听宇宙的声音

鞠强

“‘天籁这个名字出自庄子的《齐物论》，是‘宇宙的声音的意思。我们现在进行的‘天籁计划，就是为了聆听宇宙的声音。”陈学雷在他位于国家天文台的办公室接待了我们。与想象中天文学家的办公室不一样，他办公室中没有与天文有关的模型，只是到处都是书，其中很大一部分是关于信号统计分析。“我们要考虑怎样能够更好地整理分析望远镜‘听到的信息嘛，”陈学雷笑呵呵地说。

“天籁计划”的目的，是去探测宇宙的声音，从而帮助科学家理解暗能量的性质。1998年，珀尔马特、施密特和里斯等人发现宇宙在加速膨胀，促使物理学家提出暗能量的概念以解释这种现象。但是，暗能量究竟是什么，物理学家却一无所知。

科学家并不能用望远镜直接“看到”暗能量，但可以通过测量宇宙膨胀速度的变化来探测它，而射电观测则为我们认识暗能量提供了另一个视角。宇宙中大量分布的氢原子，它们所发射或者吸收的波长为21厘米的电磁辐射（谱线）是了解宇宙的一个窗口。随着宇宙膨胀，这些辐射发生红移，波长变长。通过对各个不同波长的21厘米谱线进行探测，科学家可以了解在宇宙大尺度上中性氢原子是如何分布的，从而构建出宇宙的图像。2003年，陈学雷与合作者首次预言了宇宙第一代恒星形成时可以产生21厘米强吸收谱。

2004年陈学雷回国工作，被聘为国家天文台研究员。“我也在考虑，是否可以研制专门的射电望远镜探测21厘米谱线，”这样他提出了“天籁计划”。

计划于2012年立项后，陈学雷带领研究团队进行了艰辛的选址和建设工作，前后跑了全国一百多处备选站址。“开始我们考虑过内蒙，离北京近，也有大片空地，但是实地考察以后发现那里地形太过平坦、不能很好地屏蔽干扰;我们也去了贵州，但是那里地形复杂交通很不方便，我们的设备没法开车运过去，”最终观测站建立在了新疆红柳峡。

2016年，他们建成了望远镜并实现了初光观测。但是，宇宙21厘米信号探测难度很大，目前国际上开展类似研究的几个团队都还在努力攻关，因此，“观测站的建成还只是一个开始”。

今年是阿波羅11号登月50周年，人类又重新燃起了登月的热情。对陈学雷来说，月球也有着重要的意义。包括“天籁计划”在内的地面射电望远镜希望观测到的21厘米谱线来自宇宙的第一代恒星，而更早期的谱线具有更高的红移，波长变得非常长。这些超长波来自宇宙大爆炸后尚未形成恒星的“黑暗时代”，带有宇宙早期的关键信息。但是这些超长波会受到地球大气和各种电磁辐射的干扰，在地面上难以观测，所以科学家选择进行太空观测。不过，地球附近的太空中也会受到地球的各种影响，而月球背面因为可以屏蔽来自地球的电磁辐射成为一个理想的观测位置。现在，陈学雷带领的团队正在进行相关研究，计划发射由若干颗卫星组成的超长波天文观测阵列。这个阵列将工作在月球背面的太空中，可以绘制出超长波波段的天图，帮助我们更好地理解宇宙的演化。

我们常说科学家是在攀登科学的高峰，陈学雷对此有更深刻的体会。他曾是北大登山社山鹰社的社员之一，1996年成功登顶海拔6193米的北美洲第一高峰德纳里峰。后来，在纪念山鹰社成立30周年的一本文集中，他回忆了这段经历，并把科研和登山进行类比。在他看来，登山之美就在于攀登的乐趣，而科研也正是如此。在这段攀登的路上，一边欣赏美丽的风景，一边去听宇宙的声音。