質(zhì)本身?！辈芰终J為，“天籟”以中性氫探測研究為“鑰匙”，去搜尋暗物質(zhì)，正是走向宇宙起源奧秘的重要步伐。

日常生活中，我們無法感知到無線電或遙遠星系的存在。但宇宙，是和我們遙不可及又息息相關(guān)的存在。

比如太陽黑子的活動，會影響我們的衛(wèi)星活動，進一步影響手機信號，網(wǎng)絡(luò)通訊等；又或者人類生命的誕生，是因為我們處在了太陽系宜居帶中，在這一范圍內(nèi)，水可以以液態(tài)方式存在，人體代謝才成為可能；再進一步，天文學家卡爾·薩根曾說，我們身體里的氮，牙齒里的鈣、血液里的鐵，都是大爆炸時的萬千星辰散落而成……

“所以每個人都是星星的孩子，搜索宇宙、了解宇宙，發(fā)現(xiàn)宇宙的起源，從科學觀和人文觀上來說，都意義巨大?！辈芰终f道。

2024年8月12日夜間在湖北省武漢市黃陂區(qū)拍攝的英仙座流星雨。圖源：新華社

臨近10月30日“中國天文日”，曹林也期待更多的普通人能加入天文愛好者的隊伍?！把鐾强帐侨祟惖囊环N本能，了解它是開拓世界觀的過程，也是一次科學知識和科學素養(yǎng)的提升?！?/p>

“我覺得，每一個普通人能可以留心身邊的天體現(xiàn)象，比如流星、日食、月食、彗星，擁有一些觀測的基礎(chǔ)能力，是我們保持和世界溝通的方法。”曹林說。