在極度干燥的沙漠中,，在冰雪覆蓋的山頂上，在寂靜清澈的湖泊旁,，當(dāng)你抬頭仰望夜空時(shí)，很難不被繁星所勾勒的美景震撼,。閃爍的星星仿佛在訴說(shuō)著一個(gè)個(gè)獨(dú)一無(wú)二的故事,，讓人浮想聯(lián)翩,。那些星星離我們有多遠(yuǎn)？它們是由什么構(gòu)成的,，又為什么會(huì)發(fā)光,？是否也有像我們腳下的這顆藍(lán)色星球繞著它們旋轉(zhuǎn),？帶著這些疑問(wèn),，天文學(xué)家開(kāi)始了探索宇宙的征程。 天文學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容、方法和手段。我們對(duì)宇宙的認(rèn)知來(lái)自于四個(gè)宇宙信使：光（電磁波）、引力波,、中微子和宇宙射線,。它們有的來(lái)自劇烈絢麗的超新星爆炸，有的來(lái)自奇異黑洞間的并合,，有的則來(lái)自神秘莫測(cè)的快速射電暴,。當(dāng)這些信使穿行光年抵達(dá)地球時(shí)，要么被太空望遠(yuǎn)鏡捕捉，要么被地面的觀測(cè)儀器接收,，要么與深埋于地底下的探測(cè)器中的原子相互作用,。當(dāng)天文學(xué)家收集到足夠多的數(shù)據(jù)時(shí)，便開(kāi)始分析這些信使所攜帶的信息,，從而揭開(kāi)種種產(chǎn)生它們的天體物理過(guò)程。
光是一種電磁波,，肉眼所能看到的光被稱為可見(jiàn)光，波長(zhǎng)大約介于400納米到700納米之間,，但這只是電磁波譜中的極小一部分,。為了能夠“看見(jiàn)”天體發(fā)出的所有波段的“光”,，天文學(xué)家有時(shí)需要將望遠(yuǎn)鏡發(fā)射到太空中去,，這是因?yàn)榇蟛糠值碾姶挪〞?huì)被大氣層阻隔,，無(wú)法抵達(dá)地球表面,。不同類(lèi)型的望遠(yuǎn)鏡肩負(fù)著不同的科學(xué)使命,，比如通過(guò)射電望遠(yuǎn)鏡,，天文學(xué)家可以追蹤宇宙中氫氣的分布,，還可以拍攝到超大質(zhì)量黑洞的照片,；伽馬射線望遠(yuǎn)鏡則會(huì)看到一些極端的現(xiàn)象,，比如超新星爆發(fā)，雙中子星并合等,；太空中的普朗克衛(wèi)星可以接收到無(wú)處不在的微波——這是宇宙大爆炸遺留下的余暉,；未來(lái)發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡將搜尋最古老的恒星發(fā)出的光。引力波,，通常被美稱為時(shí)空的漣漪,。事實(shí)上,，任何具有質(zhì)量的物質(zhì)在加速時(shí)都會(huì)產(chǎn)生引力波,。2015年，激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）首次直接探測(cè)到了雙黑洞并合產(chǎn)生的引力波,，從而打開(kāi)了一扇觀測(cè)宇宙的新窗口,。就像電磁波一樣，不同的源也會(huì)輻射出不同頻率的引力波,，而LIGO只能觀測(cè)引力波譜中的一小部分,。令人驚喜的是，當(dāng)雙中子星并合時(shí),，不僅會(huì)輻射出引力波,，也會(huì)釋放出大量的電磁波，這為探索宇宙打開(kāi)了更多的可能性,，也標(biāo)志著多信使天文學(xué)的崛起,。中微子也被稱為幽靈粒子，因?yàn)樗鼛缀醪慌c物質(zhì)相互作用,，所以探測(cè)中微子是一項(xiàng)非常艱巨的任務(wù),。太陽(yáng)核心的核聚變，超新星爆發(fā),，以及活躍的耀變體都是中微子的宇宙制造廠,。過(guò)去，天文學(xué)家通過(guò)探測(cè)中微子發(fā)現(xiàn)了它們的一個(gè)奇妙屬性：在傳播的過(guò)程中,，三種類(lèi)型的中微子會(huì)轉(zhuǎn)換身份,，這被稱為中微子振蕩。目前,，世界上最大的中微子探測(cè)器是位于南極的冰立方中微子天文臺(tái),。宇宙射線是由帶正電的原子核（>99%）、帶負(fù)電的電子（<1%）以及微量的反粒子構(gòu)成,。在這些原子核中,，大約有90%是質(zhì)子（失去了核外電子的氫原子核），其余的10%為氦核和一些重元素的原子核,。當(dāng)高能的宇宙射線撞擊大氣層時(shí),，會(huì)產(chǎn)生大量次級(jí)粒子,，稱作大氣簇射。天文學(xué)家會(huì)用大型水箱,，通過(guò)在水箱中產(chǎn)生的切倫科夫輻射來(lái)探測(cè)這些次級(jí)粒子,。這四種信使，就好比是我們的視覺(jué),、聽(tīng)覺(jué),、觸覺(jué)和嗅覺(jué)，只有結(jié)合在一起才能夠更完整描繪宇宙,。試想一下,，當(dāng)你沿著海邊漫步時(shí)，欣賞落日余暉,，聽(tīng)著滾滾海浪,，腳踩軟綿細(xì)沙，聞著空氣中咸咸的味道,。這些綜合的感官,，才賦予了我們一個(gè)完整的海邊體驗(yàn)。即使把我關(guān)在果殼之中,，仍然自以為無(wú)限宇宙之王,。 天文學(xué)家面對(duì)的往往是極其龐大的數(shù)據(jù)，借助紙,、筆和計(jì)算機(jī),，他們開(kāi)始了“枯燥”的分析工作。盡管身在辦公室之中,，但他們的心神早已飛向太空,，前往熾熱的恒星，快速旋轉(zhuǎn)的脈沖星,，星系中心的奇異黑洞......天文學(xué)家們有著不同的興趣領(lǐng)域,，有的專(zhuān)注于研究太陽(yáng)，有的熱衷于尋找地外生命,，有的致力于破譯高能宇宙射線的起源,。我們對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)離不開(kāi)地面觀測(cè)設(shè)備的不斷發(fā)展，以及一系列太空望遠(yuǎn)鏡,、航天器的成功發(fā)射,。接下來(lái)，讓我們從地表出發(fā),，一同認(rèn)識(shí)天文學(xué)的主要研究領(lǐng)域：
 
校對(duì)：夏蟲(chóng) 等（紫金山天文臺(tái)）
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