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地球|乘上空间望远镜的“时间机器”

地球|乘上空间望远镜的“时间机器”
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美国詹姆斯·韦布空间望远镜顺利发射入轨
如果在离地球足够远的某一个星球上有智慧生命 ， 他们透过望远镜看地球 ， 中国有可能还在宋代？
《环球》杂志采访人员/彭茜
浩瀚的星空、神秘的宇宙一直带给我们无尽的想象 ， 也激发人类不断探索的好奇心 。 2月13日 ， 人类历史上最庞大、最复杂的詹姆斯·韦布空间望远镜在开始自己的太空旅程一个多月后 ， 首次拍摄到星光 ， 还传回了一张自拍照 。 而在中国青海的冷湖天文观测基地 ， 这个被称为地球上最像火星表面的地方 ， 多个大型望远镜的建设项目也在火热进行 。
千百年来 ， 人类从未停止过仰望星空 ， 但仰望星空用得到这么多望远镜吗？透过各类空间望远镜我们是否能看到外星人的印迹？如果在离地球足够远的某一个星球上有智慧生命 ， 他们透过望远镜看地球 ， 中国有可能还在宋代？空间望远镜会变成“时间机器”带人类看到宇宙从哪来？带着这些问题 ， 《环球》杂志采访人员采访了清华大学天文系副教授、美国亚利桑那大学天体物理学博士蔡峥 。
寻找外星生物
《环球》杂志：大型空间望远镜是天体物理研究中必不可少的装置 。 既有在地面上的地基望远镜 ， 也有发射到太空中的空间望远镜 ， 为什么需要这么多种望远镜？
蔡峥：首先 ， 不是所有的电磁波都能传播到地球表面上 ， 我们可以在地面观测可见光 ， 但要接收紫外线、X射线、伽马射线就得去太空 ， 依靠韦布这样的空间望远镜进行观测了 。 而地基望远镜也只能接收可见光和部分（0.7~2微米）红外线 ， 以及微波、亚毫米波等 。
《环球》杂志：韦布望远镜未来还可能会拍到什么样的照片？它会有哪些新的发现？有没有可能发现外星人？
蔡峥：我不知道外星人是不是能发现 ， 但发现外星生命是很有可能的 。 因为韦布望远镜有超高的空间分辨率 ， 可以在我们已经确定的一些宜居星球上 ， 即太阳系外的“第二地球”上 ， 首次探测它们的大气变化 。 有些大气的变化是必须要有生命参与才会呈现出的形态 ， 而非自然态变化信号 。 韦布望远镜给人类提供了捕捉到这种信号的可能 。
再有 ， 太阳系内实际还有很多有意思的东西 ， 比如土星的那些卫星可能也有一些生命存在 。 韦布也可能会拍到前所未有的清晰照片 。 但是最令我期待的是韦布还将告诉我们宇宙的起源 ， 比如它能拍到宇宙的第一代恒星和第一代星系 ， 拍到从宇宙尽头经过130多亿年传到地球来的光子 。 这有可能为人类解开宇宙起源、星系演化的奥秘 。
看到人类起源
《环球》杂志：为什么这个望远镜可以拍到已经发生过的事 ， 它是时间机器吗？
蔡峥：它就是一个时间机器 。 因为光速是有限的 ， 我们现在探测到的光实际上是从特别远的星系传过来了 ， 它可能130亿年前就发出来了 ， 到如今才被望远镜捕捉到 。 而130亿年前宇宙就是一个婴儿 ， 我们就可以通过望远镜看到宇宙婴儿时期的样子 。
《环球》杂志：那是不是说 ， 如果在离地球足够远的某一个星球上有智慧生命 ， 他们望向地球 ， 有可能看到宋代的中国？
蔡峥：对 ， 假如这颗行星离我们有1000光年远 ， 就很有可能 。 实际人类挺孤独的 ， 离地球最近的比邻星 ， 距离地球大概4.2~4.3光年 ， 就是说如果我们跟那边的“人”打个电话 ， 来回需要约10年的时间 。 这给研究人类起源提供了另外一种视角 ， 比如银河系有10万光年大 ， 我们就可以看看为什么四五千年前 ， 人类文明能出现一个大的突破 ， 到底1万年前有没有亚特兰蒂斯（传说中的古代文明）？智人到底是怎么起源的？
这里还有一个有意思的问题 ， 就是一切的信息只要我们留下了 ， 在宇宙里就已经无法删除了 ， 因为这些光子带着我们的信息快速飞向宇宙 ， 有一天就有可能被捕捉到 。 我们说过的每一句话 ， 做过的任何一件事 ， 在宇宙里都留下痕迹 ， 这很有趣 。
顶天立地的天文学
《环球》杂志：天体物理学是以大设备驱动的 ， 但设备却是越来越昂贵 ， 技术也越来越复杂 。 比如说韦布望远镜造价高达100亿美元 。 这样的发展态势对于天体物理研究来说是可持续的吗？
蔡峥：这确实是一个令人担忧的问题 ， 但如果换一个角度看天体物理学的发展 ， 得出的结论就大不相同了 。
比如哈勃望远镜催生了一些什么技术呢？它催生了最早的CCD（电荷耦合器件 ， 构成数码相机的核心器件）的产生 。 以前我们用胶片拍照片 ， 但胶片只能拍到很亮的天体 ， 而美国国家航空航天局（NASA）需要捕捉那些暗弱的信号 。 所以CCD最早在NASA测试 ， 就是为了给天文学拍照片 。 如今 ， CCD的日常应用已经发展出一个庞大的产业 。
所以天文学是一种顶天立地的学科 ， 顶天是回答顶天的问题 ， 但用的技术是立地的技术 。 再比如说现在我们每天都在用的WiFi ， 则是探索霍金辐射发展出来的技术 。 互联网这种大型电子对撞机 ， 则是从粒子物理项目管理中发展出来的 。
包括清华现在推动的MUST望远镜 ， 它也有很多外溢的效应 。 比如 ， 它推动了中国大型凸面加工制造检测技艺及技术的发展 ， 它也可以用在国防上 。 此外 ， 它推动了微纳光谱仪的发展 。 未来光谱仪还有可能集成在手机里 ， 人们只需自拍一下 ， 就可以检测是否患有皮肤癌 ， 或是辨别货币的真假 。 未来就要通过这种“顶天立地”的项目 ， 一方面进行人类最顶尖的科学探索 ， 另一方面外溢出改变世界的技术 ， 这或许才是天体物理学的可持续发展之路 。
在冷湖仰望星空
《环球》杂志：提到MUST望远镜 ， 为什么选择在冷湖这个地方建？
蔡峥：冷湖是一个非常有意思的地方 。 第一次去冷湖 ， 给人的感觉还是相当震撼的 。 首先那边的土地偏红 ， 完全没有植被 ， 就像外星一样 。 2020年11月份 ， 我们经敦煌去冷湖 ， 由于是隆冬时节 ， 一路上风雪交加 ， 但是翻过当金山 ， 汽车驶出30公里之后气候完全变了 ， 风和日丽 。 冷湖四周有比较高的山 ， 把风雪都挡在外面 ， 每年的降雨量只有10毫米左右 ， 特别干旱而日照又十分充足 ， 冷湖是欧亚大陆日照最多的地方之一 。
当晚 ， 我们在距离冷湖约300公里的大柴旦落脚 ， 把车窗摇下来 ， 银河就从地平线的一端跨到另一端 ， 就像一扇天然的拱门 。 在冷湖的山上 ， 到了夜晚有些星星就像灯泡一样 ， 特别的亮 ， 银河包括太阳系里头一道暗红的尘埃带 ， 你甚至都能拿肉眼看见 。
我以前去过美国夏威夷、亚利桑那以及智利等的很多天文台址 ， 我的感觉是冷湖台址甚至强过美国本土最好的亚利桑那台址 。 从统计数据来看 ， 智利冷湖的晴天数比我们的冷湖稍多一些 ， 夏威夷的空气视宁度也比我们的冷湖要稍好一些 ， 但都不能改变它是欧亚大陆上能找到的最好台址这一事实 。
《环球》杂志：天文台的台址为什么要选在沙漠或者高原、海岛一类的地方？
蔡峥：台址的选择要满足一些条件 。 首先 ， 雨水要少；其次 ， 空气的稳定度要特别好 ， 像夏威夷这种海岛 ， 在高山上 ， 雨都停留在半山腰 ， 山顶在云层上面 ， 而且海风特别均匀 ， 视宁度就很好 ， 不会出现星星“眨眼睛”的情况 。 满足这种条件的 ， 才是最优的台址 ， 但中国这种地方非常少 ， 因为中国沿海岸线很少有很高的山 ， 而冷湖恰好符合这些要求 ， 而且因为冷湖人口稀少 ， 光污染几乎为零 ， 这为中国做一流的科学研究提供了支撑 。
【地球|乘上空间望远镜的“时间机器”】一起去看宇宙的长城
《环球》杂志：人类需要仰望星空的人 ， 当初哪些机缘巧合让你成为了这种仰望星空的人？
蔡峥：原因特别简单 ， 我高中时候看过关于宇宙的片子 ， 开始心有所往 。 当时读《爱因斯坦传》 ， 觉得整个宇宙、时空特别有意思 ， 希望穷其一生可以知道多一点宇宙的奥秘 ， 正所谓“朝闻道 ， 夕死可矣” ， 就是这样走上了这条“不归路” 。
有时候我在想 ， 人脑由近1000亿个神经元组成 ， 这些神经元一直靠电信号相互联系 ， 产生了智能 ， 才让人类如此强大 。 银河系里就有2000亿颗恒星 ， 宇宙里估计有超过1万亿个星系 ， 这些恒星靠引力和光相连 ， 星系跟星系之间有暗物质组成的网相连 。 有时候看星系的形成和演化 ， 我觉得它也是一种高度智能的存在 ， 但我们现在对宇宙的认识还是太少了 。
一直以来 ， 中国对于基础的学科研究 ， 跟世界上其他国家的差距还是很大的 。 所以我们希望通过大家的努力 ， 建成更多类似于MUST这样的大型望远镜 ， 一起看到宇宙的长城 。 也能让中国的孩子将来读书的时候 ， 能够读到中国人对探索人类文明所做出的贡献 。
来源：2022年3月9日出版的《环球》杂志 第5期
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