來(lái)自地球的“宇宙戶(hù)籍警”

藍(lán)梓勻

通過(guò)大數(shù)據(jù)，人類(lèi)可以輕松地進(jìn)行戶(hù)籍管理。而科學(xué)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)超乎我們的想象，如今，科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)始放眼外太空，借助研發(fā)的“宇宙戶(hù)籍警”，對(duì)滿(mǎn)天星斗查起了“戶(hù)口”。

星星的“戶(hù)口簿”長(zhǎng)什么樣呢？中國(guó)科學(xué)院研究員以恒星為例，做出了如下解釋?zhuān)骸疤煳耐h(yuǎn)鏡觀測(cè)屏幕上那一排排灰白相間的閃爍條紋就是恒星的光譜。光譜包含了關(guān)于恒星特性的各種信息，能夠揭示恒星的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、溫度、質(zhì)量和化學(xué)成分，類(lèi)似于人們的籍貫、住址、年齡、性別、職業(yè)等戶(hù)籍信息。如果說(shuō)漂亮的星云圖是星星的剪影，那么光譜圖就是它們的證件照和戶(hù)口簿。”而“宇宙戶(hù)籍警”的核心任務(wù)，就是捕獲各種神秘星體的“戶(hù)籍信息”。

郭守敬巡天望遠(yuǎn)鏡：效率最高的“宇宙戶(hù)籍警”

位于河北省興隆縣的郭守敬巡天望遠(yuǎn)鏡，代號(hào)LAMOST，是目前世界上恒星“戶(hù)口簿”獲取率最高的“戶(hù)籍警”。它的主鏡由37塊邊長(zhǎng)1.1米的六角形鏡子拼接而成，能夠主動(dòng)改變鏡片形狀，克服由重力、溫度和風(fēng)力造成的鏡面影響，使“戶(hù)口簿”成像更加清晰。直徑1.75米的焦面上分布著4000根光纖（國(guó)際上同類(lèi)設(shè)備僅可容納640根），其自動(dòng)定位系統(tǒng)可以在數(shù)分鐘內(nèi)將光纖按星表位置精確定位，敏銳地捕捉到一些不易察覺(jué)的恒星蹤跡。

迄今為止，郭守敬巡天望遠(yuǎn)鏡已捕獲了700余萬(wàn)顆恒星的“戶(hù)籍信息”，比世界上所有已知的光譜巡天項(xiàng)目獲取的數(shù)據(jù)總數(shù)還要多，構(gòu)建了世界上最大的恒星“戶(hù)口”數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)通過(guò)它的觀測(cè)，還得出了快速射電暴、星團(tuán)中寄生的恒星星族、太陽(yáng)“超級(jí)耀斑”、活動(dòng)星系核中罕見(jiàn)的X射線準(zhǔn)周期振蕩等重大發(fā)現(xiàn)，可謂戰(zhàn)功赫赫。

大口徑全景巡天望遠(yuǎn)鏡：來(lái)勢(shì)最猛的“宇宙戶(hù)籍警”

大口徑全景巡天望遠(yuǎn)鏡屹立在智利阿塔卡馬沙漠山巔，代號(hào)LSST，擁有世界上最強(qiáng)大的數(shù)碼相機(jī)，其分辨率高達(dá)32億像素，所拍攝的任意一張星星“戶(hù)籍照”都需要1500塊高清電視屏才能展示出來(lái)。目前，美國(guó)能源部仍在完善它的各類(lèi)巨型組件，屆時(shí)它的相機(jī)將和一輛小型汽車(chē)差不多大，重量超過(guò)3噸，里邊包含一個(gè)能改變過(guò)濾器的機(jī)械裝置和大型快門(mén)，能夠拍攝比滿(mǎn)月大40倍的夜空區(qū)域，捕捉更多來(lái)自昏暗天體的“戶(hù)籍信息”。

這位“宇宙戶(hù)籍警”將每3天生成整個(gè)南部星空的“戶(hù)籍影像”，一次性完成哈勃太空望遠(yuǎn)鏡需要花120年才能完成的工作，幫助天文學(xué)家們追蹤數(shù)以?xún)|計(jì)的星際“逃亡者”、觀看星系碰撞以及恒星的出生與死亡過(guò)程。

據(jù)科學(xué)家估算，大口徑全景巡天望遠(yuǎn)鏡在10年內(nèi)已經(jīng)探測(cè)了幾百億個(gè)星體，每年檢測(cè)25萬(wàn)顆超新星，并將迄今為止數(shù)量最多的恒星以及觀測(cè)到的星系按目錄進(jìn)行分類(lèi)，所以稱(chēng)其為“來(lái)勢(shì)最猛的宇宙戶(hù)籍警”毫不為過(guò)。

南極亮星巡天望遠(yuǎn)鏡：耐力最強(qiáng)的“宇宙戶(hù)籍警”

南極亮星巡天望遠(yuǎn)鏡守衛(wèi)在“人類(lèi)不可接近之極”——南極大陸的最高點(diǎn)冰穹A，是史上耐力最強(qiáng)的“宇宙戶(hù)籍警”。它體長(zhǎng)2.4米，焦距長(zhǎng)度1867毫米，是我國(guó)自主研發(fā)的全自動(dòng)無(wú)人值守望遠(yuǎn)鏡，也是目前在南極運(yùn)行的最大口徑光學(xué)巡天望遠(yuǎn)鏡，裝備著目前世界上最大的單片電荷耦合器件，可一次觀測(cè)9個(gè)太陽(yáng)大小的天區(qū)，24小時(shí)即可覆蓋整個(gè)天空。

南極亮星巡天望遠(yuǎn)鏡的工作地點(diǎn)海拔4091米，年平均氣溫零下56℃，平均溫差高達(dá)120℃。在這種環(huán)境下使用的光學(xué)儀器，通常會(huì)面臨兩大技術(shù)難點(diǎn)：一是當(dāng)溫度快速升高時(shí)，鏡面會(huì)結(jié)霜;二是當(dāng)溫度變化大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)的熱變形，尤其是光學(xué)元件的熱變形，會(huì)降低光學(xué)成像的質(zhì)量。而南極亮星巡天望遠(yuǎn)鏡不僅完美地攻克了技術(shù)難點(diǎn)，還充分利用南極大氣視寧度小、透過(guò)率高和邊界層低等地理優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)達(dá)數(shù)月的連續(xù)觀測(cè)，成功獲取了Ia型超新星以及HAT-P-3b、HAT-P-12b等銀河系外行星源的“戶(hù)籍信息”，為科學(xué)家們研究超新星、宇宙暗能量，以及搜尋系外行星和變星提供了強(qiáng)大支持。

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡：視野最廣的“宇宙戶(hù)籍警”

與其他在地球上工作的“宇宙戶(hù)籍警”不同，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡被安裝在距離地球160萬(wàn)公里遠(yuǎn)的軌道上，一面圍繞太陽(yáng)軌道運(yùn)行，一面開(kāi)展星際“戶(hù)口調(diào)查”，成為視野最廣闊的“宇宙戶(hù)籍警”。

詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡號(hào)稱(chēng)史上最大的太空望遠(yuǎn)鏡，當(dāng)它置身于太空時(shí)，既不會(huì)受到太陽(yáng)光和熱量的侵襲，又可以避免來(lái)自地球和月球的反射光的干擾。它身上裝備的18面六方反射鏡，可以接收大量紅外光，幫助科學(xué)家更清晰地觀察太空。

2016年11月，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡由美國(guó)宇航局修建完工，再進(jìn)行一系列機(jī)械測(cè)試，它就能在軌道上執(zhí)行艱巨的任務(wù)了。如果測(cè)試順利，它將在2018年10月發(fā)射升空。屆時(shí)，科學(xué)家們將通過(guò)它反饋回來(lái)的星星“戶(hù)口簿”，研究宇宙中誕生的第一代恒星和星系，分析附近系外行星的可居住性。

隨著一顆顆神秘星體的“戶(hù)口”被曝光，宇宙的神秘面紗正被悄然揭開(kāi)。相信在不久的將來(lái)，會(huì)有更多的“宇宙戶(hù)籍警”涌現(xiàn)出來(lái)，大顯神通，為我們揭示太空的奧秘。