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[人世间] 我当初究竟在想什么,才会选择当天文学家 | 人间

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发表于 2022-11-20 12:58 PM | 显示全部楼层 |阅读模式


我当初究竟在想什么,才会选择当天文学家 | 人间

艾米莉·莱维斯克 人间theLivings 2022-11-20 07:05 Posted on 北京

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在普通人的脑海中,天文学家几乎等同于星空的守望者,隔三岔五就会跑到望远镜前。一旦有令人振奋的新鲜事物出现在天幕中,比如垂死爆发的恒星或初次造访的彗星,他们就会立马举起一台大大的侦察望远镜,目光如炬地看着天空,成为宇宙奇观的第一见证人。

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配图 | 《爱情天文学》剧照





1


凌晨两点,我坐在拉斯坎帕纳斯天文台的控制室里,头顶上是一架口径6.5米的麦哲伦望远镜,网页浏览器上开着许多用来打发时间的页面,再结合风速表上的数字,不难看出我们一整晚都没有开过望远镜。

我很早就敲定今晚的观测计划,还针对不同的阴天情景,未雨绸缪地制订了多套备用方案。在等待天气转晴的过程中,为了不浪费时间,我甚至重新看了一遍以前的旧数据,只是一到午夜时分,我的大脑就变成一团糨糊,无可救药地从“专心写论文”,变成“假装在看望远镜的操作手册”,最后沦落为“也许网上还有我没看过的搞笑的动物动图”。

这就是被阴云笼罩的天文学家的生活写照。

不久前,我走上连接两座麦哲伦望远镜圆顶室的栈桥,放眼望去,天空光彩夺目,澄澈无云,星河璀璨,正是每个天文学家梦寐以求的夜空。我希望能够再次观测红超巨星,延续我和菲尔始于基特峰的研究。

这一次,我要使用的望远镜大了3倍,要观测的红超巨星也更遥远了,在一个距离我们200万光年的星系。那些红超巨星诞生于1000万年前(在天文尺度上不过是昨天),与萦绕在它们周围的气体有着相似的化学组成。

我希望将观测对象扩展到其他星系,了解化学组成的差异如何影响红超巨星的物理特性及其临终表现。这其实是在用另外一种问法,提出我的博士论文所涉及的核心问题:大质量恒星如何走向生命的终点,它们的化学组成与其死亡有何关联?

如果这是在实验室环境里——假设我能从天空中摘下一颗红超巨星,对它做一些修修补补,或者用零件自行拼凑出一颗新的,这意味我要做两组对比实验。首先,我要空手造两颗红超恒星,其中一颗拥有与我们银河系中的气体相同的化学组成,另一颗则更接近我们隔壁的星系,那里的氢气和氦气稍微多一点;其次,我要加快它们的生长速度,一直加速到爆炸为止,最后观察它们临终的反应。

然而,以上纯属痴心妄想。我能做的是坐在安第斯山脉中的某一个山顶上,从遥远的地球凝视那些恒星发射出来的光线。早在地球的冰河时代,它们的光就已经从母星表面出发,踏上流浪宇宙的旅途。

为了这一天,我很早就提出望远镜使用申请,成功获得委员会的批准,千里迢迢来到山顶上,罗列好要观测的恒星清单,并将望远镜准备好,蓄势待发。观测前,一切都很顺利。虽然我才刚结束26个小时的舟车劳顿,接着立马切换到夜猫子模式,马不停蹄地开始通宵观测,我的脑子却异常清醒。

智利的八月,冬夜清冽,晴空无云,这是个能采集到好数据的良宵。美中不足的是,当晚风很大,狂风怒号。

根据天文台的规定,风速超过每小时35英里时,必须关闭麦哲伦望远镜的圆顶,保护镜面不受沙石尘埃的侵蚀,并防止肆虐的狂风灌进室内。只有当风速降到每小时30英里以下,并维持在这个水平至少几分钟,才能认为是达到可以再次开启圆顶的安全风速。在风势减弱之前,圆顶会一直紧闭。

望远镜虽然睁着大眼,不甘寂寞地嗡嗡作响,却只能盯着墙壁看。我和操作员一整晚都紧盯着屏幕上的风速。日落后,风速一直稳定在每小时40英里左右,甚至更高的水平。就在过去的一个小时里,我们欣喜地看到了风速减弱的迹象。36……33……31……29!

把我从恍惚中拉回来的一声怪响,来自旁边那位正在用头撞桌子的操作员,因为风速又一次飙升到了每小时42英里。我虽然听不懂他的西班牙语,却看懂了这个国际通用的身体语言。

我只有两晚能使用望远镜的时间,这是第二个夜晚的第6个小时。到目前为止,我连圆顶的天窗都没打开过。如果情况毫无改善,我辛苦飞了5000英里来到这儿,就只能连一个光子也没抓到,就灰溜溜地回去。


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我是夏威夷大学的一名研究生,本打算在毕业论文里用一整个章节介绍这些恒星,并且今年把论文写完,现在看来这个章节要难产了,甚至可能永无出生之日。当然,今年写完论文的前提是我要有足够的数据给论文老师看。我知道有人曾因一朵半路杀出来的云,学业、生活及工作被整整耽误了好几年。

我很高兴能在世界上最好的天文观测系里学习,也一直很刻苦,努力想在4年内念完博士——大多数人需要6或7年——这样就能快点回到男友身边。可是,安第斯山脉的一个大风之夜,竟然能让这么多计划夭折,这么多努力付诸东流,看上去似乎很荒谬。

“他们说,当上天文学家,会很有趣的,他们说。”我喃喃自语道,又一次查看我手上锐减的观测目标清单。当大风刮得整座楼房都在响时,我忍不住问自己,我当初究竟在想什么,才会选择当天文学家?

“我怎么就到了这里?”



2


我会来到这里,来到这个突兀地坐落在安第斯山脉的高科技控制室,要感谢从美国到智利的四座机场。我辗转于四个机场之间,在空中飞了整整一天,才抵达拉塞雷纳(La Serena),最后还坐了两个小时汽车,来到这座天文台。

这其实是一次很“典型”的观测活动——在望远镜对准天空之前,天文学家早已开始了忙碌的旅程,长途跋涉来到天文台,通宵达旦监督观测过程。今天,世界上最好的天文台都建在前不着村,后不着店的地方。到这样的地方去,相当于到炼狱走一遭。

一般情况下,你只要坐几小时飞机,就能到达大多数主要的天文台。任何经常去亚利桑那州图森市、智利拉塞雷纳市或夏威夷岛等地机场的人只要留心观察,就不难从人群中发现往返于各大天文台的天文学家。

那些足以暴露天文学家真实身份的特征有:印有美国国家航空航天局(简称“NASA”)、天文台或会议标志的衣服和笔记本电脑包,携带与当地气温不符的保暖衣物,在深夜里可疑地睁着一双清醒的眼。

在回来的路上,我们更容易被一眼识破,尤其是在阳光明媚的度假胜地,比如拉塞雷纳或夏威夷岛。在等待下午航班起飞的乘客队伍中,精力充沛、晒得一身古铜色的是游客,而面色苍白、半睡半醒的是天文学家。后者会在大白天拼命喝咖啡保持清醒,在抢来的阴凉处躺下,活像无家可归的游民。

即使从最近的机场出发,也要坐车一两个小时,才能到达天文台,而这看似短暂的车程,却充满了艰辛曲折的故事。我有一箩筐天文学家在去天文台的路上撞车的故事,多到可以单独写一本书。

我那些聪明绝顶的同事,大多是拥有多学位的学霸,不仅在物理学或工程学上有着博士水平的造诣,在交通事故上也是不遑多让。车子开到半路突然爆胎,车轮子卡到水沟里出不来,车子开上高耸的岩石地上进退两难,这类事故太多了;车子突然撞翻,在路上翻滚数圈,或者完全撞毁,驾驶者轻则骨折,重则进急诊室,这类事故也偶有发生。

说句公道话,驾驶者是睡眠严重不足的天文学家,开的是租来或借来的车子,走的又是崎岖不平的山路,会发生事故也情有可原。

大多数望远镜建在荒无人烟的山峰上,通常只有一条坑洼不平的蜿蜒山路能上去,那些路还是为天文台单独修的,只有天文台的人才会走。为了将光污染降到最低,这样的山路从不装路灯。大多数天文台山顶附近甚至会插着指示牌,提醒夜间行车的司机不要开大灯,以免光线射入敞开的圆顶内。于是,司机们只能黑灯瞎火地在发夹弯和“之”字弯里小心翼翼地往前行驶。

除了不能有灯光污染以外,道路也要尽可能少,有的路面可能铺了沥青,更多的只铺了碎石或泥土,有的甚至用车轮子碾一碾就完事了,一条车辙就是一条路。为了上山顶观测,许多天文学家即使毫无山地驾车经验,也只能硬着头皮,将车开上陡峭的山路。

望远镜通常被安装在比宿舍等生活设施更高的山顶,为了方便观测者往返于望远镜和宿舍之间,有些天文台甚至会给他们配观测用车。不过,套用一个汽车维修师经常吐槽的梗,谁也没法控制“方向盘和驾驶座之间的问题”。

一些天文台,尤其是南半球的天文台,隔三岔五要对车辆进行大检修。因为经常有车子撞上建筑物,或者滚下山坡,起因是那些来访的观测者,特别是从美国来的,越来越不熟悉手动换挡,停车时总是忘记拉手刹。

行驶在这样的道路上,如何克制地使用刹车也是一门学问。从山顶下来的路大多很陡峭,司机会频繁地踩刹车制动,刹车片很容易过热,结局就是司机坐在刹车失灵的车里,直直地冲进宿舍的停车场,有时甚至冲进宿舍楼里。


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很多天文学家到了山路上就变成了经验不足、横冲直撞的无知司机,或者被突然撞上汽车的圆顶吓一大跳。尽管这听上去已经够愚蠢了,但我相信我应该解锁了更愚蠢的车祸方法。

那是我研究生时期的一次观测活动,当时我已成功将车子开上了前往夏威夷莫纳克亚天文台的“路”。在这之前,我刚从天文系所在的瓦胡岛飞到夏威夷大岛,租了一辆红色小巧的汽车,载着我的研究生同学甜甜(化名),沿着山路蜿蜒而上。

从夏威夷大岛东海岸的希洛到内陆的莫纳克亚山只需要一小时的车程,却是惊心动魄的一小时。迂回曲折的马鞍路横贯整个大岛中部,时不时峰回路转,高低起伏,忽上忽下,给人一种坐过山车的感觉。

我们沿着马鞍路缓慢却坚定地从海平面爬升到6000英尺(约1829米)的高度,窗外的风景也随着海拔不断变化,从苍翠的热带树林,慢慢变成稀疏的灌木,沟壑纵横的黑色熔岩,掩映于低垂的云雾之下。

在美国,24岁的我还是一个年轻驾驶员,因为驾龄低,必须支付更高的租车费和保险费。一路上,我开得尤其谨慎,在奇特的地貌中蜿蜒而上,右转拐入通往天文台的专用车道,一边继续向山上行驶,进入袅袅云烟中,一边留意着经常在莫纳克亚山腰上吃草的牛。

山上有一块远近闻名的牌子,用于警告司机“小心看不见的牛”。这座山从这个海拔以上长年云雾弥漫,随时可能有一头牛凭空从雾海中冲出来。

还好我们不用一路开到山顶去,因为我们要去的是半山腰的游客中心和天文台宿舍,位于莫纳克亚山上海拔9000英尺(约2743米)的地方。我和甜甜需要在宿舍里休息一个晚上,先适应高海拔的低氧环境,接着才继续向上走,在海拔将近14000英尺(约4267米)的山顶工作几个晚上。当可以去山顶时,我们会搭天文台工作人员的车上去。

通往莫纳克亚山顶的最后一段路出了名地难走。宿舍区再往上尽是狭窄的山路,尘土飞扬,沙石遍地,崎岖无比,能把人颠到骨头散架。当地政府明令禁止非四轮驱动车辆开上这条路,但是每年都会有几个艺高人胆大的游客漠视规定,开着一辆租来的福特嘉年华,就勇往直前地往山顶上冲。最后,他们不得不从希洛叫来拖车,将车子从山沟里拖出来,被高昂的账单打脸。

一看到在云雾中若隐若现的游客中心和宿舍楼,我顿时信心大增。租来的红色小车依然顽强地坚持着,我和甜甜一边愉快地聊天,一边听着车里立体音响播放的音乐。这次观测没有老师在旁指导,我们将全程自力更生。这是我第四次来莫纳克亚山了,也是第四次成功躲过那些看不见的牛,因此我有点自鸣得意,觉得自己算得上是这条道上的老司机了。

正当我一边将车开进停车场,一边低头关掉播放器时,车子突然冲上停车场边缘的大三角形路缘石。我关掉发动机,拉下紧急刹车,忐忑地跳下车,这才看见问题有多严重。这是方圆几英里内唯一一块路缘石,我却非常精准地碾了上去,一只轮子还在半空中打转,这时强行倒车是自寻死路。

车子冲上路缘石的声音引起了护林员的注意,他们看了看我的车子,一致认为如果我希望车子完好无损地从路缘石上下来,只能破财消灾,给希洛那边打电话,请人来拖车。

我哀号了一声,绝望地看了一眼半个身子露在悬崖外的车,掏出手机准备打电话。此时的我不仅羞愧难当,还一个头两个大。我想,不仅租车公司会让我赔钱,学院恐怕也要找我算账,因为这车是学院替我预约的。万一天文台的人知道了这件事,不知道会怎么想。天哪,这真是一次代价惨重的事故。虽然我不是第一个出交通事故的人,但是万一处理不当的话,这可能会打乱我的观测计划,那我就别想毕业了……

我刚打通电话,一辆拖车从弥天大雾中横空出世,一发现我那辆束手无策的红色小车,立马转了个弯,驶入停车场。这位拖车司机刚处理完一个将租来的车子非法开上山顶公路的莽夫,这会儿又碰到一个愚蠢的天文学家,真是够幸运的。

山间的雾越来越浓,太阳也渐渐西沉,我赶紧请拖车司机开工,不敢问拖一次车要多少钱。最终,红色小车的四只轮子重新回到大地母亲的怀抱。不可思议的是,油底壳和发动机都完好无损,只有车架和保险杠底部新添了一些小小的刮痕。

在后来的几个夜晚,有几位碰巧撞见这次窘境的天文学家忍不住跑来打听情况。我知道,这个故事可能会伴随我一起回到学校,只是世事难料,它原本是我人生中最受挫的一次事故,后来却成了令我略感自豪的谈资。能够加入在去天文台的路上不幸撞车的天文学家的光辉行列,并且最终化险为夷,我其实是有一点小得意的。



3


相比之下,前往拉斯坎帕纳斯天文台的道路,就没那么坎坷。一走出拉塞雷纳机场,我就坐上天文台的班车,开始2个小时的车程。车子穿梭在智利的沙漠中,一面车窗向着大平洋,另一面车窗向着无边荒寂的沙漠,一簇一簇的小仙人掌迅速地从窗外掠过。

拉斯坎帕纳斯的山顶离宿舍也没那么远。从宿舍出来,只要朝着山顶的方向步行15分钟,就能到达望远镜所在地。我还没学会开手动挡的车,因此很乐意徒步往返于望远镜和舒适简陋的宿舍之间。

到了天文台后,我有一个晚上的休整时间,将生物钟调到观测者的作息。在食堂里吃一顿和午餐差不多的早餐,再买一份晚上要吃的袋装午餐,带到望远镜的控制室里吃。

白天,住在山上的天文学家除了养精蓄锐,计划晚上的观测方案,通常没什么可做的。白天的天文台是日间技术人员和工程师的天下,他们会在傍午和下午时分忙碌地穿梭于山顶的各个圆顶室之间,检测望远镜和各种仪器的状况,针对夜晚观测需求调整仪器,比如更换相机和冷却探测器,或者修理故障的设备。

拉斯坎帕纳斯山上只有四台望远镜—两台口径6.5米的麦哲伦望远镜、一台口径2.5米的望远镜、一台口径1米的望远镜,却汇聚了众多天文学家、望远镜操作员、天文台工作人员。

一到晚饭时间,食堂就变成吵闹的夜市。虽然修道院时代的座次礼仪和上菜铃早已成为历史,但是晚饭时间的热闹喧嚣却不曾消失。和大多数天文台的伙食阵容一样,这里供应的也是些朴素但管饱的食物:肉、五谷杂粮、土豆、汤,偶尔也有意大利面或蔬菜,为有特殊饮食需求的人准备的。

坐在餐厅里,眼前的景象会让你感到不太协调,却又莫名地有趣。盐罐、番茄酱、餐巾纸整齐地摆放在深色的木桌上,厚重的窗帘外是无边无际的红褐色沙漠,在山脚下朝四面八方延伸而去。

透过北面的窗户抬眼望去,你会看见麦哲伦望远镜的圆顶室,六边形的金属圆顶在夕阳下熠熠生辉。向东望去,你会看见山麓海拔越来越高,甚至能看见远方被积雪覆盖的山顶。向西望去,山麓地势越来越低,最终没入遥远的太平洋。在南边空旷的山麓丘陵上,是欧洲南方天文台下属的拉西拉天文台,它的13座白色圆顶散落在不同的山头上,犹如点缀在山脊上的一串珍珠。

智利无疑是世界望远镜之都,它的安第斯山脉西麓散布着许多天文台,有些甚至可以隔山相望。

随着夕阳西沉,天色渐渐暗下去,餐桌间流动着越来越汹涌的兴奋暗潮,一桌接一桌的人纷纷收拾好背包和餐袋,奔赴今晚的望远镜之约。

杜邦望远镜和斯沃普望远镜在山下较远的地方,两台麦哲伦望远镜的观测者通常会站在连接两个圆顶室之间的栈桥上,看夕阳慢慢滑落嫣红的山头,一点一点没入太平洋,身后是默默低语的望远镜。

日落时分,在这与世隔绝的远方哨台,所有人驻足不动,整个沙漠也仿佛静止了,多么美妙的时刻!在静止不动的天地间,有一个嗡嗡声兀自轻悄悄地响着。

对每一个在望远镜前工作的人来说,这一天才刚刚开始,夜色黑得越深沉,这个夜晚就越忙碌。

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只要天气好,一切都好说。

如果你是一个观测天文学家,那么你的生死全由天气预报说了算。望远镜太抢手了,每天都有人排队要用它们。一年到头,望远镜能分配给你的就一个夜晚,即使不幸碰上坏天气,你也只有这一个夜晚的机会,没有隔天白蹭一晚的可能。

尽管如此,你也不能因为担心天气不好就多申请几天,不能任性地说:“嗯,请给我三个夜晚,其实我只需要一个夜晚,但是每年这个时候,天气都很不好,所以请多给我几晚吧。”

我们这行有一个存在已久的君子协议,那就是所有申请和提案都默认以天气晴朗为前提。除此之外,你也不一定有得挑。不同季节适合观测的天区是不同的,因此你哪一天能用上望远镜,取决于你要研究的天体。

如果你要研究的天体在夏季可见,你会被分配到短暂的夏夜,这时可能会受到季风的干扰,图像质量可能不太理想(夜晚刚开始时,升腾的热浪会导致图像出现模糊)。如果你要研究的天体出现在冬季,你会被分配到漫长而寒冷的冬夜,但是发生暴风雪或冰雹的概率也会增加。

月相也很重要。当一轮满月升起时,既美丽又皎洁,将夜空淹没在太阳照射到它表面后反射出的淡蓝色光线中,因此才有“月朗星稀”的说法。如果你想观测的是暗蓝天体,那么满月就是你的克星,令所有你想研究的星星都黯然失色。不过,如果你想观测的是明亮或红色的天体,那么月光就不足为虑了,月亮发出的红外光微乎其微。

因此,基于月相,观测夜又被分为明夜、灰夜、暗夜。明夜,即月亮又圆又亮,总是分配给那些观测亮星或发红外光天体的人,而暗夜则留给那些研究暗星或发蓝光天体的人,他们需要一个晴朗无月的夜空。

除观测以外,每个观测者还有其他要务在身:教学任务、学术会议、家庭旅行……在安排观测时间时,它们也是需要综合考虑的因素。但是对天文台站的管理人员而言,想要面面俱到太难了。更重要的是,要让他们预测天气,这是强人所难。

所以,天文学家能做的就是老老实实地提申请,幸运的话如愿分配到一个夜晚,风雨兼程地赶到天文台,剩下的就只能祈求上帝,求他给一个好天气。



4


一个适合观测的好夜晚不仅意味着晴夜,还意味着天气条件要够好,才能安全地开启望远镜。

风只是其中一个挑战,它会将灰尘、沙土、雪粒或其他杂质吹进圆顶室。湿气或雾也是隐形杀手,只要存在一丝水汽凝结在镜面上的风险,操作员就不敢贸然打开望远镜。低垂的浓云会完全遮住夜空,即使是散状的云朵或高空的卷云,也并非完全无害:被它们挡住的星星会在望远镜的视野中忽隐忽现,或者显得更暗淡些。

决定夜晚好坏的关键词是“测光”(photometric):天空中没有可见的云层,只有大气的透明度对星星的光度造成极其微弱的影响,观测者能够获得准确反映大气层外天体的好图像,这才算得上一个好夜晚。

此外,一个好的观测夜还要有好的“视宁度”(seeing),即望远镜显示图像的清晰度。大气中的小湍流和旋涡会让星星一闪一闪的,这在普通人眼里也许是一幅繁星闪烁的美景,到了观测者这里,却是恨不得除掉的眼中钉,因为它们会降低图像质量,让星星变得模糊不清。

所以,如果你幸运地分到了一个夜晚,除了根据月相、当前差旅计划以及目标天体出现的季节去准备申请材料之外,你还能做的就是希望观测那晚没有风、没有雨、没有雾、没有低云、没有高云。哦,如果山顶上空的气流能够静止不动,那就更完美了。

看着这些要求,你会觉得天文学家简直是业余的气象爱好者。有一小部分天文学家确实修炼成了天气预测方面的行家,但是包括我在内的更多人,却采取听天由命的做法,选择性地忽略天气预报的消息。因为就算提前知道天气不好,我们既改变不了天气,也没有退路。

有些人会做两手准备,囤几个备用的观测目标,通常是另一个完全不同的项目所要观察的天体。虽然观测条件不佳,只要备用天体够亮,阴天也能看得到。更多时候,你只能束手无策地坐着,祈祷天气赶紧变好。

不过,天文学家偶尔也会用一些不太科学的方法预测天气。我在智利托洛洛山遇到过两个同行,他们发誓说只要看有没有安第斯神鹰出没,就能知道当晚的天气好不好。那些大鸟经常盘旋在智利各大天文台的山顶附近,根据那两个观测者的说法,如果你在下午看见神鹰飞上来,当晚的视宁度就会变差。

他们一边手舞足蹈地模仿它摆动双臂,一边解释说,“一旦你在山顶看见神鹰,就证明有热气流,因为它会拍动翅膀,乘气流而上。”不过据我所知,没有哪家气象台是靠神鹰预测天气的。

天文学家必须依赖天气的无奈事实催生了一堆稀奇古怪的迷信,还有预测天气的奇妙方法。让人忍俊不禁的是,这些满脑子科学知识的人居然也吃这一套,甚至各有各的迷信。

我有一个同事有观测专用的幸运袜子,每次出来观测都会穿上它们。另一位同事发誓说只要每天下午在大约同一时间点吃一根香蕉,乌云就不会来。很多人有自己专属的幸运饼干或幸运零食,甚至有观测前必坐的幸运餐桌。我有一个严格的习惯,那就是不到观测那天,绝不看天气预报。

某些天文学家似乎是天生的“招霉”体质,别人只要看见他们的名字出现在排班表上,就会哀声连连,认为只要他们出现在山上,就会招来乌云、雨水或大风,连附近的望远镜也会跟着倒霉。


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哪怕只有一两个晚上的观测时间,即使前半夜天气不太好,也不能半途而废。前半夜或许乌云密布,但是到了午夜,乌云也许会散去,重现澄澈的夜空。万一半路走了,后来观测条件变好了,会扼腕一辈子。

秉承着“浪费一秒都是犯罪”的信念,有时天文学家会守在天窗紧闭的圆顶室内好几个小时,大口地咬着能给自己带来好运的椒盐卷饼,时不时将头探出门外,看看天气是否好转。

观测者最怕碰到的是云洞现象,即云层中间突然出现一个大的空洞,短暂地露出一块晴空来。观测者一见天空放晴,并且没有立马转阴,准会兴冲冲地跑去开望远镜。问题是,开启望远镜不像取下相机镜头盖那么简单。当你跑回室内,打开天窗,启动望远镜,对好焦点,摆好位置,云洞也许早已合上了,毫不留情地将你打回原点。

很多乌云密布或阴雨绵绵的夜晚,山头的圆顶室内也许就坐着一两个耐心等候的天文学家。他们知道,哪怕只能短暂开启望远镜,仰望星空一个小时,也能采集到足够的数据,让这个差点颗粒无收的夜晚变得硕果累累。



5


在晴朗的傍晚,一旦看完夕阳,我和同事就会回到各自的圆顶室,在温暖的控制室里坐好,准备开始夜晚的工作。

控制室里放着一排电脑,控制着圆顶室里的大小设备,比如开启天窗、转动圆顶、转动望远镜、调整镜面、对准焦点、修改相机设置、开启相机快门……多亏了CCD,相机能够以数字形式记录图像,即时显示在控制室电脑的屏幕上,并马上保存到硬盘里。

望远镜操作员几乎完全掌握着望远镜的控制权,他们会整晚配合天文学家的工作。根据每个天文台的要求,还有具体工作的性质,他们可能拥有天文学或工程学的学位,甚至两个学位都有,接受过大量望远镜操作培训。

天文学家也许是决定指向、处理数据的人,但操作员才是让这一切成为现实的人。操作员负责操作圆顶、望远镜、镜面及各大光学仪器,检查一切设备的状态,决定望远镜是否达到开启条件,为夜晚做好一切观测准备。

经过几次观测后,我的亲朋好友会问:“昨晚有啥大发现?”

在普通人的脑海中,天文学家几乎等同于星空的守望者,隔三岔五就会跑到望远镜前,一旦有令人振奋的新鲜事物出现在天幕中,比如垂死爆发的恒星或初次造访的彗星,就会立马举起一台大大的侦察望远镜,目光如炬地看着天空,成为宇宙奇观的第一见证人。

虽然偶尔确实会有惊喜发生,但是一个典型的观测之夜是这样的:天文学家带着周密的计划而来,上面详细地写着他们打算如何度过未来的8个小时,接着是按亮度、重要性或出现时刻排序的观测目标,并逐步注明它们的观测时间点和观测方法。

要让望远镜指向特定的目标,操作员需要从天文学家事先提供的天体坐标中找到它。接着,操作员会转动圆顶,回转望远镜,操纵着这两个庞然大物,直到它们根据计算机的指示,对准正确的天区。

在电脑里输入坐标,望远镜就会自己找到目标,这听起来和人们想象中的天文学家差远了。不管现实与想象的出入有多让人失望,天文学家确实不擅长靠肉眼在夜空中寻找天体。有些人可能稍微厉害一点,但是在通常情况下,大多数天文学家只能指出一些比较著名的星座。记住夏季和冬季星座之间的不同,猜测哪些行星可能可以在夜空中看到,这就是我们的极限了。

不幸的是,大家似乎把“天文学家”当成“一本行走的星空百科全书”。就这一点,我曾让不少友人失望过。比如,很多人会随手一指,问我那是什么星星,结果只得到“呃……”的回答。也有朋友问我:“嗨,那是什么行星?”我支支吾吾地说:“呃……我不……可能是木星,吧?”

说句公道话,计算机能够结合轨道动力学和冗长方程式,精准地找到天体所在的位置,比肉眼不知道精确多少倍。如果真要跟计算机比,我们只会被甩出一光年之外。

尽管如此,大多数人还是觉得很惊讶,原来天文学家的眼力也不怎么样嘛。


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望远镜的“指向”(pointing),即它瞄准天空中某一特定点的能力,通常近乎完美,只是难免还要微调一两下,才能完美地契合你想对准的地方,然后才开始记录数据。

望远镜通常会先指向正确的天区,接着通过导星相机传回图像。它是一台固定在望远镜上的小相机,具有快速连拍的能力,能让操作员和天文学家立即看见望远镜瞄准的区域。

天文学家一般会提前从浩瀚如海的数字档案中找出自己想要的星图,打印出来或保存在电脑里,将他们期望看到的与实际看到的进行对比。到了观测的晚上,他们经常要好奇地歪着脑袋,对比两边的图案,连蒙带猜,才能对上号来。

有好几次,为了跟望远镜保持相同的朝向,我发现自己将整张星图倒过来,或者将屏幕旋转成奇怪的角度,想确认我看到的是不是那几颗排列成奇特的三角形状的恒星。如果是的话,这意味着我的目标就在附近。

导星相机在进行短曝光拍摄时,它通常捕捉不到低光度的天体,只有到了长曝光拍摄时,才能在传回的图像中看到它们。虽然再三检查和微调望远镜的指向可能会占用几分钟时间,但是总好过不小心将它对着错误的天区两个小时。在望远镜上浪费一秒钟都是犯罪,更不用说将望远镜指错地方。

聪明地利用望远镜的时间,不仅是为科学添砖加瓦,也是在善待每一分经费。建造一台望远镜,成本十分高昂。建设偏远的观测台站、山上的每一座建筑、精抛细磨的庞大镜面、各种尖端科学仪器,预算可以达到数十亿美元。每年的运营也要投入大量资金,支付后勤人员的人力成本和电费。大多数天文台的资金来自大学、研究联合会、NASA及美国国家科学基金会等组织的资助和支持。有幸用上一晚望远镜的天文学家不需要为此支付天价账单,只不过使用一晚望远镜的费用经常会被晒出来,以此向公众显示观测时间有多宝贵。

如果算上最初的建设成本和持续的运营成本,那么世界上最好的望远镜运行一个晚上需要花掉15000美元到55000美元不等,唯一的利润是它们强大的观测能力带来的科学进步。

飞逝的时间,高昂的成本,可遇不可求的晴夜,亟待观测的天体,让整个观测过程充满了紧迫感。为了采集更多天体数据,我们既要眼疾手快地切换到下一个目标,又不能容许丝毫的误差。这意味着当一个观测者在以非人的速度检查望远镜位置时,心中往往会有一丝不安。

时间嘀嗒嘀嗒地流逝,心脏扑通扑通地跳动。最后,我们坚定地告诉自己:没错,望远镜的指向肯定是对的,可以打开快门,开始曝光了。一旦快门开启,望远镜就会锁定目标,在地球旋转的同时,紧紧跟随着它,直到曝光完成,才停止深情的凝视,对准下一个目标,从头再来。

曝光结束后,期盼已久的数据出现在屏幕上,看上去……嗯,惨不忍睹。只有经过呕心沥血的后期处理,图像里的星系、恒星、气体泡才会如你所见的那般绚烂多彩。

如果有人想在电影里看到原始数据的真实模样,肯定会大失所望。真正的天文学家永远不会在电脑屏幕上看到红色的箭头、闪烁的警报,比如“探测到新恒星!”“测量到有史以来最高的钚含量!”或“天哪,地球要毁灭了,人类要灭绝了!”除非某个科学家发愤图强,特地为此潜心写代码,设计一个人性化的用户界面,在原始数据上自动实现这一点,否则以上画面只会存在于电影里。



6


如果你是一个天文学家,在一个观测条件良好的夜里,坐在工作给力的望远镜前,很容易就会进入一种简单且愉快的节奏。一边从一个目标转移到另一个目标,一边趁着望远镜还在移动,迅速清理传来的数据,确保一切顺利。

天文学家迈克·布朗将它精辟地概括为“世界上最令人兴奋的机械工作”,这实在是太准确了。当一切都按计划进行时,一个美好的观测夜晚确实称得上枯燥无味。

同时,你很难完全忘记自己是个天文学从业者。在这偏远的沙漠腹地里,有一台庞大的望远镜嗡嗡地运转着,与你仅一层楼之隔。望远镜的后部安装着CCD,来自天空的光子击中它,被转换成二进制数据,哗哗地传输到机房的计算机里,被你平静地复制到笔记本电脑中处理。

那些光子可能数百万年前就从星系外围或恒星外层逃逸,几百万年来一直在宇宙中横冲直撞,穿过空旷无际的星系际巨洞,飞过遥远的星云,险些撞上大如恒星、小如星际尘埃的天体……到了旅途的尾声,它们冲破地球的大气层,不偏不倚地落入你头上那架望远镜的镜面,在光路中弹来跳去,最后击中相机,给了你解开它身世之谜的钥匙。

当你下一次仰望星空时,不管你看到的是哪一颗星星,请记住同样的故事每一刻都在上演。你正在研究的光子的奇妙旅途,以及它们所将照亮的宇宙奥秘,意味着你正在书写一段令人振奋、意味深远的故事。当你准备好开始一晚上的观测时,请怀着这样浪漫的想法,你就不会觉得长夜孤寂。

可惜,再浪漫的情怀也只能让你坚持到凌晨三点。那时,宇宙再美,也吸引不了你。大多数观测者开始忍不住怀疑,宇宙有周公美吗?

只要有咖啡在手上,加上一星半点有趣的数据,以及明智地使用重金属音乐,就能成功熬到夜晚的终点——太阳差不多升起的时候。当你走在回天文台宿舍的路上时,会有一点不真实的感觉。不管前几个小时有多累,你的神经多少一直紧绷着。现在,你成功完成了一晚的观测,总算可以放松下来,那些令你激动的新数据可以回学校以后再分析。

周围的世界正在逐渐苏醒,而你才刚踏上返回宿舍的小路。回到宿舍后,拉上至关重要的遮光窗帘,然后扑到床上,说服你的大脑,现在是睡觉时间。五六个小时后,在正午醒来,要么坐班车下山去机场,要么开始准备另一晚的观测。


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在拉斯坎帕纳斯山的那个晚上,我原本也应该这样按部就班地度过我的夜晚,结果却碰到了大风。当我坐在紧闭的圆顶室内,没有流连于观测目标之间,也没有一边听着詹姆斯·泰勒的迷人歌声,一边迅速下载并处理数据,而是对着风速表发呆。

天还没亮,我就离开了天文台。不管怎么说,这都是个坏兆头。凌晨四点半,我和操作员放弃等待,决定提前收工。外面的风丝毫没有减弱的迹象,即使有,我们也没有足够的时间打开圆顶,校准望远镜,赶在日出前对准目标,拍下有用的数据。

就这样,我的观测结束了。

拜智利安第斯山脉的风向所赐,我跨越5000英里的距离来到这里,在封闭的圆顶室内坐了两个夜晚,盯着一张来不及观测的天体清单发呆,眼睁睁地看着我这一年唯一分配到的望远镜时间,就这么被大风无情地吹走了。

我拖着灌了铅似的脚步走在路上,最后一次回过头去,心有不甘地瞪着如温室花朵般娇弱的望远镜。它安然无恙地躲在金钟罩里,像珍珠一样舒服地被裹在贝壳里,而我却站在狂风大作的室外,被风拉扯着衣裤,举步维艰。是啊,我大老远跑来,却一无所获。

我又向前走了几步,才大概看清四周的环境。

月亮已经落下了——我辛苦申请来的两个夜晚的黑暗时间是真的过去了——身后的圆顶变成一团模糊的黑影,脚下的路依旧看不大清楚,远处的餐厅和宿舍一片漆黑。我需要走得更近一些,才能看见步道旁低矮昏暗的红灯,在黑暗中指引着穿梭在建筑物之间的行人,贴心地保护他们的夜视力。

我能隐约看见附近建筑物和山峦的轮廓,甚至东边一些更高的山头,虽然只是些朦胧斑驳的影子。过了好一会儿,我猛然意识到为什么能看见那些朦胧的景象,不禁大吃一惊,蓦地驻足。

是星光。

南半球的夜晚星河璀璨,对我们这些看惯了北半球天空的人,更是摄人心魄。由于地轴是倾斜的,北半球的人只能看到银河系的外围,生活在南半球的人却幸运地正对着它群星荟萃的中部,映入眼帘的是犹如一条明亮光带的银河,横贯整个南半球的天空。

银河系的恒星如此密集明亮,你很容易就能分辨哪里被星际云遮挡住了。星际云是云雾状的暗斑,能够遮挡住数百万颗恒星的光芒,古代印加天文学家将它们定义为“暗黑星座”,以许多动物形状为其命名,其中包括蟾蜍座、猎户座、羊驼座。

如果正好站在南半球的天文台山上,你会看见这里远离城市和公路,完全漆黑一片,夜空美得令人窒息。即使是在璀璨的银河系之外,天幕上也依然挂满了星辰,到处繁星点点。

在光污染比较严重的地区,我们会用线条将肉眼可见的星辰连成星座,中间的区域是空的;随着天色越来越暗,那块空空的区域会有星星接连出现。到了像拉斯坎帕纳斯山这么黑暗的地方,天上的星星密密麻麻,数不胜数,犹如一幅三维画卷在你头顶上铺展开来。

明亮的星星大方地将星辉洒在你头顶,让你想看不见都难,即使是昏暗的星星也层次分明,哪怕是在最灰暗的角落,也能想象得到,肯定还有更多星星潜伏在视野之外。这些星星还有其他地方看不到的颜色,比如清冽的冷蓝色,恬静的鹅黄色,清浅的橘红色,犹如一盒不小心撒落的珠宝,清晰地闪烁着各色光泽。

我驻足抬头,忘记了呼吸,完全沉浸在宇宙之中。不知站了多久,也许是一分钟,也许是一个小时,风肆虐地吹打着我的脸,可我却被头上的星辰定在原地,舍不得挪动半步。

没错。它们就是我来这里的原因。


(本文选自光尘文化《最后的观星人:天文探险家的不朽故事》第三章,略有删减


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|【美】艾米莉·莱维斯克 著

张玫瑰 译   光尘文化/2022年7月



艾米莉·莱维斯克

华盛顿大学天文学教授

发现了索恩-祖特阔夫天体

候选者HV 2112的存在

处女作是《最后的观星人:

天文探险家的不朽故事》

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