摘要：从一滴水照见宇宙洪荒，到一枚神经元编织智慧星云，科学不再是公式的堆砌，而是万物共舞的诗行，我们将这种难以言喻的美，用镜头一一呈现。

从一滴水照见宇宙洪荒，到一枚神经元编织智慧星云，科学不再是公式的堆砌，而是万物共舞的诗行，我们将这种难以言喻的美，用镜头一一呈现。

由中央广播电视总台社教节目中心出品，中国科学技术协会专业指导的五集科学纪录片《科学之美》，在CCTV-10科教频道热播。一起来看第三集《问天》→

浩瀚星空

到底有无边际

茫茫宇宙

是否还有外星生命

天文学

古老神秘

至今仍散发无穷魅力

前沿技术的多维运用

超级装备的视野拓展

将为我们打开观察宇宙的新世界

仰望星空，人们都会好奇地思考，点点繁星到底有多少颗？

茫茫宇宙，是否还有像人类一样的生命？

我们何时才能实现遨游星际的梦想？

夜幕降临，对大多数人来说，预示着一天工作的结束。然而，位于河北省兴隆县的郭守敬望远镜（LAMOST）下，观星小组的工作才刚刚开始。

因为观测对象是夜空中的繁星，LAMOST的绝大部分工作时间都是在夜间进行。想要观测遥远距离的宇宙天体，就要求望远镜对光有极高的灵敏度。观测期间，望远镜周边不能有任何光源。

事实上，数万年来，对日月星辰，人类始终保持着持久、浓烈的好奇心。

“天文学是基础科学，我们平常讲数理化、天地生。‘天’就是天文。”中国科学院院士崔向群回忆，小学时看的第一版《十万个为什么》，专门有一本就是《天文》。她现在还记得夜晚去看牛郎星、织女星、北斗星、北极星等星星的经历，并由此产生了对宇宙、天体、天文的好奇。

天文学，它始于人类对星空的仰望与思考，通过天文观测来研究宇宙中天体的位置、结构和运行规律。但是，肉眼的能力毕竟有限，这时候望远镜就出现了。

人们最早用望远镜观天，始于伽利略望远镜。

宇宙浩瀚无边，星星更是数不胜数，如此巨大的工作量该如何进行？

每次观星工作开始时，驻站的天文学家发送观测目标，负责LAMOST望远镜机架控制的成员们将望远镜指向目标天区进行跟踪，两个主镜面进行聚焦共焦。

此时LAMOST焦面上的4000根光纤开始走位，与目标天区中的4000个宇宙天体一一对应，也就意味着一次可以观察4000颗星星。

LAMOST的观测，就像是给星星做体检，每颗星星发出的光，都有独一无二的光谱，观测星星的光谱，就能了解它们不同的性质。我们对宇宙中的星体了解得越多，就能为以后的宇宙探索提供更多的数据支持。

为了实现一眼看千星，给4000颗天体的光谱同时拍照，就需要多台光谱仪和CCD相机同时工作。LAMOST拥有16台光谱仪和32台由我国自主研发的CCD相机。这些设备是LAMOST的成像关键。

如今，LAMOST团队仍在不断升级这些设备的探测能力，为国内外诸多天文望远镜提供了同时观测多目标天体的基础。

崔向群院士认为研究、发展、研制望远镜，是为了越来越清楚地观测到越来越暗、越来越遥远的天体。他们在追求极限，让人类认识到的宇宙越来越接近于自然的真相。

根据夜间时长不同，LAMOST夏季的最佳观测时段在6到8小时之间，而冬季则可长达13小时。即便遇到阴雨、风雪等恶劣天气不适合观测，观星团队也要整夜坚守在观测室中。

天文观测是积累的过程，LAMOST观测的天体最远距离地球数十亿光年，它们传到地球的信号十分微弱，因此每多观测一小时，都可能有更重大的新发现。

根据不同季节，观星团队每晚都能够观测到3至8个天区，收集数万个天体的光谱。

“在天文望远镜中，LAMOST已经属于视场非常大的望远镜了，即便如此，它一次也只能观测直径是5度的一个小天区。”LAMOST运行和发展中心副主任闫宏亮说，即便是这一年中的天空都呈现在我们面前了，但观测的时候也只能一小块一小块地去扫描。

作为全球口径最大的大视场兼大口径光学望远镜，自2012年9月启动巡天计划以来，LAMOST已经运行了12年以上，观测到超过2500万条宇宙天体的光谱。

但是宇宙何其辽阔，仅银河系就有千亿颗恒星，即便是LAMOST这样的望远镜，收集到的天体信息也不足银河系的沧海一粟。

“因为这个科学目标很激动人心，所以我们也是全力以赴来克服困难，解决很多技术难题，来把望远镜研制成功。”崔向群院士说，LAMOST成功以后，就希望它能产出更多的科学成果。科学成果越多，他们越高兴。

LAMOST依靠可见光成像，给星星拍光谱，通过普查为它们建立宇宙档案。

然而，宇宙还有大量天体发出的是不可见光，要想更全面了解宇宙深处的各种天体，知道更远的地方发生了什么，这就需要另一种大科学装置登场了。

2021年，一串断断续续的无线电信号让许多天文学家激动不已，这次神秘信号来自外太空。

更令人新奇的是，这种信号在连续47天内重复了1652次。

科学家们分析，这些信号来自30亿光年外的遥远太空，甚至有人猜测是否来自外星生命。如此高强度远距离的连续信号，实属罕见。

捕获这些无线电信号的天文设备，就是“中国天眼”FAST。

这台500米口径球面射电望远镜，坐落于贵州省平塘县的山谷之底，像是一口镶嵌在青山之中的巨型铝锅。在阳光的照耀下，闪烁着银色的科幻之光。

望远镜的主体由两部分构成，一部分是25万平方米，约30个足球场大小的反射面。

另一部分便是反射面四周高高耸立的六个百米高塔。

作为目前世界上最大的射电望远镜，500米的巨大口径，让FAST能够接收更多的宇宙信号，探测的距离可以达到137亿光年之外，那里已接近可观测宇宙的边缘。

射电望远镜与大多数人熟悉的光学望远镜不同，光学望远镜只能用来观测发出可见光的物体。射电望远镜的发明，突破了人类依靠眼睛观察事物的习惯，通过电磁波来分析判断，这是人们感知世界的另一种方式。

正如蝙蝠用自身发出的超声波辨别方向，海豚凭借声呐导航。每个天文大装置，都有它擅长的方向。

崔向群院士介绍，现在天文观测主要在电磁波的不同波段开展。LAMOST聚焦于可见光波段，而FAST则工作在无线电波段，且FAST处于无线电波段中波长较长的区间。

可见光是电磁波，但电磁波还有许多是不可见的，这正是FAST的专长。

它有两项技术，堪称独辟蹊径，为射电天文学打开了一个新天地。

这个25万平方米的“大锅”，也就是它的主动反射面，并非呆滞不动。反射面根据观测需要瞬时变形，由球面变为抛物面进行聚焦，创造了全世界唯一采用变位工作方式的大型复杂索网体系。

另一个核心技术是轻型索驱动的馈源支撑系统。

FAST的馈源舱，也就是宇宙信号的接收器，小巧灵活，可以配合反射面的变形，在206米的范围内自由移动并准确到达指定位置，误差仅为10毫米。

这两项技术都是由中国独立研发完成，对于中国乃至世界科学界来说，是一个奇迹，更是一个飞跃。

从2016年开始，随着FAST的竣工和投入使用，越来越多的中外科学家会集在平塘县，这里成为全世界瞩目的科学平台。

如今，FAST已发现超过1000颗脉冲星，每一颗脉冲星都有其特殊脉冲及稳定的转动频率。

通过观测到的信号，可以区分每一颗脉冲星以及它们在宇宙中所处的位置，相当于在宇宙中建立了具有特殊信号标记的“灯塔”，当“灯塔”数量足够多时，就可以一起构建起“宇宙坐标系”，让人们实现星际旅行的美丽梦想。

就在FAST发射和收集无线电波的同时，同样在我国西南地区，另一个装置正在收集宇宙中能量最强的短波。

这座高原上的神秘“宇宙邮局”，时时刻刻接收着外太空的“来信”。

2022年10月9日晚上21时20分50秒，我国科研人员接收到了来自20亿年前的一场“宇宙烟花”的信号。这次，共收集到6万多个伽马光子。

这些伽马能量极高，最高能量光子达到18万亿电子伏，这是国际上首次达到10万亿电子伏的记录。

它们来自于一颗比太阳重20多倍的大质量恒星，它在燃烧完其核聚变燃料后，瞬间坍缩引发巨大爆炸，释放出了极高能量的宇宙射线。

负责收集这些伽马光子的高海拔宇宙线观测站，位于四川稻城海拔4410米的海子山。

这里成为科学家们“对话”宇宙，破解宇宙线起源谜题的重要场所，人们称它为“拉索”。

在静谧的夜晚，如果天气符合条件，18台广角切伦科夫望远镜就会打开箱门，开始观测。

实际上，拉索并不是一个单独的望远镜装置，而是一个庞大的探测器阵列，直径超过一公里。

这个巨大阵列的中心位置，是由按“品”字排列的三个大水池组成的水切伦科夫探测器阵列，面积约78000平方米。

周围则紧密排列着5216个电磁粒子探测器和1188个缪子探测器。

此外还有由18台广角切伦科夫望远镜组成的望远镜阵列。

宇宙线是一种高能粒子流，其中有带电粒子和不带电粒子。伽马光子就是一种不带电粒子，通过它们就有可能追溯到天体的一些信息。

中国科学院高能物理研究所副研究员李骢将宇宙线比喻为“雨水”——宇宙中，这些“雨水”一直拍打、撞击着地球。而这些“雨水”，其实是能量非常高的带电粒子，也就是宇宙射线。

作为来自太阳系以外唯一的物质样本，宇宙线是人类探索宇宙及其演化的重要途径。

因为宇宙射线就像信使，了解到它们的来源，就有可能了解发出这些宇宙射线的天体的信息。然而，在宇宙线被发现后的100年间，即便与之相关的探索与研究已经产生了数枚诺贝尔奖牌，但人类却始终没有发现宇宙线的起源。

在跨越物质最小单元夸克到整个宇宙的自然科学中，这一问题与暗物质、暗能量等并列成为21世纪所面临的若干基本问题之一。

拉索的诞生，让科学家们有了进一步探索宇宙的可能。

崔向群院士认为，当人们仰望星空时，往往会和其他人一样，觉得人类很渺小。即便你能活到100岁，在宇宙的浩瀚尺度与地球的漫长生命历程中，只是一瞬间。她说，你要做点有意思的事情，让自己觉得没白活。人活着不是为了享受，而是要对人类文明的进步与发展有用、有贡献。

事实上

在宇宙的尺度下

人类弱小而微不足道

但却始终在努力寻找揭开宇宙奥秘的途径

凝聚了几代中国天文人

智慧、雄心、抱负

所建成的这些天文学装备

不仅是一个个科学传奇

更展现了人类向宇宙深处

探索天文之美的勇气

责 编：胡安妮

来源：澎湃新闻客户端