最快速的巡天望远镜能为我们做什么?

　　一台新的望远镜正在对夜空进行有史以来最快速、最频繁的“人口普查”，纷至沓来的新发现让天文学家们目不暇接。

　　长期以来，我们一直视宇宙为宁静的地方。在诗人和哲学家眼里，与来去匆匆的人间事物相比，星星是最接近永恒的东西。

　　但是，望远镜帮助我们打破了这种幻觉。现在我们知道，天空在发生很多变化。有爆发的超新星，有快速旋转的脉冲星，有正在吞噬气体云的黑洞，有移动的星群……但是，要观察到这些变化，很多时候我们得借助望远镜巡天才能知道。巡天，就是用望远镜反复扫描天空，然后比较前后的差异。

　　传统上，用望远镜扫描整个天空，即所谓的全天空调查，需要几个月或几年才能完成。譬如，1970年代建于澳大利亚的施密特望远镜，扫描南半球天空，一次需要13年。1990年，ROSAT航天器为寻找X射线源扫描整个天空，一次花了6个月。

　　建于智利，于2023年7月投入使用的维拉·鲁宾望远镜刷新了这项纪录。它只需要用3个晚上即可扫描整个南半球天空，因此一年中它能扫描南部天空110遍。它还利用最先进的人工智能去识别肉眼细微莫辨的变化。有了它，我们将看到比以往更多的细节。总而言之，这代表着一个被称为“时域天文学”时代的到来，该学科旨在了解天体如何随时间变化。

鲁宾望远镜能为我们做什么?

　　维拉·鲁宾望远镜以发现暗物质的美国女天文学家维拉·鲁宾的名字命名。这是一架光学望远镜，也就是说，它工作于可见光波段，以它的光收集能力和巡天速度，它将能探测到天体亮度和位置的轻微变化。鲁宾望远镜大概能观测到200亿颗恒星，占银河系中天体总数的10%。如此大规模的观测，意味着，以前被认为罕见的天体事件，现在都变得稀松平常。目前在天文学家心目中至少有两个这样的罕见天体事件。

　　第一个是快速蓝光瞬变。这是一种快速的蓝光脉冲。到目前为止，天文学家只看到5个。它们可能是超新星，但被密集的尘埃和气体云所包围，因此改变了所发出的光的颜色。用鲁宾望远镜找到更多的快速蓝光瞬变，将使天文学家更好地确定它们的真实身份。

　　第二个是千新星。千新星是指一类暂时出现的天文事件，主要发生于双致密天体(如双中子星，中子星与黑洞)合并过程中。由于它的亮度可达到经典超新星的1000倍而得名。一颗普通的超新星爆发可持续一年左右，而千新星的亮度变化非常快，只持续数周，甚至几天。同样，天文学家只知道少数几颗千新星，而且都是偶然探测到的。它们被认为是两颗中子星碰撞，或者是一颗中子星与一个黑洞的碰撞。天文学家估计，千新星在宇宙中应该是比较常见的，只是由于它们消逝得太快，难以探测而已。

　　凭借其每隔三天的半天空扫描，鲁宾望远镜很适合探测它们。这特别令人激动，因为2017年探测到的引力波，同时伴随着发光，是激光干涉仪引力波天文台(LIGO)探测到的首个不是由两黑洞合并产生的引力波事件，被认为是由两颗中子星碰撞，也就是千新星。这意味着，未来可以把LIGO和鲁宾望远镜配合起来探测千新星。

　　当然，并非所有鲁宾望远镜发现的变化都如此突然或巨大。许多天体的变化可能是非常缓慢的。但鲁宾望远镜将工作几十年，这些天体将会被扫描数千遍，随着时间的积累，哪怕非常缓慢的变化也可能被揭示出来。从长远来看，鲁宾望远镜收集的数据，对于发现新的天体或事件，将是一个“富矿”。

　　鲁宾望远镜如何处理海量数据?

　　但问题是，鲁宾望远镜将产生海量的数据(估计每年产生的数据达到600万GB)，如何从中识别天体的变化呢?

　　值得庆幸的是，天文学家不需要亲自去做。他们可以开发机器学习和人工智能程序来完成这项繁重的工作。

　　当鲁宾望远镜扫描夜空，拍摄一张又一张的图片时，由人工智能驱动的系统将会自动寻找图片中的任何变化。一旦发现了一个变化，就创建一个自动警报，然后发送到世界各地的天文学家和天文台。在这些地方工作的科学家有不同的研究领域，有的可能在寻找小行星，有的可能在寻找超新星，有的可能在研究活动星系核……他们可以根据自己的兴趣，向维拉·鲁宾天文台索要更详细的数据，然后自己开发算法，从数据中提取尽可能多的信息。可以预见的是，未来遍布全世界的很多天文学家将围绕鲁宾望远镜，组建团队，开展研究。

　　如此强大的望远镜，无疑将会为我们揭示出大量未曾预料到的现象。然后，为了了解这些新现象，天文学家可能需要利用其它设施，进行额外的观测。维拉·鲁宾望远镜和韦伯太空望远镜一起，预示着一个天文学大发展的时代已经到来。

　　鲁宾望远镜会带给我们什么惊喜?

　　对于鲁宾望远镜可能揭示的新现象，天文学家心目中也已经有了两个。

　　一个是宇宙弦存在的可能证据。什么是宇宙弦呢?众所周知，我们的宇宙中目前存在四种基本作用力：引力、电磁力、强核力和弱核力。它们的强弱、作用范围以及作用的物质属性都各不相同(如引力作用于物质的质量，电磁力作用于物质的电荷)。但据大统一理论预言，在宇宙极早期，这些作用力是不分彼此的;它们是在经历了一场类似水结成冰的宇宙相变之后才分开的。天文学家推测，宇宙弦就产生于这场相变中，是相变在空间结构中留下的折痕，类似水结冰时在冰块上出现的裂缝，在那里，宇宙物质特别集中。天文学家认为，找到并研究宇宙弦，可以从中了解极早期宇宙的状况。今天，宇宙弦的行为应该像引力透镜，可以把遥远星系的光线汇聚到一起。如果宇宙弦存在，也许会被鲁宾望远镜发现。

　　另一个可能被鲁宾望远镜发现的是外星人存在的证据，或者更确切地说，是外星人建造的太空巨型设施存在的证据。这个想法很简单：当外星文明发展到一定程度，为了满足能源的需要，他们可能会围绕其母恒星建造巨型设施，用来捕捉更多的恒星光，并将其转化为电能。

　　1960年，美国物理学家弗里曼·戴森证明，这样的结构应该将其废热作为红外线辐射出去，以保持自身的热平衡。而后来的天文学家又进一步证明，这种结构在辐射输出方面不是精确稳定的，而是围绕其平衡状态会有微小的振荡。这意味着它可能产生一个随时间变化的可探测信号。根据计算，振荡周期可能从几分钟到几个世纪不等，并且可以使其母恒星看起来像某种以前未知的变星。这种变化一般的望远镜是很难发现的，但可能会被鲁宾望远镜观测到。