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天文|天文学家眼中的星之“观星指南”

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？
天文|天文学家眼中的星之“观星指南”
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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 。
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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 。
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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 。
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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 。
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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）
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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 。


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