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天文学,离我们最近又最远的科学,它有什么用?
发布时间:2022-10-20     作者:张双南   来源:科普中国   分享到:

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。

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图片来源:veer

此外,我们科学所用的物理规律,比如万有引力定律、量子力学等,都来自天文学的研究。

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。

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图片来源:veer

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: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。

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慧眼卫星测量到宇宙最强磁场(图片来源:Insight-HxMT)

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Wi-Fi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20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。

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我国在酒泉卫星发射中心成功发射首颗X射线空间天文卫星“慧眼”。(图片来源:中国航天科技集团)

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不清楚。

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“慧眼”卫星发现了距离黑洞最近的相对论喷流。(图片来源:Insight-HxMT)

“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。

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“慧眼”卫星观测磁星爆发破解快速射电暴起源之谜。(图片来源:Insight-HxMT)

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。

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“慧眼”卫星测量到宇宙最强磁场。(图片来源:Insight-HxMT)

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,而是希望做得更好。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。

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eXTP示意图(图片来源:Insight-HxMT)

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。

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图片来源:veer

那为什么我们要发展具有前瞻性的科学技术?不发展可不可以?答案是否定的。我们必须要发展具有前瞻性的科学技术,因为我们要树立科学自信,树立科学自信唯一的办法就是自己做科学。

但现实是我们是缺乏科学自信的,因为目前我们用的几乎所有的科学知识都是外国人研究出来的。

要让别人足够尊重你,有一个前提就是,我们要拥有足够多的科学的成果,尤其是重大的科学成果、原理性的科学成果,而且最好连研究方向、科学问题都是我们提出来的。

但现在我们大部分的情况是在“做作业”,是别人提出来的问题我们来去解决,就像别人是老师,我们是学生,学得再好,我们也是学生。我们期待我们自己成为老师或与“老师”并排的那一天,那时候我们就会有足够的科学自信。


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