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天文学:隔着最远的距离,研究离人类最近的科学

中国科学院高能物理研究所张双南
2022年09月20日10:40 | 来源:人民网-科普中国
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你知道吗,我们对这个世界的认识,我们今天所用的技术,几乎所有的源头都是天文学。这也许让你觉得很诧异,但这是真的。也正因为如此,大家认为离我们最远的天文学,其实离我们的生活最近。

天文学为什么是离我们最近的科学?

我们每天白天看到的太阳,晚上看到的星空,目之所及都是天文学的研究对象。天文学的研究对象离我们的距离虽然很远,但实际上是离我们最近的,因为我们天天都可以看得到它们,尽管我们不一定能摸得到。

此外,我们科学所用的物理规律,比如最重要的牛顿力学——万有引力定律,还有量子力学等都来自于天文学的研究。

在早期,天文学家观测到的谱线就是在太阳的光谱和其他天体当中观测到的。正是为了理解天文当中所观测到的这些现象,我们才建立了我们的物理学理论。而且科学家们还认识到这些理论不仅适用于天上,也适用于地球。

从这个角度来讲,天上和地上的事情其实是一回事儿,都用同样的天文学规律来指导。因为发现的各种规律,才发展出了今天的各种技术。

所以有一句玩笑话叫做,为什么动物和人的区别这么大,因为动物没有天文学家。

天文学如何从规律到应用?

我们需要的技术,往往是比当时的工业技术水平高一到两代的技术。而一种抽象的规律要变成实实在在的技术,这个过程是充满不确定性的。

通常科研人员要在实验室里把技术研发出来,交给企业界,他们再做成各种仪器放到卫星上。在这个过程当中,有些技术能够得到应用,有些技术却不能,有些技术还可能是为未来的科学项目来服务的。

但是,也许今天来说仅仅是为科学项目服务的这些技术,很多年之后就真的就进入我们的日常。不过要注意的是,科研人员研发一个技术的初衷其实很单纯,就是为了实现前瞻性的科学思想,只不过最后可能延伸出对技术的各种影响。

比如WiFi技术,是天文学家为了射电望远镜所开发出来的技术;网页技术,是粒子物理学家,为了交流方便所开发出来的技术。

回到与天文学紧密联系的卫星领域,在研制过程当中,我们却没有发展出革命性的技术,不过也不用灰心,我国的某些技术也足以在国际市场上取得几乎垄断的地位。

天文卫星的成果——“慧眼”

早在上世纪90年代,李惕碚院士就提出了这个项目,但当时由于经济、技术能力都不够,我们国家没有能力建造天文卫星。所以一直到了最近几年,科研人员才把“慧眼”研制出来。

这个项目2017年发射,取得了丰硕的成果,包括对黑洞的观测,比如发现了离黑洞非常近的几乎以光速运动的相对论喷流,只不过它是怎么产生的目前并清楚。

“慧眼”还发现了中子星的一些奇怪行为,如一些快速射电暴是和中子星的某些活动相关的。

慧眼卫星不仅仅能看黑洞和中子星,它还观测太阳的爆发,来自地球的伽马射线的爆发,引力波爆发的时候产生的伽马射线,以及来自宇宙的、非常遥远的伽马射线暴。

慧眼卫星的发射让我们国家在这个方向有了一席之地,并且我们所具备的能力是别国卫星没有的。当然,科研人员并没有因此膨胀,而是希望做的更好。所以,我们的相关领域有了越来越多的后续。

比如说增强型X射线时变与偏振空间天文台(eXTP)。它其实早在2007年的时候就提出来了,大约十年之后美国才提出来一个类似的项目。

其实,科学思想具有前瞻性,也就意味着在当时是没有现成技术作支撑的,如果当时已经有技术了,那就表明你这个想法不会那么有前瞻性。所以为了实现这个非常前瞻的科学思想,科研人员需要相当长的时间去发展新的技术。

监制:中国科普博览

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(责编:邢郑、杨鸿光)

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