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  让我们仰望星空

  2002年11月8日18:24  三联生活周刊

  文/鲁伊

  无论从哪一个角度来看,位于洛杉矶附近5700英尺高的威尔逊山上的威尔逊山天文台(Mount Wilson Observatory)都是天文学历史上最重要的天文台之一。80年前的一个又一个夜晚,埃德文·哈勃沿着威尔逊山上的林荫小径,走上山顶,透过当时世界上功能最强大的望远镜——100英寸口径的胡克望远镜——仰望夜空。他看到了一个由众多高速飞行旋转的星

  系所构成的,远远超出了我们所熟知的银河系范围的奇异的宇宙。充满惊叹号的观测结果沉淀积累,终于使哈勃和其后的天文学家推导出了关于万物起源的“大爆炸”理论。

  80年的时间让哈勃成为一个仰之弥高的学者,一个值得纪念的名字,然而,威尔逊山天文台的天文学家们却并不愿意让自己的名字一直与“著名的老望远镜和好名声的保有者”相连。以佐治亚州州立大学的哈罗德·迈克阿里斯特为首的研究人员有自己的野心,那就是让威尔逊山成为当今最尖端的天文学的研究中心。由于拥有了CHARA(高解析影像天文学中心,Center for High Angular Resolution Astronomy的简称)阵列望远镜,迈克阿里斯特及其同事们的野心看上去并不那么难以实现。

  CHARA与传统的天文望远镜不同,它是一台干涉仪望远镜。说到干涉仪望远镜,诺贝尔奖获得者、美国天文学家阿尔伯特·迈尔逊是个无法忽略的名字。他在19世纪晚期所作的一系列关于镜片基线和锐度、细节的光学试验为干涉仪望远镜的建立提供了理论基础。应用干涉测量理论,科学家们可以将单个望远镜结合起来,构成虚拟的超级望远镜。

  目前世界上在建的6台干涉仪望远镜中,CHARA是最大的一个。凭借50倍于现今所有单镜天文望远镜的强大功能,它能够将人们前所未见的宇宙中的细微之处带到人们眼前:它可以看到月球上小到一个人那么大的发光物体,而如果那个人开着汽车的话,CHARA还能分辨出车的左前灯和右前灯。

  CHARA的过人之处还在于,它能够将星星彼此分辨开来。尽管这听上去有些不可思议,但实际情况是,大多数通过目前最大、最新的传统天文望远镜观测到的恒星的清晰程度都和我们肉眼看到的星星一样,只是一些模糊而微弱的光点,大小难以确定,并且富有欺骗性。光谱分析揭示了其中奥秘。这些小点中的大多数可能都是由两颗星——天文学上称为双星(Binary)——或是更多颗恒星所构成的。双子星座中最明亮的Castor星就是一个很好的例子,长久以来,天文学家们都把它当成一颗星,然而,透过CHARA,你就会发现,它原来由6颗跳跃的大火球——恒星——构成。

  CHARA目前所取得的最重大突破都是在恒星研究领域做出的。在这个领域,传统天文望远镜的局限之处令人吃惊。它们甚至不能确定大多数恒星的最基本数据,更不用说了解它们表面的情况。目前人类对恒星的知识大多数来自太阳,然而即便如此,也所知甚少。麦克阿里斯特的比喻甚为幽默:这就像以一个人为标本来研究社会学。最重要的是,以太阳为标本的研究并不足以说明宇宙中其他恒星的情况。根据目前观测结果,宇宙中2/3的恒星都是双星或多星体,在这种情形下,我们的太阳只能说是一个独行侠。

  CHARA的首要任务,就是测量恒星的直径,从而推算出它的温度。6台Y字形分布的大型传统望远镜从夜空中获取信息,经过3100英尺长的真空导管,将数据反馈给20台高性能计算机组成的运算中心。在这里,研究人员只要几分钟就能获得一颗恒星的条纹图像,并测算出它的直径。每个晚上,威尔逊山天文台的天文学家都能够完成上百颗恒星的测量活动,这在以前完全不可想象。耶鲁大学的天文学教授查尔斯·白林将其比作一场革命,而它的决定性意义在于,它们是所有其他研究进行的基础所在。

  CHARA的第二项任务是更细致考察恒星,并绘出它们表面的细节图。这可能是与人类命运最密切相关的研究。通过研究其他恒星的兴起与衰落,天文学家可以对太阳的活动有更深入了解,从而预测出太阳未来的变化及对地球的影响。此外,行星学家也会在CHARA的探测中受益匪浅。依照计划,建成的CHARA将能探测到双星附近的行星,这就大大扩展了外太阳系行星搜索的范围。毫无疑问,我们发现并了解的行星越多,在其中找到可以支持生命存在的星球的可能性也就越大。

  80年前,威尔逊山上的胡克望远镜是公认的世界上最好的望远镜,因为它让人们的视线一瞬间延伸到了银河系之外。生活在威尔逊山新的黄金时代里的科学家们正在改写这一历史,对于他们,细节是最重要的。它让人类以前所未有的清晰度再次审视这个似乎已经熟悉了的宇宙,发现以往忽略的真实,永远改变我们对恒星的看法,从这个意义上讲,CHARA将是最新的、世界上最好的望远镜。



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