天文学家眼中的星之“观星指南”

人民宫射好宰

自从开始做天文研究，就有很多人好奇地来问我，你是怎么看星星的？其实还能咋看，搬个小板凳坐那看呗……

为了生动地回答这个问题，接下来就说说天文工作者眼中的星空。

怎么看？

图1.电视剧《人民的名义》画面（图源：网络）

提到天文学家看星星，许多人就会想到上面这个场景。但对于专业天文人员来说，上面这个做法早就不用了。

自从人类发明了照相底片，照相天文学就取代了肉眼观测；CCD发明之后，很快就彻底取代了照相底片。而且科研级别的主流天文观测也已经摈弃折射式望远镜多年了，现在大部分采用反射式望远镜。

名词解释：CCD Charge-coupled Device，中文全名“电荷耦合器件”。这个名字实在不好理解。不过不要紧，大家玩的相机（包括手机的相机），镜头后面的焦点位置上，就是这个东西，或它的兄弟版本CMOS。简单理解成电子胶卷就好。

当然了，早期的天文学家还是用人眼去观测并记录的，比如下图中威廉·赫歇尔制造的望远镜。

图2：威廉·赫歇尔的望远镜示意图（图源：网络）

图3是新疆天文台南山观测站的一米望远镜，是很常见的一台地平式反射望远镜。地平式是说这台望远镜的转动轴的安装方式。图中蓝色支架后面的黑色部分，它的内部是主镜面（这个角度看不到主镜，而且主镜在镜盖的保护之下）。主镜面把星光聚焦到图中左侧支架顶端的主焦点上。然后主焦点的设备（其实也就是CCD）就记录下了星光的信号。

图3：新疆天文台南山观测站一米望远镜（图源：郑捷）

顺便说一句，这张照片中的最左边有根管子，这是正在对望远镜进行维护的场景，不是正常观测中的情形。

天文学家在哪看？

望远镜被安装在楼上的圆顶里，而我们则在楼下的控制室进行操控，图4就是控制室的样子。看起来好像很多屏幕，其实并没有那么多计算机，因为有些计算机需要多个屏幕共同工作。算起来也就四五台计算机吧。

图4：新疆天文台南山观测站一米望远镜观测室内景（图源：郑捷）

为什么需要那么多屏幕呢？因为我们在工作的时候需要同时监控很多信息，例如一台计算机控制望远镜的指向，以及望远镜的观测计划，一台计算机控制望远镜数据的采集，还要负责显示采集到的图像数据。此外还有一大堆的杂事，例如监控天气状态，填写观测日志，数据质量监控，数据传输和备份……

可能有人说，这么多事情，为啥不做多窗口呢？两个方面的原因，一方面我们不能让每台计算机工作负荷太重，都是实时系统，万一哪台机子太忙碌，整个系统都会出问题的。其次呢，这些信息都是我们必须监控的，甚至窗口都不宜重叠，必须让我们在操作时一眼就能看到，所以就只能这么多了。

那么一个人能同时看这么多东西吗？答案是能的。对于新手来说，手忙脚乱是难免的，因为除了看一大堆东西，还要操作一大堆东西，但是熟练了之后其实没那么可怕。因为很多关键信息都知道在哪里，扫一眼就知道是否正常。现在设备的自动化程度都非常高，出现异常都会给出提示，所以没那么恐怖。

全波段和多信使天文学

事实上前面提到的只是光学望远镜！

天文观测从400多年前伽利略把望远镜指向天空开始，进入了望远镜时代，之后波段逐渐扩展到射电望远镜等，再然后飞快地进入了全电磁波段时代。

图5：中国科学院新疆天文台南山观测站26米射电望远镜，远处为原25米射电望远镜天线。这是反射式射电望远镜，是日常所见典型的“大锅”（图源：郑捷）

图6：500米口径球面射电望远镜（FAST，又名中国天眼），这是一台举世瞩目的射电望远镜（图源：国家天文台）

随着中微子天文学和引力波天文学在近年的出现和发展，天文学已经进入了多信使时代。近年来，随着人类将一台台空间望远镜送入太空，现在的观测设备是空间、地基两开花。

虽然不同的观测方式使用的设备差异非常大，但是出于传统习惯，我们仍都称它们为望远镜，尽管早已不是“镜子”了。比如下面这张图，你能猜出这是啥？这是1932年央斯基的“旋转木马”天线，也是人类第一台射电天文望远镜。

图7：人类第一台射电望远镜（图源：网络）

作者简介：郑捷，别名小林，理学博士，中国科学院国家天文台助理研究员，兴隆观测基地驻站天文学家，主要从事多波段恒星测光巡天观测和数据处理，以及天文软件研发工作。