一個人的天文學，他在媽媽後院建起古怪裝置，帶領人類觀測宇宙

歡迎收看老明的頻道 宇宙中會發出一種絲絲的聲音 有點像是用平底鍋煎培根的聲音 這種聲音會告訴我們很多祕密 如果宇宙中真的存在外星人 最有可能找到他們的辦法 也是監聽這種聲音 80多年前 有人想到可以用一種奇怪的方法觀測宇宙 但是沒人理解他 在將近十年的時間裡 他都是一個人孤獨的探索著星空 當其他科學家恍然大悟的時候 這種方法立刻成為觀測宇宙的主要手段 一個人開創了一個門派 所以稱為一個人的天文學 今天我們要講的 不但是探索未知的故事 更是尋找人生意義的故事 有關這位不知名的一代宗師 咱們還得從頭說起 時間要回溯到1933年 美國正處在大蕭條的時代 21歲的格羅特·雷伯剛從大學畢業 他學的是電氣工程 但他的愛好是剛剛興起的無線電 一次偶然的機會 雷伯讀到了一篇有關無線電的論文 裡面談到了一個神祕事件 雷伯一下子就被吸引住了 那是三年前的1930年 貝爾電話實驗室的工程師卡爾·央斯基 在跨洋無線電傳輸中聽到了一種噪音 是一種微弱的嘶嘶聲 這種噪音非常影響無線通訊 貝爾實驗室就讓央斯基找出原因 央斯基做事很認真 他就在一片廢棄的土豆田裡 搭了一座100米長的天線 整整兩年的時間 央斯基一直努力追查噪音的來源 一開始噪音來自太陽的方向 但是跟蹤了六個月後 太陽已經到了相反方向了 信號仍然存在 又過了六個月 太陽轉回來了 信號又回到了太陽的方向 央斯基不是天文學家 但是他敏銳的意識到 這個信號只能來自太陽系外 這是一個銀河系的信號 一種可能 信號來自一顆遙遠的恆星 另一種可能更神奇 這是一個外星文明的信號 央斯基把自己的發現上報給他的老闆 但是老闆沒什麼想像力 聽完彙報後 覺得這件事沒什麼賺頭 所以老闆叫停了央斯基的研究 並讓他負責了另外一個項目 央斯基退出了歷史舞臺 但是他的論文 卻影響了雷博的一生 雷博的好奇心完全被點燃了 太空中怎麼會有固定的信號呢 這實在是太神祕了 他下定決心 一定要找到信號的來源 一開始雷博聯繫了央斯基 希望能在央斯基的手下當個研究員 但是當時正處在大蕭條的時期 工作非常難找 央斯基也沒有合適的位置給他 就拒絕了雷博 雷博又聯繫了哈佛大學和加州理工大學 然而這兩所頂級院校 完全搞不懂雷博的意圖 你說這是天文吧 又不是用望遠鏡觀測 你說這是無線電吧 又從沒聽說過地球之外有無線電信號 這到底是在研究什麼呢 他們也拒絕了雷博 雷博四處求人 又聯繫了芝加哥大學的一位頂尖教授 大教授耐心的聽這位21歲的小青年講完後 哈哈大笑 他說如果恆星有聲音 他倒是很有興趣 聽一下恆星的聲音是什麼樣的 然後就有禮貌的請他出去了 大教授並不知道 恆星真的有聲音 為什麼這些權威人士 不接受雷博用無線電研究宇宙的構想呢 因為當時的天文學家 只知道使用光學望遠鏡 他們絞盡腦汁 設計打磨更好的光學鏡片 建造口徑更大的光學望遠鏡 對剛剛興起的無線電知之甚少 他們忽略了一件重要的事情 就是光的本質 光的本質是電磁波 全頻道的電磁波 包括γ射線 x射線 紫外線 可見光 紅外線 微波 一直到無線電 我們人眼能看到的可見光 只是電磁波的一小段頻段 其他的頻段其實都能看見 但不是一般意義上的看 需要用儀器將電磁波分析成 我們能夠理解的聲音與圖像 雷博的設想太超前了 所以他四處碰壁 心灰意冷之下 他只能在芝加哥找了一份 做無線電配件的工作 兩年的時間匆匆而過 雷博一直忘不了太空中那個神祕的信號 最後他實在忍不住了 既然所有人都不想尋找這個信號 那就自己找 雷博這位業餘無線電愛好者 業餘天文愛好者 要幹一件所有專家 大拿 科學家都沒幹過的事 1937年夏天 雷博在他媽媽的後院裡 開始安裝一個古怪的儀器 這是雷博在見到之前做的等比例模型 上面有一個奇怪的碟子 或者可以稱為鍋 雷博本來想建一個直徑30米長的鍋 後來發現自己太天真了 他媽媽的後院根本裝不下30米大的鍋 而且鍋的大小並不取決於他的野心 而是取決於他家小卡車的大小 卡車能裝下的最大配件 決定鍋的最大體積 雷博叫來他哥和兩個鄰居小夥 四個人熱火朝天的乾了起來 這張照片就是雷博自己設計 自己製造 自己總裝的設備 大鍋其實是拋物面反射鏡 直徑長9.45米 重約兩噸 它的作用是收集地球外的無線電波 上面用四條撐腿 支起一個負反射面 負反射面聚焦鍋的信號 再將信號輸入潰圓喇叭 再經過接收器和放大器的處理 最終進入終端分析 整個組件安裝在一個傾斜的支架上 可以指向不同的方向 但不能轉動 這就是人類有史以來 第一臺射電望遠鏡 在當時 除了雷博 沒有任何人知道這是什麼東西 雷博的媽媽經常用望遠鏡的支架 晾衣服 曬被子 鄰居小孩們就跑來當爬梯 爬上爬下 玩的不亦樂乎 1937年9月底 雷博終於造好了望遠鏡 他將接收器設定在3300兆赫茲的頻率上 他興奮的打開接收器 沒想到尷尬了 接收器裏什麼都沒有 雷博失敗了 建這個望遠鏡 已經花光了他所有的積蓄 還借了家人很多錢 他根本沒有錢進行改造 為了掙錢 雷博只好去打好幾份工 給芝加哥的好幾個無線電設備廠工作 過了幾個月 他湊夠了錢改建了設備 這一回他將接收器設定在900兆赫茲的頻率上 但是非常可惜 還是沒有生意 雷博只能進行第三次改造 他向設備公司預定了大公寓接收器 人家的開價是140美元 雷博又被暴擊了 當時美國人的年平均工資是1363美元 也就是每個月114美元 這個設備實在是太貴了 雷博又存了兩個月的錢 最終咬著牙買了下來 這一回 雷博將接收器設定在160兆赫茲的頻率上 時間已經到了1938年的初春 密歇根湖的冷風依然冰凍著芝加哥城 在一個寂靜無人的夜晚 雷博將望遠鏡對準璀璨的星河 他打開了接收器 突然接收器裡傳來一種嘶嘶的聲音 就像是平底鍋煎培根的聲音 對於雷博來說 那是一種比任何音樂都美妙的聲音 雷博興奮無比 央司機是對的 銀河深處的確向外發射著強烈的無線電波 宇宙太奇妙了 人類太渺小了 那一刻 雷博覺得花的所有的錢 吃的所有的苦都是值得的 用射電望遠鏡觀察宇宙完全可行 雷博以一己之力 開創了人類觀測宇宙的新時代 時間來到1940年 雷博在《天體物理學》雜誌上 發表了第一篇天文學論文 這是人類天文史上第一張銀河系射頻天空圖 隨後 雷博發現了位於天鵝座A的一個射電星系 今天的天文學家已經確定 星系中心是一個超大的黑洞 很快 雷博又發現了頻率高於1GHz的 最亮的太陽系外的射電源 先後座A 60年後 天文學家通過哈勃太空望遠鏡 拍下了他的照片 原來這是一次壯觀的 超新星爆發後的產物 雖然這一段時間 雷博發表了一系列天文新發現 但是天文界仍然沒有給予雷博什麼關注 最重要的原因是第二次世界大戰爆發了 戰爭給全世界帶來了巨大的災難 這個時候 誰還有精力關注天文學的進展呢 直到二戰結束後 纔有天文機構聯繫雷博 願意向他學習如何使用射電望遠鏡觀測宇宙 雷博終於由個體戶 變成了天文機構的正派研究員 恰在此時 美軍在諾萬迪海灘 發現了德軍安裝的先進雷達 叫做巨型維爾茲堡雷達 所謂巨型 天線的直徑為7.4米 比雷博自己組裝的鍋還小了兩米 美軍聽說 可以用這種大型的天線研究天文 就把雷達運回了美國 捐獻給雷博所在的機構 條件是 如果他們的研究增強了雷達的靈敏度 技術要首先給軍方使用 巨型維爾茲堡雷達有很多個 雷博就把它們連接起來 建起了最早的陣列射電望遠鏡 從而得到了更高的分辨率 從1937年 雷博自建人類的第一臺射電望遠鏡 直到1947年 建立起陣列射電望遠鏡 在長達十年的時間裏 雷博是地球上唯一使用射電望遠鏡 觀察宇宙的人 那是一個人的天文學時代 時間進入到1950年代 在著名科學基金會的贊助下 雷博在風景優美的夏威夷 建起射電望遠鏡天文臺 不久後 他和研究員們突然面臨了一個巨大的危機 如果不能很好地解釋這個謎團 射電研究的理論就有可能要被推翻 在此之前 太空無線電發射的標準理論稱為黑體輻射 什麼是黑體輻射呢 我們想象有一個空腔 裏面非常黑 當光照進去之後會完全被內部吸收 所以這個空腔看上去就像一個黑洞 當然世界上沒有真正完美的黑體 只有近似的黑體 比如這個鉛塊 在上面鑿了一個孔 看上去就是一個深深的黑洞 但是如果用紅外攝影機拍攝 就會看到一幅驚奇的畫面 這個黑洞比整個鉛塊要亮得多 這是因為任何一個物體的內部都會產生輻射 從小孔中射出的紅外光 要比鉛的表面大得多 所以小孔就顯得特別的明亮 不光是鉛塊 用銅塊和鋼塊也會得到同樣的結果 這說明除了溫度以外 黑體輻射與物質的屬性沒有任何關係 所有天體發出的光 包括太陽、月亮 其實都是由黑體輻射引起的 當時的天文學家認為 宇宙的主體是恆星和其他熱體 所以射電望遠鏡接收的高能光 要比低能光多得多 然而事實恰恰相反 在宇宙中存在著大量的低能量無線電信號 這又是怎麼回事呢 經過近十年的研究 雷波終於解開了謎團 原來宇宙中形形色色的天體 會發射大量的帶電粒子 這些粒子有巨大的電磁輻射 射電望遠鏡接收的正是這些低能信號 這種現象被稱為同步輻射 時間進入到1960年代 射電天文學取得了跨越式的發展 由於無線電波可以穿透光波透不過的星際塵埃 射電望遠鏡就能深入到光學望遠鏡看不到的地方 60年代的四大天文發現 類星體、脈衝星、星際分子和宇宙微波輻射 都是利用射電望遠鏡觀測到的 人類穿越了宇宙的層層迷霧 不斷加深了我們對世界本質的理解 直到今天 射電天文學已經發展成一門顯學 人類探索暗物質、搜尋地外文明 都需要通過射電望遠鏡來實現 如今世界上最著名的射電天文望遠鏡 智利的阿卡塔瑪陣列、美國的聖達陣列、中國的FAST天眼 以及即將建設的平方公里陣列望遠鏡 這些望遠鏡的基本原理 都遵循了雷伯在1937年的原始設計 中期一生 雷伯都沒有什麼名氣 因為他本人業於無線電和業於天文學的背景 他也沒有得到過什麼重大的獎項 諾貝爾更是與他無緣 連想都沒有想過他 但是雷伯也並不在意 他性格溫和 是一位樂天派 生性幽默風趣 總想與人為善 認識他的人都不自覺的把他當成好朋友 我找到了一段上個世紀90年代雷伯做報告的視頻 當時他已經80歲了 在做報告時 經常能聽到他自言自語的笑聲 大家問他 為什麼如此執著的走上設定天文學的道路 他解釋道 央司機用了整整兩年的時間 不遺餘力的去研究一個沒有任何實際價值的課題 和通信完全沒有關係 正是這種精神打動了他 本質上雷伯與央司機是一類人 他們非常純粹 從不被權力與金錢所困擾 雷伯最感興趣的 是尋找存在的最基本的命題 我是誰 什麼纔是這個世界的本質 雷伯於2002年逝世 享年91歲 天文學家們為了紀念他 把他的骨灰分成很多份 撒在全球17座設定天文臺的土地上 在他去世的11年後 越來越多的人開始懷念他 雷伯在2013年入選了美國名人堂 他一生的工作終於被世人所承認 談起雷伯 人們最動容的還是1937年到1947年的那段日子 在3600個夜晚中 全世界沒有人知道他在幹什麼 只有他一個人坐在高懸的鐵鍋下 靜靜的傾聽著 宇宙發來的聲音 今天的故事就分享到這裡 別忘了關注老明的頻道 我們下期節目 再聊 太陽系與人類都不存在了 這兩個旅行者仍然圍繞著銀河系的中心 做每2.5億年一週的公傳 今天我們要講的就是最孤獨的旅行者的故事 1965年7月 美國航空航天局NASA的一名實習生 加里法蘭德羅在計算行星軌道時 偶然發現太陽系的四個巨行星 會在20年後同時運行到太陽的一側 法蘭德羅靈光一閃 他敏銳的意識到 如果人類發射航天器 可以一次性的探索四個星球 藉助行星巨大的引力 航天器可以加速到前所未有的速度 極大提高探索行星的效率 而這種奇特的天文現象 要每176年才能出現一次 真的是機不可失 時不再晚 NASA下屬的美國噴氣推進實驗室 馬上就認識到這個時間窗口的重要性 在他們努力推動下 一個代號為 盛大旅行的深空探索計劃逐漸成形 製作一個航天器 利用行星的引力彈弓效應 一次性的飛越木星土星 將人類的視野 帶到以前從未涉足的太陽系的邊疆 天王星與海王星 隨後盛大旅行計劃幾經改版 最終確定了兩套方案 一個方案比較保守 叫做土木太方案 可以一次性觀測木星土星 與土星最有可能產生生命的衛星 泰坦星 另一個方案比較激進 從木星土星掠過後 直奔天王星與海王星 最終NASA決定兩個方案同時上 一次發射兩個航天器 為這次任務做一個雙保險 並將它們命名為 旅行者一號與旅行者二號 由於木星提供的巨大引力彈弓效應 旅行者們將會獲得逃逸太陽系的加速度 也就是說這兩艘航天器最終會飛離太陽系 NASA決定讓航天器成為人類的時間膠囊 向銀河系內的智慧生命帶去地球的誠摯問候 於是NASA邀請著名天文學家 也是有史以來最著名的科普作家卡爾薩根 讓他負責設計全人類的問候信息 卡爾薩根為此思考了很久 這就是旅行者們攜帶的來自地球的禮物 兩張同樣的長229毫米寬152毫米的鍍金唱片 唱片含有豐富的信息 包括116幅地球的圖像 55種語言的問候 而中文系統就包含了四種 普通話、粵語、閩南語和吳語 其中閩南語的問候最為有趣 體現了中國人熱情好客的歷史傳統 是這樣說的 太空的朋友們 你們怎麼樣 你們吃了嗎 如果有時間請來看看我們 除了問候語 還有各種自然界的聲音和90分鐘的音樂 包括中國古琴演奏大師管平湖的古琴曲《流水》 照片上還刻有太陽相對於14個已知脈衝星的位置 這樣任何人找到其中的一個 就可以推斷出唱片的來源地 封裝採用同位素鈾238的超純樣體製成 外星人可以通過放射性沿帶測定法 來確定唱片的年齡 1977年8月20日 在美國佛羅裏達州卡納維拉爾角 旅行者二號先期起飛 16天後旅行者一號也隨之升起 這個人類有史以來最複雜 也最具雄心的太空探索任務 一開始似乎就不太順利 旅行者二號在起飛時 有一個方向推進器指向錯誤的位置 將推進劑噴在了航天器上 使航天器偏離了航向 在調整過程中 紅外輻射劑光譜儀干涉儀以及成像儀 都不同程度的有所損害 最終造成了主無線電接收機永久失效 只能使用備份接收機 而旅行者一號也經歷了同樣艱難的歷程 由於發射火箭泰坦三翼上的一個技術問題 火箭有543千克的推進劑沒有點燃 導致火箭的速度不夠快 在燃料燒盡的3.4秒前 旅行者一號才勉強掙脫了地球引力 從而避免了墜毀太平洋的命運 真的是千鈞一髮 總之在經歷了提心吊膽的啟程之後 兩個旅行者都開始了他們茫茫的未知歷程 1979年1月 經過15個月的太空之旅 旅行者一號率先抵達木星 由於運行軌道不同 雖然旅行者一號後發射了16天 但是他卻先於2號幾個月到達木星 旅行者們在木星與土星系統內 帶回前所未有的重大發現 過去人類從來不知道木星也有星環 但是旅行者一號的照片顯示出 木星被一個只有30公里寬的細環環繞 木星大紅斑周圍的雲層速度高達100米每秒 說明瞭持續了幾個世紀的木星大風暴正在發生變化 它很可能會逐漸消失 木星的衛星艾奧上有強烈的火山爆發 噴射的物質竟然高達280公里 這是已知的太陽系內最壯觀的火山爆發 旅行者們成功地穿越了木星的輻射帶 但並非毫髮無損 旅行者一號機載失蹤 因高能輻射開始減慢 它的兩臺計算機失去了數據同步的能力 也使它的照相系統受到了損害 旅行者們隨後又來到了土星 土星的泰坦星是太陽系裡唯一一個有大氣層的衛星 無線電信號顯示 這顆衛星的直徑約為5150公里 甚至比行星水星的尺寸還要大 旅行者們發現 泰坦星上有分明的四季 它的空氣中含有氮和甲烷分子 這顆衛星很可能就是地球幾十億年前時的樣子 旅行者二號拍下一張雄奇的照片 那是巨大的土星環 在土星上留下的投影 如果此時有智慧生命正站在投影之下仰望天空 不知道會看到一番什麼樣的景象 在飛掠土星的時候 旅行者一號的掃描平臺發生了故障 這是一個重大的損失 使人類失去了許多觀測土星的機會 但是值得欣慰的是 旅行者一號的探測任務大部分都圓滿完成了 它是個非常堅強的靠譜的小傢伙 經過土星之後 旅行者們就分道揚鑣了 旅行者一號跳出太陽的行星公轉平面 人們希望它能全速到達日光層的邊緣 而旅行者二號則一腳踏入 以往人類從未進入的未知領域 1986年1月24日 在休眠了將近五年之後 旅行者二號被人類喚醒 它終於到達了天王星 天王星是太陽系中最奇特的行星之一 它的軸向傾斜角竟然高達98度 就像是躺在太陽的平面軌道之上 天王星很可能是一個由鑽石組成的星球 鑽石巨山漂浮在鑽石海洋之上 所以它的磁場有多個極 而磁極一直在不停的翻轉 天王星是一顆寒冷的星球 它的對流層頂部的溫度為零下224度 三年後的1989年 當旅行者二號飛抵海王星時 人們頓時發現了不同凡響的地方 海王星距離太陽比天王星要遠得多 但是海王星比天王星的熱量還要高上6度 為什麼會產生這種奇怪的現象呢 沒有人能夠解答 海王星上有太陽系最強烈的風 測量到的風速竟然高達每小時2100公里 旅行者二號拍攝的照片顯示出海王星的大暗斑 這是由海王星大氣層的風暴所產生的 旅行者二號在考察海王星最大的衛星海衛一時 竟然意外的拍攝到海衛一表面的間歇泉 向空中噴湧物質 這表明海衛一絕不僅僅是一個固態的冰球 它的內部活動究竟是怎樣的 人類仍然無法解釋 1989年8月底 旅行者二號結束了全部行星探測工作 而此時距離當年實習生法蘭德羅提出盛大的旅行 已經整整過去了34年 旅行者們出色的完成了探索太陽系的任務 他們造訪了4顆行星和48顆衛星 其中有23顆在此前我們從不知道它們的存在 旅行者在旅程中見到了新的行星環 火山、間歇泉和極光 極大地擴展了人類對太陽系的認知 到1990年時 旅行者一號與二號的核電池電量已經嚴重不足了 卡爾薩根向NASA提出了一個要求 他希望旅行者一號在飛到太陽系邊緣的時候 能夠轉過頭來拍一張回眸地球的照片 這個要求遭到了NASA科學家們的強烈反對 因為在這麼遙遠的距離 讓旅行者的相機扭轉180度 會耗費飛船上所剩無幾的能量 而這張照片又沒有什麼實際用途 情急之下 卡爾薩根直接找到了NASA的副局長 向他闡述了這一設想的意義 NASA最終同意了卡爾薩根的要求 在距離地球64億公里之外 旅行者一號調轉了他的攝影機鏡頭 拍攝下這張被稱為暗淡藍點的著名的照片 在拍照的那一刻 太陽光正好照耀在飛船的金屬支架上 而地球恰被埋沒在這一束金屬光線中 小到只佔照片上的0.12個像素 幾乎看不到 卡爾薩根為這張照片寫下了下面的字句 請再看看那個光點 就在那裡 這就是我們的家園 在那上面有你愛的每一個人 你認識的每一個人 人類歷史上的每一位聖人和罪人 都生活在那裡 我們DNA裡的氮元素 我們牙齒裡的鈣元素 我們血液裡的鐵元素 都是大爆炸時萬千星塵散落後組成的 所以我們每個人都是一粒星塵 在拍攝這張照片不久後 兩個旅行者就都失明瞭 他們的相機被永久關閉 以節省電力和存儲空間 但是他們仍然豎著耳朵 為人類監聽宇宙的聲音 2004年12月 旅行者一號獲取的數據中 突然出現一個持續不斷的大尖峯 這意味著旅行者一號 已經到達了太陽系的第一道重要邊界 終端激波 三年後的2007年8月30日 旅行者二號也穿過了終端激波 他們傳回的數據 證明瞭一個長期存在的理論 太陽系並不是完美的原型 而是扁的 在穿過終端激波進入日翹之後 旅行者的發電機功率下降的更快 平均每年減少4瓦 為了延長他們的工作壽命 他們的耳朵也被封閉了 各種非必要的系統電源都被切斷 然而任務卻仍在繼續 到2012年7月 旅行者一號距離太陽122個天文單位 他終於到達了太陽系的第二個邊界 太陽峯頂層 在這裡 風和磁場不再來自於太陽 而是來自附近的超新星和銀河系 經過13個月的反復驗證 2013年4月 旅行者一號發回了信號 他表明 圍繞在他周圍的等離子體 正像吉特弦一樣的震動 這種震動可以變成聲音 它的音高可以讓科學家確定 等離子體的密度 隨後 NASA發表了聲明 旅行者一號成為人類有史以來的 第一個星際旅行者 進入2020年後 旅行者最後的科學儀器 也被逐步關閉 兩個旅行者開始安靜下來 他們沒有眼睛 沒有耳朵 沒有腿 只能憑藉慣性一路前行 在未來的幾年裡 他們僅會週期性的 發射微弱的電子信號 以告知地球他們所在的位置 預計到2025年 旅行者的電力會全部耗盡 他們微弱的心臟也將停止跳動 人類將永遠失去 我們這個時代最偉大的探險者 我們終將與旅行者們說聲再見 在4萬年後 旅行者一號會航行到 距離太陽17.6光年的 格力斯445星系 在30萬年後 旅行者二號會通過 夜空中最亮的星 天狼星系統 在以後 我們就真的無從推想了 人類只是宇宙中的一粒星塵 然而好奇心存在於我們的基因中 催促人類必須去探索 找尋下一座山丘 旅行者使我們成為星際探險家 我們不僅跨越了太空 而且進入了未來 因為旅行者會比我們任何人 都更加長久 但是旅行者的意義 卻絕不僅限於此 他所攜帶的鍍金唱片 是全人類向宇宙發出的美好流言 那是人類與未知文明 進行溝通的渴望 還記得那句真摯的閩南語問候嗎 太空的朋友們 你們怎麼樣 你們吃了嗎 如果有時間 請來看看我們 好了 今天的故事就講到這裡 如果你喜歡我的節目 別忘了關注老明的頻道 我們下期節目再聊