The Innovation | 填充观测天文学的参数空间

导 读

我们从参数空间的角度概览观测天文学在过去一年取得的成就，也通过对参数空间的分析预测未来观测天文学可能的发展。

图1 图文摘要

天文观测可以用灵敏度、带宽、频率分辨率、时间分辨率和角分辨率等参数来描述。这些参数构成了一个参数空间。而从参数空间的角度来解析天文学的发展历程，构想天文学的未来发展，是一种有效的思考方式。

人类有记录的天文观测可以追溯到数千年前。几千年来，人类仅依靠肉眼进行长时间、不间断地观测，积累了很多日食、月食和“客星”等重要的天象记录。例如，我国关于“客星”的记录，帮助天文学家确定了蟹状星云脉冲星的准确年龄，是我国古代观测天文学做出的最大贡献之一。然而，从参数空间的角度分析，古代天文观测仅在观测时长这个维度上不断地填补参数空间的空白，观测频率和观测灵敏度在很长时期内都没有长足进展。

直至四百多年前伽利略开始使用望远镜进行天文观测，观测天文学才翻开了崭新的一页，现代观测天文学也由此诞生。随着时间的推移，天文学家建造了许多更大、更灵敏的望远镜，极大地扩展了天文观测参数空间在灵敏度和角分辨率的维度。不过，应当说，实际上在很长的一段时间内，天文学家还都是在可见光波段进行观测。

二十世纪三十年代，卡尔·央斯基偶然发现了来自银河系中心的射电辐射，观测天文学由此拥有了一个新波段。随着人类进入太空时代，观测天文学开始在多个新波段用多种信使进行观测，不仅新生了红外天文学、紫外天文学、X射线天文学和伽马射线天文学，也开始使用中微子、引力波这样的非电磁波信使进行观测，萌生了中微子天文学和引力波天文学。

也正是这些新波段、新信使观测技术的持续进步，近年来，各种类型的望远镜都向着灵敏度更高、时间和频率分辨率更高、视场更大的方向发展，在多个维度填补了观测天文学参数空间的空白，取得了很多成果。例如，在过去的一年，韦布空间望远镜（JWST）在红外波段以前所未有的灵敏度和角分辨率向我们展示了前所未见的星系、星系群和恒星形成区的图像，让我们重新认识了宇宙中的各种天体。科学家们也期待着新发射的太阳望远镜和X射线望远镜给我们带来新的惊喜。

历史的发展告诉我们，在观测天文学领域，填补参数空间的空白通常能产生新的发现。那么，未来我们是不是只需要建造更大、更灵敏的望远镜就能取得更多的发现呢？

答案是否定的。一方面，这是因为宇宙的年龄有限、光速有限，所以可观测的宇宙大小、可观测的天体数量也是有限的；另一方面，受星际介质和引力透镜的影响，观测所能达到的角分辨率也是有限的。当然，我们距离这些极限还有距离。因此，我们有理由相信，为了探索更多天文学领域的未知，未来观测天文学的研究范式将可能会发生根本改变。

总结与展望

作为天文学一部分的观测天文学可能会回归到古代天文学和太阳物理学的传统。而天文学本身可能和其他学科交叉，在天体化学和天体生物学方面产生巨大发展。从化学和生物学来看，虽然底层的物理规律是确定的，但化学和生物学一直在产生新的发现。天体化学和天体生物学可能也是如此。

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原文链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(23)00006-1

本文内容来自Cell Press合作期刊The Innovation第四卷第一期以Commentary发表的“Fill in the blanks in the parameter space of observational astronomy” (投稿: 2022-12-17；接收: 2023-01-01；在线刊出: 2023-01-02)。

DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2023.100378

引用格式：Qian L. (2023). Fill in the blanks in the parameter space of observational astronomy. The Innovation. 4(1),100378.

作者简介

钱 磊，副研究员。2009年于北京大学天文学系获得博士学位。2009年至今在中国科学院国家天文台FAST运行和发展中心（原FAST工程）工作。在FAST调试期间，负责FAST调试中的观测规划和数据格式转换等工作。在调试期间参与发现了一批脉冲星。2018年入选中国科学院青年创新促进会。2022年入选中国科学院青年创新促进会优秀会员。2019年获北京天文学会“北京青年优秀科技论文”一等奖。已发表SCI论文30多篇。

https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=117333

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