屈一平

時空漣漪伴生的宇宙“煙花”，震動整個天文界！

來自宇宙深處時空漣漪伴隨的“煙花”——中國科學院紫金山天文臺吳雪峰研究員，在第一眼看到中國南極巡天望遠鏡觀測數據中找到的第一例雙中子星并合的光學信號時，這樣形容。

“現在想想都覺得很神奇很幸運很不可思議。也許這就是在漫長黑夜里堅持等待的意義……”10月23日，吳雪峰接受《人民周刊》記者專訪，這樣描述自己當時的心情?！罢麄€過程心都是懸著的?！?/p>

10月16日，一個世界天文學界里程碑式的時間來到，美國國家科學基金會、歐洲南方天文臺、中國中科院紫金山天文臺等多國科學機構同步召開新聞發(fā)布會，宣布第一次同時“聽到”和“看到”來自雙中子星并合的一次引力波事件。

這是人類第一次直接探測到來自雙中子星并合的引力波，并同時探測到這一壯觀宇宙事件發(fā)出的電磁信號。中科院紫金山天文臺在中國南極昆侖站運行的南極巡天望遠鏡AST3-2在這次引力波事件發(fā)生后的1天左右觀測到“宇宙煙花”綻放的絢爛時刻。

吳雪峰在兩個月后，依然清晰記得，當時中科院南極天文中心主任、南極巡天望遠鏡首席科學家王力帆研究員把觀測目標的坐標方位告訴大家，來判斷南極巡天望遠鏡是否可以安排觀測時，“我們當時的第一反應就是，懸！超過限位了！由于有一個范圍內浮動的校正誤差，所以并不能百分百肯定我們的望遠鏡可以安全指向和觀測。我們先小心翼翼解除初級限位保護，再一點點放低望遠鏡接近目標，打開跟蹤，整個過程心都懸起來了，萬一出現惡劣天氣望遠鏡卡住，麻煩就大了。但是，在幾個重要位置測試過以后，太棒了，沒有問題，可以觀測！”

目前LIGO激光干涉引力波天文臺探測到的引力波是由黑洞、中子星等致密星碰撞、并合產生的一種時空漣漪，宛如石頭丟進水里產生的波紋。百年前，愛因斯坦廣義相對論預言了引力波的存在，但直到2015年人類才首次直接探測到引力波，3名美國科學家因此獲得今年的諾貝爾物理學獎。

每個人都懸著一顆心

2017年10月16日晚22時（北京時間，下同），注定要記入中國天文學歷史的時刻，此時，在中國江蘇省南京市鼓樓區(qū)的中科院紫金山天文臺四樓會議室，所有人都拭目以待，一場與全球多國科學家同步期待的重大時刻即將來臨。

時間回溯到兩個月前的8月17日晚，在地球最南端的南極，極夜即將結束，太陽偶爾升起。在1.3億光年外的長蛇座NGC 4993星系，第一例雙中子星并合的引力波信號剛剛到達地球被探測到，這對全世界的天文學家來說，是一場盛宴，然而，能不能摸到這頭傳說中的森林之“象”的全身，還是一個未知數。

一天之后的18日晚，獲悉了觀測目標的準確位置進入南極巡天望遠鏡AST3-2的觀測視場后，吳雪峰和南極天文中心的其他成員正時刻關注著這臺望遠鏡。此次引力波事件發(fā)生的天區(qū)，在中國南極巡天望遠鏡監(jiān)測的最北邊界，基本靠近地平線，接近望遠鏡能夠探測的極限，能不能捕捉到，中國南極天文合作團隊的每個成員都懸著一顆心。

外界不知道的是，此次探測是冒著很大風險進行的一次嘗試：第一，此次觀測要打亂中國南極望遠鏡既定的巡天觀測計劃；其次，是天文望遠鏡架設于南極大陸最高點，而引力波事件GW170817在其觀測的邊緣區(qū)，這意味著需要把望遠鏡指向距離地面只有二十幾度的方向，這已經是AST3-2的極限。望遠鏡一旦卡住不動，就會在即將到來的南極夏天被陽光直射造成損害，望遠鏡面臨報廢的風險，而再次修理的時間最早也要等到2018年，由南極科考隊員去才能修復。吳雪峰說道：“我們當時冒了很大的風險?！?/p>

“盲人摸象”中看到了“大象的臉”

“什么是引力波？”紫金山天文臺研究員吳雪峰介紹說：“引力波是一種時空漣漪，如同石頭被丟進水面產生的波紋。黑洞、中子星等天體在碰撞過程中產生目前可以被探測到的引力波。”

據了解，100年前，愛因斯坦的廣義相對論預言了引力波的存在，廣義相對論的其他預言如光線的彎曲、水星近日點進動以及引力紅移效應都已獲觀測證實，唯有引力波一直徘徊在科學家的“視線”之外。

引力波發(fā)現的重要和深遠的意義，還在于它開啟了人類探索宇宙和天體的起源、結構和演化的一個新窗口。對于天文學家來說，研究宇宙和天體的信息載體從電磁波延伸到了引力波，它們與中微子、宇宙線的探測相結合，正式開啟了多信使天文學的時代。

吳雪峰將此次引力波電磁對應體的觀測，形象地比喻為“觸摸到未知森林大象之臉”。

中子星雙星并合事件，自30多年前開始，在全世界天文學者心中一直是傳說中的“大象”，之前從沒有人證實過它的真實存在。這次LIGO激光干涉引力波天文臺探測到來自GW 170817引力波事件的“時空漣漪”，就相當于捕捉到這頭“大象”發(fā)出的“怒吼”，給出它在宇宙森林中的大致方位。

“這次最關鍵的是，包括我們的南極巡天望遠鏡在內的全世界多臺望遠鏡探測到了這次雙中子星并合后產生的光學、紫外和紅外輻射，這些輻射比普通新星亮約1000倍，被稱為巨新星或千新星，提供了了解雙中子星并合最豐富且重要的數據。因此，這些光學觀測相當于是直接看到了‘大象的臉”。

中國，不曾缺席

在南極內陸，目前只有中國在冰穹A地區(qū)和歐洲在冰穹C地區(qū)安裝了光學望遠鏡。迄今，由中國國家天文臺南極組自主研發(fā)的南極巡天望遠鏡運控系統(tǒng)已成功運行幾年，實現了真正無人值守條件下帶有指向跟蹤的望遠鏡全自動運行。

國家天文臺南極團組負責人商朝暉說，AST3-2是我國在昆侖站安裝的第二臺南極巡天望遠鏡，是南極現有最大的光學望遠鏡，并且實現了極端環(huán)境下無人值守全自動監(jiān)測。

“中國南極昆侖站所在的冰穹A天文觀測條件非常好，幾乎和太空差不多?！眳茄┓褰榻B，中國在南極架設望遠鏡，除了科考安裝條件比較艱苦以外，觀測條件媲美太空。

今年早些時候，中國宣布將在南極冰穹A地區(qū)再安裝兩臺望遠鏡，一是2.5米昆侖暗宇宙巡天望遠鏡，二是5米冰穹A太赫茲探測器，旨在打開地球上獨一無二的天文觀測新窗口。

吳雪峰認為，下一代的南極昆侖暗宇宙巡天望遠鏡安裝觀測后，該望遠鏡在南極的觀測能力，等效于地面其他常規(guī)臺址上20米級的同類望遠鏡。這兩臺望遠鏡建成后，我國將擁有世界上強大的遠程控制天文臺。

這是世界天文學界一場盛宴，也是中國天文學在2017年最大的收獲之一。