從新生恆星出發,談談射電天文學的有趣歷史

本文從最近新發現的新生恆星講起,帶大家瞭解射電天文發展的有趣歷史

最近,天文學家們通過卡爾.央斯基超大陣列(VLA)和阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列(ALMA),發現了上百個被塵埃和氣體環繞的新生恆星。這些恆星寶寶,密集地分佈在被稱為恆星育嬰場的獵戶座分子云團中。

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恆星形成假想圖

獵戶座我們熟悉,就是冬季星空中,大梯形環繞三顆腰帶的著名星座。那什麼是分子云團呢?

分子云,就是在宇宙空間,由氫氣、一氧化碳、氦氣等氣體分子和塵埃,聚集成的稀疏且蔓延很廣的星際雲。當眾多星雲聚集,就形成了分子云團。

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獵戶座大星雲

獵戶座中,有著眾多著名的分子云,比如獵戶座大星雲、馬頭星雲,M43星雲等。這些星雲,一起組成了獵戶座分子云團。它們距離地球1500至1600光年,分佈範圍,超過上百光年。這片區域,存在著大量年輕的恆星,是距離地球最近的恆星養育基地。

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分子云團,孕育恆星的場所

藉助大型的射電望遠鏡,天文學家們不僅發現了超過300個的新生恆星,還透過密集的星際塵埃和氣體,發現了正在逐步成型的行星。分子云團中的氣體、塵埃和碎屑,在引力的作用,為恆星以及行星的成型,補充著養分。

在這次發現中,有的恆星只有不到10000年的歷史,有的已經在兩極出現噴射流。眾多處於不同演化階段的恆星,為我們進一步研究恆星及行星的演化發展,提供了詳實的樣本。

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眾多正在孕育中的恆星

以上這些發現,要歸功於射電天文學的理論以及射電天文望遠鏡。讓我們來了解下,在這門學科的發展中,有哪些有趣的歷史。

我們首先要談到的,就是卡爾.央斯基,射電天文學的奠基人,發現獵戶座分子云團恆星群的超大陣列VLA,就是以他來命名的。同時,天體射電流量密度的單位,也是“央斯基”。

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卡爾.央斯基

央斯基,1905年出生在美國俄克拉荷馬州諾曼市。1928年,從威斯康星大學畢業後,加入了貝爾實驗室。

當時,貝爾實驗室正試圖通過短波,進行跨大西洋的無線通信。央斯基在其中承擔的角色,其職責是尋找可能影響無線語音傳輸的靜態干擾源。

很快,他建造了能夠接收20.5兆赫茲無線信號的天線。這個天線安裝在一個可以任意調整方向的轉盤上,江湖人稱“央斯基的旋轉木馬”。通過旋轉,就可以很輕鬆定位無線信號的方向。

經過幾個月的觀測,央斯基有了結果。首先,打雷會對通信帶來干擾。而一種不明來源的微弱嘶嘶聲,吸引了央斯基的注意。他花了一整年研究這個微小卻很穩定的信號,發現它每天有規律地增強減弱。

央斯基首先猜測,這個信號來自太陽。但經過幾個月的跟蹤,他發現這個信號的最強位置,不在太陽附近,並且它的變化週期不是24小時,而是23小時56分鐘。最終,他確認,信號來自銀河系,而信號的最強點則是銀河中央,射手座附近。

這個發現,發表在了1933年5月的紐約時報上,引起了廣泛的關注。

為繼續深入調查這個來自遙遠星域的神秘信號,央斯基建議貝爾實驗室建造直徑達30米的拋物面型天線。但由於這個來自宇宙深處的微弱信號並不會干擾跨洋通信,貝爾實驗室拒絕了他的提議,將他轉到了其他項目中。

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央斯基期翼的射電望遠鏡終由後輩建成

時也命也,在歷史大背景下,個人想要掌握自己的命運,真的很難。哪怕是有著如此偉大貢獻的人物。

當時,很多科學家對央斯基的發現充滿了興趣,但由於經濟大蕭條的到來,幾乎沒人開展後續的研究。

慶幸的是,有兩個人延續了央斯基的研究,繼而對射電天文學產生了重要的影響。其中一個是約翰.克勞斯,二戰後他在俄亥俄州立大學建立了射電天文站,他所著的射電天文學教科書,被奉為學科內的“聖經”。我們這裡主要來看另一個傳奇人物,格羅特·雷伯。

格羅特·雷伯,出生於1911年。他曾經以無線電操作員的角色,輾轉於不同的無線電公司(有點類似今天輾轉於不同互聯網公司的程序員們)。

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格羅特·雷伯

1932年,當聽到央斯基的研究成果後,他很想進行後續的研究,發掘神秘信號的真正來源。於是,他向央斯基所在的貝爾實驗室遞交了簡歷,希望能和央斯基一道,深入瞭解宇宙射電波(如果他知道,央斯基的研究也被迫中斷的話,不知道會怎麼想)。

但在大蕭條期間,不裁員就不錯了,更不要說找工作。於是,雷伯決定,自己開展射電天文學的研究。

他白天在芝加哥的一個無線電公司工作,利用業餘時間,自費在自家後院搭建望遠鏡。

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格羅特.雷伯芝加哥郊區家中的望遠鏡

1937年望遠鏡搭建完畢後,雷伯幾乎每晚都會花很長時間觀測星空。1938年,他成功在160兆赫茲的波段上,接收到了來自銀河的電波,確認了央斯基的發現。之後,除了發現銀河中央無線電波最強之外,天鵝座和仙后座星域,他也發現了相同的現象。

在1938到1943年期間,雷伯的觀測數據和研究成果,確立了他在射電天文學領域的地位,此後,越來越多的研究資源投入到其中。射電天文學,成為觀測宇宙的一種重要手段,有了許多的重大發現,包括此次發現的獵戶座分子云團中的新生恆星群。

卡爾.央斯基格羅特.雷伯之所以能成為射電天文學的先驅,機遇固然重要,但更關鍵的是他們對科學的執著和付出的艱辛努力。換位思考,如果我們是雷伯,我們能否做到,在全職工作的情況下,為了興趣和理想,放棄休息娛樂時間,持之以恆去做一件事嗎?如果能做到,也許,我們離成功就更近了一步。

最後,還有一個問題,那個神秘的電波到底是什麼呢?根據現在的研究,這些電波是由超新星爆發時,釋放出來的帶電粒子所產生。


參考:

Astronomers spot hundreds of baby stars and planet-forming disks. By Samantha Mathewson. From space.com

美國國家射電天文臺官網


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