前天晚上我蹲在阳台吃泡面,看见了银河
说出来你可能不信,我这人有个毛病——压力一大就喜欢蹲阳台上看星星,前天晚上项目deadline压得我喘不过气,端着一碗老坛酸菜面就在阳台蹲下了,那天空气透亮得不像话,头顶上那条银白色的河就那么横着淌过去,密密麻麻全是星点,像谁打翻了一袋碎钻在黑绒布上,我举着叉子愣了半天,脑子里突然蹦出个念头:你说咱们人类到底搞清楚银河系没有?那什么"一扫千里横扫银河系"的说法,到底是真的还是吹牛?
第二天我就去翻了资料。好家伙,不查不知道,一查才发现这事儿比泡面里的脱水蔬菜复杂多了。
先说说"扫"是什么意思
我原来以为探测银河系就跟扫地似的,从左到右推一遍就完事,结果发现完全不是那么回事,天文学家说的"巡天",是拿望远镜对着天空一块一块地拍,然后把成千上万张照片拼起来,这感觉不像扫地,更像你用手机全景模式拍照,手还不能抖,还得保证每一帧的亮度、色彩都对齐,关键是银河系里有超过一千亿颗恒星,你想想这个工作量。
更绝的是,银河系是个盘子形状,我们自个儿就坐在这个盘子里头,你想看清整个盘子的结构,相当于你坐在电影院中间那排,不准站起来不准回头看,光靠往前瞅要画出整个影厅的座位图,难不难?难死了。
人类还真就"扫"了
我给你列几个真正意义上改变游戏规则的项目:
- 盖亚卫星(Gaia)——2013年发射,到现在还在天上干活,它的目标不是什么"扫一千里",而是精确测量银河系里超过十亿颗恒星的位置和运动,十亿什么概念?你从一数到十亿,不吃不喝不睡得数三十多年,盖亚一颗一颗测了十亿颗星的坐标,精确到可以测量出几千光年外一颗恒星移动的微小角度。
- 斯隆数字巡天(SDSS)——从2000年开始,用新墨西哥州一台2.5米口径的望远镜,拍了超过五亿个天体的图像和光谱,光谱这东西比照片厉害,它直接能告诉你那颗星由什么元素组成、在朝哪个方向运动、速度是多少。
- 中国的郭守敬望远镜(LAMOST)——这玩意儿在河北兴隆的山上,口径四米,一次能同时拍四千个天体的光谱,到目前为止已经攒了超过两千万条光谱数据,全世界最大的光谱数据库之一,对,我没写错,是咱们自己的望远镜。
数据有多大?大到你会笑出声
说数字太干了,我给你打个比方,单盖亚卫星一次数据释放就是几百个TB,几百个TB什么概念?我电脑硬盘一TB,存点游戏和照片就快满了,盖亚扔出来的数据量,你拿家用宽带下载,得下到银河系真被"扫完"那天,欧洲那边处理这些数据的团队有四百多人,光是把原始信号转成可用的星表就要跑好几个月的超级计算机。
我再给你列个小表,感受一下人类到底扫了多"远":
| 项目 | 测了多少颗星 | 主要干啥 | 干了多少年 |
| 盖亚卫星 | 约18亿颗(位置超精确) | 三维立体地图 | 2013年至今 |
| 斯隆巡天 | 超5亿个天体 | 图像加光谱 | 2000年至今 |
| LAMOST | 超2000万条光谱 | 恒星化学成分 | 2009年至今 |
说真的,我看到这些数字的时候,嘴里的泡面差点喷出来。"一扫千里"听着挺夸张,但人家实际干了快二十年,真就一颗星一颗星数过来了。
怎么搞清楚的?不是一张一张看
你可能会想,十亿颗星,怎么看?一颗一颗看肯定不行,看到人类灭绝都看不完,实际的做法很有意思——望远镜不是"看"星星,是让光子落到探测器上,然后自动记录位置和亮度,说白了更像一台巨型扫描仪,扫完把数据丢给算法去跑,机器学习在这里头扮演的角色大得吓人,比如识别哪些是变星、哪些是双星系统,光靠人眼根本不可能完成。
有个东西叫视差法,原理简单到离谱:你伸出大拇指放在眼前,闭上左眼用右眼看,再闭上右眼用左眼看,大拇指好像在跳来跳去对不对?那个跳动的角度就是视差,地球绕太阳转一圈,相当于我们的"左眼右眼"拉开了三亿公里的距离,天文学家就利用这个基线去测星星的远近,原理谁都懂,但要测出几千光年外一颗星星那微乎其微的视差角度,精度得达到百万分之一角秒——这个"角秒"啥概念?你拿一枚硬币放在几百公里外,硬币挡住的那一小片天空的角度,差不多就是一个角秒,盖亚的精度是它的百分之一甚至千分之一。
横扫银河系"到哪一步了
老实说,咱们现在对银河系的了解,大概是这样的——你知道自己住的城市有哪几条主干道、几个区、大概多少人,但你要说认全每一条巷子里住着谁,还差得远,盖亚给了我们一张银河系的三维骨架图,我们知道了旋臂的大致走向、知道了太阳系到底在哪条"猎户臂"里头、知道银河系中心有个四百多万倍太阳质量的巨大黑洞叫人马座A*。
但暗物质呢?我们只知道它在那里,因为它提供的引力让星系转得比可见物质能解释的快得多,可它到底是啥,没人见过,银河系外围还有没有矮星系正在被撕碎并吞?最近几年还真找到了好几个"星流",可能就是几十亿年前被银河系吃掉的矮星系留下的残骸,你看,越扫发现越多,越扫发现越复杂。
我前年去青海湖玩,晚上住在湖边一个小客栈,那地方海拔三千米,没有光污染,我半夜推门出去上厕所,一抬头差点没站稳——银河就那么压下来,不是一条带子,是一整面墙。亮的部分、暗的部分、尘埃带把星光遮住的阴影,全都清清楚楚,我站在零下十几度的院子里看了二十分钟,直到脚趾头冻得没知觉才跑回屋里,那种感觉很难形容,最接近的词大概是"安静",那么多恒星在那儿转,几十亿年了,没有声音,没有人看,现在有个人类站在地球上冻得跺脚,仰着脖子使劲看。
天文学家给银河系画了旋臂图、测了恒星运动轨迹、算出了暗物质的大致分布,普通人站在地上抬头这一下,其实什么都"扫"不到,但你知道头顶上那些模糊的光雾里头,每一小团都是不计其数的太阳,而人类实验室里那些累得眼睛发直的博士生正一颗一颗把它们标在地图上,这种认知带来的震撼不是视觉上的,是你知道那些光真的有人去数过了。
今年冬天想再去一趟青海,带上我那个老旧的望远镜,不一定能看清什么,但知道有人已经把银河系扫了千里万里,而我只要站着看一眼就行,这感觉挺好的。