聽宇宙的聲音

鞠強

“‘天籟這個名字出自莊子的《齊物論》，是‘宇宙的聲音的意思。我們現在進行的‘天籟計劃，就是為了聆聽宇宙的聲音。”陳學雷在他位于國家天文臺的辦公室接待了我們。與想象中天文學家的辦公室不一樣，他辦公室中沒有與天文有關的模型，只是到處都是書，其中很大一部分是關于信號統計分析。“我們要考慮怎樣能夠更好地整理分析望遠鏡‘聽到的信息嘛，”陳學雷笑呵呵地說。

“天籟計劃”的目的，是去探測宇宙的聲音，從而幫助科學家理解暗能量的性質。1998年，珀爾馬特、施密特和里斯等人發現宇宙在加速膨脹，促使物理學家提出暗能量的概念以解釋這種現象。但是，暗能量究竟是什么，物理學家卻一無所知。

科學家并不能用望遠鏡直接“看到”暗能量，但可以通過測量宇宙膨脹速度的變化來探測它，而射電觀測則為我們認識暗能量提供了另一個視角。宇宙中大量分布的氫原子，它們所發射或者吸收的波長為21厘米的電磁輻射（譜線）是了解宇宙的一個窗口。隨著宇宙膨脹，這些輻射發生紅移，波長變長。通過對各個不同波長的21厘米譜線進行探測，科學家可以了解在宇宙大尺度上中性氫原子是如何分布的，從而構建出宇宙的圖像。2003年，陳學雷與合作者首次預言了宇宙第一代恒星形成時可以產生21厘米強吸收譜。

2004年陳學雷回國工作，被聘為國家天文臺研究員。“我也在考慮，是否可以研制專門的射電望遠鏡探測21厘米譜線，”這樣他提出了“天籟計劃”。

計劃于2012年立項后，陳學雷帶領研究團隊進行了艱辛的選址和建設工作，前后跑了全國一百多處備選站址。“開始我們考慮過內蒙，離北京近，也有大片空地，但是實地考察以后發現那里地形太過平坦、不能很好地屏蔽干擾;我們也去了貴州，但是那里地形復雜交通很不方便，我們的設備沒法開車運過去，”最終觀測站建立在了新疆紅柳峽。

2016年，他們建成了望遠鏡并實現了初光觀測。但是，宇宙21厘米信號探測難度很大，目前國際上開展類似研究的幾個團隊都還在努力攻關，因此，“觀測站的建成還只是一個開始”。

今年是阿波羅11號登月50周年，人類又重新燃起了登月的熱情。對陳學雷來說，月球也有著重要的意義。包括“天籟計劃”在內的地面射電望遠鏡希望觀測到的21厘米譜線來自宇宙的第一代恒星，而更早期的譜線具有更高的紅移，波長變得非常長。這些超長波來自宇宙大爆炸后尚未形成恒星的“黑暗時代”，帶有宇宙早期的關鍵信息。但是這些超長波會受到地球大氣和各種電磁輻射的干擾，在地面上難以觀測，所以科學家選擇進行太空觀測。不過，地球附近的太空中也會受到地球的各種影響，而月球背面因為可以屏蔽來自地球的電磁輻射成為一個理想的觀測位置。現在，陳學雷帶領的團隊正在進行相關研究，計劃發射由若干顆衛星組成的超長波天文觀測陣列。這個陣列將工作在月球背面的太空中，可以繪制出超長波波段的天圖，幫助我們更好地理解宇宙的演化。

我們常說科學家是在攀登科學的高峰，陳學雷對此有更深刻的體會。他曾是北大登山社山鷹社的社員之一，1996年成功登頂海拔6193米的北美洲第一高峰德納里峰。后來，在紀念山鷹社成立30周年的一本文集中，他回憶了這段經歷，并把科研和登山進行類比。在他看來，登山之美就在于攀登的樂趣，而科研也正是如此。在這段攀登的路上，一邊欣賞美麗的風景，一邊去聽宇宙的聲音。