巨目观天:中国天眼的故事(四色)

千万年来，人类享受光带来的明亮、能量以及精神力量，却对光的本质一无所知。直到17世纪，牛顿才在光的研究上前进了一大步。除了旷世之作《自然哲学的数学原理》，《光学》也是他的伟大贡献。牛顿通过色散实验揭示了白光是由七种单色光构成的复合光，创建了光的微粒说解释了光的直线传播和反射性质。微粒说一度成为科学界对光本质的权威解释，流行200年。 1864年，英国科学家詹姆斯??麦克斯韦在其前辈迈克尔??法拉第电磁理论的研究基础上，预言了电磁波的存在，建立了相对完备的电磁波理论和完美的方程组。1887年，德国物理学家海因里希??赫兹用实验证实了麦克斯韦的预言。随后，意大利工程师伽利尔摩??马可尼不仅用实验证明光是一种电磁波，而且发现了更多形式的电磁波。 至此，人类认知再次跃升：电磁波是由方向相同且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的波，是以波动的形式传播的电磁场，具有波粒二象性，在真空中传播速度为光速。描述电磁波性质的*重要参数是频率（与波长成反比）。在电磁波谱上，以频率由低向高（波长由长向短）排列的话，依次为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。其中可见光的频率在380～750THz，波长在780nm～400nm之间，只是电磁波家族中很小的一个成员。眼见为实，这话不错，但是人类可见的图景并不能表现宇宙的全部信息。 19世纪末，在马可尼与美国工程师尼古拉??特斯拉的努力下，无线电通信由理论变为现实，并迅速在军用、商用、民用领域大显身手，彻底颠覆了人类固有的通信方式。与此同时，如今生活中常见的“大锅”——利用发射与接收无线电波来测距定位的雷达天线，也初露雏形。 1932年，又一次偶然发现改变了天文学史，而做出这项重大发现的并不是一位天文学家。美国新泽西州贝尔实验室无线电工程师卡尔??央斯基，长期负责调查干扰越洋有线通信的背景噪声来源。他采用了一组安装在圆形转盘上的天线（后称为旋转木马天线），经过1年多的监测、记录和分析，*终确定了干扰源为雷电现象。但细心的央斯基在明显干扰信号之外，还发现了一种极其微弱的“嘶嘶”声。起初，他认为这个干扰信号来自太阳，只是它的峰值出现时间每天都要比前一天提前一点。详加分析后，他计算出这个无线电信号的重复周期是23小时56分4秒，恰好等于一个恒星日（以恒星为参考点度量的地球自转周期），而不是一个太阳日（以太阳为参考点度量的地球自转周期）。随后，央斯基测得信号源指向太阳系之外、银河系中心的人马座。地球上可以接收到来自外太空的无线电波，这个发现诞生时并没有受到足够的关注。央斯基本想申请资金制造更高性能的天线用以深入研究，却因商业价值不高而被贝尔实验室否决。 央斯基无意中打开了又一扇朝向宇宙的窗口。在地球表层之外，聚集着厚度达数千千米的大气层，像温室大棚的薄膜一样保护着人类的居所，使其保持温度、湿度以及躲避流星、陨石和宇宙辐射的危害。但大气层同时也因其吸收和散射功能，阻挡了大部分宇宙电磁波抵达地表，只给人类留下了两大窗口：可见光窗口和射电窗口。