北京中科中医院 http://m.39.net/disease/a_5410900.html
多年前，伽利略第一次把望远镜指向星空，看到了月球上的环形山和山谷，木星周围的四颗卫星。自此，人类开始使用各种工具探索宇宙，科技的进步让望远镜越做越大，但是想对星系整体或恒星整体进行全面的统计性的了解，就需要使用天文巡天的方式进行观测。国外的天文巡天是什么样的？国内的巡天工作又是怎么发展的？仙女座星系如何起源？将来会变成什么样？出品：格致论道讲坛以下内容为中国科学院国家天文台青年研究员范舟演讲实录：大家好，我是来自国家天文台的范舟，很高兴跟大家分享我给星星和星系做人口普查的过程。提到天文，大家可能首先想到的就是星空。星空非常美丽，有时候你一直看着星空，心中会涌现一种莫名的感动，感觉人类特别渺小。这张图片拍摄的是国家天文台兴隆观测基地的夜景，非常漂亮，大家有机会可以前去参观。在仰望星空的时候，很多人都会思考，天上的星星到底有多大？宇宙里面到底有多少颗星星？宇宙有没有边界？如果有边界，宇宙外面又是什么呢？远古时代，人类就一直仰望星空，思考各种和星空有关的问题。不过长期以来，人类一直都是用肉眼观测星空，而由于肉眼视能力的局限性，人们很难观测到特别暗、特别远的天体。直到多年前，伽利略第一次把望远镜指向星空，看到了人类肉眼无法看到的东西。比如月球上的环形山和山谷；太阳不但有黑子，它还在自转；金星和月亮一样，也有阴晴圆缺。木星不仅仅是一个光斑，它周围还有四颗卫星，后来被命名为伽利略卫星。这是一个里程碑式的事件，从此之后，人类开始使用各种工具探索宇宙，并且进入了一个制造望远镜的竞赛时代。因为制造出更大口径的望远镜，意味着可以看到更远的宇宙，更暗弱的天体。18世纪末德国有一位著名的天文学家，叫威廉·赫歇尔，他是制造望远镜方面的专家，一生建造了上百架天文望远镜。这张图片中的望远镜就是他研制的1.2米口径望远镜。这个望远镜非常大，和图中房子一比就更明显了。虽然它非常笨重，操作起来也不方便，但由于口径够大，所以借助它威廉·赫歇尔看到了很多之前无法看到的星体，如天王星以及天王星的卫星。后来，随着科技的进步，人类制造出了更大的望远镜。比如这张图中的胡克望远镜，它是一个名叫胡克的富商于年资助建造的，口径为2.5米。关于这个望远镜还有非常一个有趣的故事。这张照片中正在使用望远镜的人是爱因斯坦，他身后叼着烟斗的是哈勃。大家知道，爱因斯坦提出了广义相对论，建立了宇宙模型。但他刚把宇宙模型建起来，就非常惊讶地发现，宇宙居然是在膨胀的。爱因斯坦自己也吓了一跳，他觉得不可能，如果宇宙在膨胀，人们该有多不安啊！于是他在宇宙学状态方程中加入了一个常数，用以保持宇宙的恒定不变。后来，哈勃用胡克望远镜观测到了很多星系，发现几乎所有星系都在远离我们，所以得出“宇宙在膨胀”的结论。至此，爱因斯坦感到非常懊悔，他觉得自己加入宇宙常数的做法是一个很大的错误，以至于后来他觉得这是他人生当中最大的错误。之后还有很多新的望远镜诞生。这个5米口径的海尔望远镜建成于年，此后的40多年时间里，它一直是全世界像质最好、口径最大的望远镜。虽然20世纪70年代，苏联曾造过一个6米口径的望远镜（BTA），但那个望远镜在设计和建造过程中有一些缺陷，效果并不是很好，影响力也不是很大。海尔望远镜的记录一直保持到年凯克望远镜的出现。科技的进步让望远镜越做越大，甚至出现了像哈勃望远镜这类的空间望远镜。但是这些望远镜早期都局限于观测单一的天体。想对星系整体或恒星整体进行全面的统计性的了解，用这种观测模式显然不行。于是就产生了另一种方式的观测模式——天文巡天。国外天文巡天天文巡天就是对天空进行大范围的观测，甚至进行全天的观测，这有点儿像人口普查。比如，我想研究北京回龙观地区居民的职业情况。如果我只是对周围做IT行业的几位朋友进行调查，我就很容易得出“回龙观地区从事IT行业的人很多”这样的错误结论。因为我选择的样本不够大，调查的范围不够广。只有观测的范围足够广，调查的数据足够多，才能得到相对全面且正确的结论。实际上，多年前的人们也做了一些类似巡天之类的工作，法国天文学家梅西耶就根据观测做出了梅西耶星云星团表。表中包含了个天体，比如M31仙女座星系，在梅西耶星表里就排第31位。M1是什么？它是蟹状星云，是一个超新星遗迹。它的发现也有中国人的一份功劳，因为中国史书上有关于年出现超新星事件的观测记录。通过对蟹状星云的观测结果，人们最终推算出来，M1应该是在中国宋朝的时候爆发的，所以和历史记载很好的吻合。前一段时间人类首次拍摄到的黑洞照片拍摄的就是M87星系。这个星系从图上看似乎比较小，实际是一个非常巨大的椭圆星系，中心有一个60亿倍太阳质量的超大质量黑洞。直到现在，梅西耶星表到也非常流行。每年3月底全世界都会举行梅西耶马拉松——北半球的天文爱好者会拿着小型望远镜对星空中的梅西耶天体进行观测，一晚上把梅西耶星表里面所有星云、星团和星系都观测一遍。这个活动对天文爱好者的要求非常高，要求他们既要有认星的能力，还要有拍照的能力，而这也能检验天文爱好者的水平高低。除了梅西耶星表，还有一些代表性星表，比如NGC星表（星云和星团新总表）。NGC星表包含的星云、星团、星系的数量更多，有多个，星表里一一记录了它们对应的编号、位置、亮度、距离等信息。其实，如果把这些星表拿出来，你会发现，实际只是一个文字的表，记录了一些最基本的信息，并没有照片。那个有图的版本是后人根据拍出来的照片做了更形象化的补充，这样就可以和实际拍的进行比较，用起来就非常方便了。为什么当时这些星表只有文字呢？主要是因为当时记录成像的技术并不是那么成熟，大家拿望远镜可以看到很多天体，但要真正记录下来却很难。当然，有一些天文学家画画的功力比较好，可以用素描的形式将观测到的星体画出来。试想，如果那时每个观测者都有智能数码相机或智能手机，他们把相机或手机往望远镜的目镜那儿一装，就都能拍下来观测的天体了。一直到年左右，当拍照技术发展得比较成熟后，才有一些厂商有能力提供大批量高质量的照相底片供天文观测拍照使用。于是出现了对天文学产生深远影响的帕洛马巡天计划。之前人们使用的星表其实都是文本文件，而帕洛马巡天星表却是有有大量照片（图像）组成的。帕洛马巡天由美国国家地理协会和帕洛马天文台联合开展，对北半球天空进行全天巡天观测。每次拍一张照片，最后把所有拍出来的照片合并成一张非常大的照片。大家想查某个天体，只用翻看这个有图像的星表，就能看到它的位置、形状和大小，甚至它周围有没有别的星体都能看得非常清楚。因此帕洛马巡天在天文巡天观测上可谓一个巨大的飞跃。20世纪70年代，为了获得南半球的天体资料，人们利用澳大利亚英澳天文台的UKSchmidt望远镜对南半球做了巡天。后来将南、北半球的观测数据进行结合，形成了一个巨大的数据库。随着电子化技术的提升，人们又把这些照片的底片进行了数字化操作以供人们从网上下载使用。所以通过一些网站，现在的人们能很方便地搜到相关天体的详细图像资料。这张图片是帕洛马巡天的一个截图。它看起来和现在大家平时拍的照片差别比较大，它不但是黑白的，而且还非常模糊，还有很多噪声。不过限于当时的技术，它已经是一个巨大的飞跃了。它为后来很多的巡天计划，比如斯隆数字化巡天SDSS等，都提供了很好的数据基础。中国的巡天工作刚才说了很多国外的巡天，中国的巡天工作是怎么发展起来的呢？中科院院士、国家天文台研究员陈建生老师曾在20世纪七八十年代前往澳大利亚国家天文台访问。当时帕洛马巡天在国际上非常火爆，影响力非常大，他也深受启发。回国后，陈院士利用国家天文台兴隆观测基地的一个60公分口径的施密特望远镜，装配上不同颜色的滤光片对天空进行大视场巡天。之所以用不同颜色的滤光片，是因为它们透过的光的波长是不一样的。通过观察不同波长的天体的能量，就能得到一个能谱，然后对其进行物理分析。当时的巡天还配备了一个CCD（电荷耦合器件）相机，今天手机里也有类似运用。摄像头的前面是用于光学成像的镜片，后面是一个记录成像的仪器，手机一般用CMOS（互补金属氧化物半导体），CCD性能更高级一些。专业天文观测的常用的CCD/CMOS相机不仅可以用来记录，拍出来的信息还能直接数字化，直接存到电脑里，非常方便。这个巡天概念是20世纪90年代提出并开展起来的，可谓非常超前和新颖，一经提出，就受到很多研究机构的积极响应，比如亚利桑那、台湾、康尼狄格的高校和研究所。所以当时这个巡天也叫“北京-亚利桑那-台湾-康涅狄格巡天”（简称BATC巡天）。其中的小行星巡天非常有意思，它相当于对小行星进行人口普查。做小行星巡天也需要一个比较大的视场，当时大家用的都是口径较小的望远镜。从年开始，7年的时间里面，这个巡天就总共观测得到了颗有暂定编号的小行星，而且都是新的小行星，之前别人并没有发现的。其中多颗小行星拥有永久命名权。从列举的这些小行星命名中，大家可以看到，有些是科学家的名字，有些是作家的名字，还有些是著名院校的名字或地名。为什么会用金庸的名字来命名小行星呢？这是因为以前天文学家们观测的时候非常“孤单、寂寞、冷”，经常需要轮流在深山里连续观测一两周或者更长的时间。当时也不像现在人手一部智能手机，可以刷刷朋友圈打发业余时间。当时观星之余，当时大家都喜欢阅读金庸小说。很多天文学家都是金庸迷，所以就申请用金庸的名字来命了一颗小行星。还有一颗小行星的名字叫“南仁东星”。大家都知道，南仁东老师是中国“天眼”的发起人和奠基人，还是时代楷模。鉴于他对我国大科学装置的巨大贡献，所以用他的名字命名了一颗小行星。再比如，国家天文台属于中国科学院，承载中国科学院重要教学任务的大学是中国科学院大学。所以我们也申请用一颗小行星命名为“国科大星”。仔细看这张动图。望远镜指向的天区位置不动，对同一个天区进行不同时段连续拍摄后发现，图像最中间的地方有个亮点在移动。因为背景恒星是不会动的（在这么短的时间内），所以这个移动的亮点很有可能就是一个小行星。然后，我们把这个移动天体的信息发送给国际小行星中心，和数据库里已有的信息进行比较，以鉴别它是否是新的小行星。如果是，我们就是发现了一颗新的小行星，也就拥有它的命名权了。在巡天项目里，除了要给小行星查户口，还要给近邻的星系查户口，看看周围有多少个星系，它们长什么样子。当时我个人最感兴趣的星系就是仙女座星系，也就是梅西耶星表里的M31。它距离我们有万光年，也就是说，我们现在看到的仙女座星系，其实是它万年之前的样子。现在的仙女座星系是什么样子，我们必须要再等万年才能看到。仙女座星系非常漂亮，它周围有一些尘埃和气体的环状结构，从图上还能看到两个小的矮星系M32和NGC（实际上周围有更多）。如果现在在网上搜有关星系的图片，搜到的很多都是仙女座星系。不过对于科学家来说，我们

转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkjg/6420.html