最快速的巡天望遠鏡

長期以來，我們一直視宇宙為寧靜的地方。在詩人和哲學家眼里，與來去匆匆的人間事物相比，星星是最接近永恒的東西。

但是，望遠鏡幫助我們打破了這種幻覺。現在我們知道，天空在發生很多變化。有爆發的超新星，有快速旋轉的脈沖星，有正在吞噬氣體云的黑洞，有移動的星群……但是，要觀察到這些變化，很多時候我們得借助望遠鏡巡天才能知道。巡天，就是用望遠鏡反復掃描天空，然后比較前后的差異。

傳統上，用望遠鏡掃描整個天空，即所謂的全天空調查需要幾個月或幾年才能完成。譬如，20世紀70年代建于澳大利亞的施密特望遠鏡，掃描南半球天空，一次需要13年。1990年，ROSAT航天器為尋找X射線源掃描整個天空，一次花了6個月。

建于智利，于2023年7月投入使用的維拉·魯賓望遠鏡刷新了這項紀錄。它只需要用3個晚上即可掃描整個南半球天空，因此一年中它能掃描南部天空110遍。它還利用最先進的人工智能去識別肉眼細微莫辨的變化。有了它，我們將看到比以往更多的細節。總而言之，這代表著一個被稱為“時域天學”時代的到來，該學科旨在了解天體如何隨時間變化。

魯賓望遠鏡能為我們做什么？

維拉·魯賓望遠鏡以發現暗物質的美國女天文學家維拉·魯賓的名字命名。這是一架光學望遠鏡，也就是說，它工作于可見光波段，以它的光收集能力和巡天速度，它將能探測到天體亮度和位置的輕微變化。魯賓望遠鏡大概能觀測到200億顆恒星，占銀河系中天體總數的10％。如此大規模的觀測，意味著，以前被認為罕見的天體事件，現在都變得稀松平常。目前在天文學家心目中至少有兩個這樣的罕見天體事件。

第一個是快速藍光瞬變。這是一種快速的藍光脈沖。到目前為止，天文學家只看到5個。它們可能是超新星，但被密集的塵埃和氣體云所包圍，因此改變了所發出的光的顏色。用魯賓望遠鏡找到更多的快速藍光瞬變，將使天文學家更好地確定它們的真實身份。

第二個是千新星。千新星是指一類暫時出現的天文事件，主要發生于雙致密天體（如雙中子星，中子星與黑洞）合并過程中。由于它的亮度可達到經典超新星的1000倍而得名。一顆普通的超新星爆發可持續一年左右，而千新星的亮度變化非常快，只持續數周，甚至幾天。同樣，天文學家只知道少數幾顆千新星，而且都是偶然探測到的。它們被認為是兩顆中子星碰撞，或者是一顆中子星與一個黑洞的碰撞。天文學家估計，千新星在宇宙中應該是比較常見的，只是由于它們消逝得太快，難以探測而已。

憑借其每隔三天的半天空掃描，魯賓望遠鏡很適合探測它們。這特別令人激動，因為2017年探測到的引力波，同時伴隨著發光，是激光干涉儀引力波天文臺（LIGO）探測到的首個不是由兩黑洞合并產生的引力波事件，被認為是由兩顆中子星碰撞，也就是千新星。這意味著，未來可以把LIGO和魯賓望遠鏡配合起來探測千新星。

當然，并非所有魯賓望遠鏡發現的變化都如此突然或巨大。許多天體的變化可能是非常緩慢的。但魯賓望遠鏡將工作幾十年，這些天體將會被掃描數千遍，隨著時間的積累，哪怕非常緩慢的變化也可能被揭示出來。從長遠來看，魯賓望遠鏡收集的數據，對于發現新的天體或事件，將是一個“富礦”。

魯賓望遠鏡如何處理海量數據？

但問題是，魯賓望遠鏡將產生海量的數據（估計每年產生的數據達到600萬GB），如何從中識別天體的變化呢？

值得慶幸的是，天文學家不需要親自去做。他們可以開發機器學習和人工智能程序來完成這項繁重的工作。

當魯賓望遠鏡掃描夜空，拍攝一張又一張的圖片時，由人工智能驅動的系統將會自動尋找圖片中的任何變化。一旦發現了一個變化，就創建一個自動警報，然后發送到世界各地的天文學家和天文臺。在這些地方工作的科學家有不同的研究領域，有的可能在尋找小行星，有的可能在尋找超新星，有的可能在研究活動星系核……他們可以根據自己的興趣，向維拉·魯賓天文臺索要更詳細的數據，然后自己開發算法，從數據中提取盡可能多的信息。可以預見的是，未來遍布全世界的很多天文學家將圍繞魯賓望遠鏡，組建團隊，開展研究。

如此強大的望遠鏡，無疑將會為我們揭示出大量未曾預料到的現象。然后，為了了解這些新現象，天文學家可能需要利用其他設施，進行額外的觀測。維拉·魯賓望遠鏡和韋伯太空望遠鏡一起，預示著一個天文學大發展的時代已經到來。

魯賓望遠鏡會帶給我們什么驚喜？

對于魯賓望遠鏡可能揭示的新現象，天文學家心目中也已經有了兩個。

一個是宇宙弦存在的可能證據。什么是宇宙弦呢？眾所周知，我們的宇宙中目前存在四種基本作用力：引力、電磁力、強核力和弱核力。它們的強弱、作用范圍以及作用的物質屬性都各不相同（如引力作用于物質的質量，電磁力作用于物質的電荷）。但據大統一理論預言，在宇宙極早期，這些作用力是不分彼此的；它們是在經歷了一場類似水結成冰的宇宙相變之后才分開的。天文學家推測，宇宙弦就產生于這場相變中，是相變在空間結構中留下的折痕，類似水結冰時在冰塊上出現的裂縫，在那里，宇宙物質特別集中。天文學家認為，找到并研究宇宙弦，可以從中了解極早期宇宙的狀況。今天，宇宙弦的行為應該像引力透鏡，可以把遙遠星系的光線匯聚到一起。如果宇宙弦存在，也許會被魯賓望遠鏡發現。

另一個可能被魯賓望遠鏡發現的是外星人存在的證據，或者更確切地說，是外星人建造的太空巨型設施存在的證據。這個想法很簡單：當外星文明發展到一定程度，為了滿足能源的需要，他們可能會圍繞其母恒星建造巨型設施，用來捕捉更多的恒星光，并將其轉化為電能。

1960年，美國物理學家弗里曼·戴森證明，這樣的結構應該將其廢熱作為紅外線輻射出去，以保持自身的熱平衡。而后來的天文學家又進一步證明，這種結構在輻射輸出方面不是精確穩定的，而是圍繞其平衡狀態會有微小的振蕩。這意味著它可能產生一個隨時間變化的可探測信號。根據計算，振蕩周期可能從幾分鐘到幾個世紀不等，并且可以使其母恒星看起來像某種以前未知的變星。這種變化一般的望遠鏡是很難發現的，但可能會被魯賓望遠鏡觀測到。

總而言之，天文學中很少有角落是魯賓望遠鏡掃不到的。哪怕找不到外星人，你也有百分之百的可能找到其他稀罕的東西。

（摘自龍源期刊網）