鴿子與白色介電材料
鴿子這種生物不僅在東、西方文化中同時(shí)背上了關(guān)于“遲到”的黑鍋，還在天文學(xué)史上蒙受了一段時(shí)間的不白之冤，當(dāng)事鴿也因此遭到工程師們的驅(qū)逐，被趕出了自己的鴿巢。在被驅(qū)逐后，當(dāng)事鴿曾試圖返回現(xiàn)場(chǎng)與工程師們據(jù)理力爭(zhēng)，慘遭擊斃。
以上慘案發(fā)生在上個(gè)世紀(jì)六十年代，貝爾實(shí)驗(yàn)室的兩名無線電工程師，阿諾?彭齊亞斯和羅伯特?威爾遜獲準(zhǔn)使用一臺(tái)直徑大約 6m 的射電望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，而實(shí)驗(yàn)的第一步就是調(diào)試天線。
在調(diào)試過程中，他們發(fā)現(xiàn)不管將天線對(duì)準(zhǔn)天空的哪個(gè)方向，都會(huì)收到一個(gè)穩(wěn)定的噪聲信號(hào)，這個(gè)信號(hào)的強(qiáng)度相當(dāng)于一個(gè) 3K 的理想黑體所輻射出的能量。因?yàn)檫@個(gè)信號(hào)均勻地來自每個(gè)方向的天空，所以排除了“噪聲是人造信號(hào)”的可能性，隨后他們把目光投向了觀測(cè)設(shè)備本身，懷疑是觀測(cè)設(shè)備自帶的噪聲影響了觀測(cè)結(jié)果，于是開始對(duì)觀測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢查。
他們發(fā)現(xiàn)在喇叭狀天線里竟然有兩只鴿子筑了巢，并且鴿子還在天線中產(chǎn)生了大量的“白色介電物質(zhì)”（即鴿子糞），這讓他們一度認(rèn)為找到了噪聲的來源。于是他們將鴿子寄到幾十公里外的地方放飛，并清理了天線內(nèi)的“白色介電物質(zhì)”，重新調(diào)試天線。
但就在他們以為消除了干擾，勝利在望的時(shí)候，已經(jīng)把這兒當(dāng)成家的鴿子，跨越幾十公里的路程又飛了回來，鉆進(jìn)了天線。于是兩位工程師只好擊斃了這兩只鴿子。
后來的事情大家都知道了，干擾并不是來自于鴿子，而是大名鼎鼎的宇宙微波背景輻射。這兩個(gè)和鴿子斗智斗勇的人得到了半個(gè)諾獎(jiǎng)：
并非只有喇叭天線會(huì)有這樣的遭遇，即使是現(xiàn)代的射電望遠(yuǎn)鏡較常使用拋物面天線，也逃不過被鳥類筑巢的命運(yùn)。特別是拋物面天線背面的桁架結(jié)構(gòu)，不僅吸引了鳥類前來筑巢，更是吸引了成群的馬蜂來建造了馬蜂窩。（如下圖）
射電望遠(yuǎn)鏡在躲避人類干擾源的同時(shí)，不可避免地侵入了荒野之中，與野生動(dòng)物們來了一次不得已的近距離接觸。
癢癢撓與磨牙棒
如果說夏威夷的居民拒絕在莫納克亞山建設(shè)三十米望遠(yuǎn)鏡是因?yàn)楹ε掠绊懏?dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，那么最環(huán)保最生態(tài)，最與當(dāng)?shù)貏?dòng)物和諧相處的射電望遠(yuǎn)鏡就應(yīng)該是 LOFAR。
LOFAR 全稱 Low Frequency Array，是目前最大的射電望遠(yuǎn)鏡陣，工作頻率低至在地球上可以觀測(cè)到的最低頻率。與單拋物面射電望遠(yuǎn)鏡不同，LOFAR 是一個(gè)巨大的陣列，每一個(gè)天線都有獨(dú)立的傳感器，在觀測(cè)過程中將產(chǎn)生海量的觀測(cè)數(shù)據(jù)。LOFAR 的天線有兩種：一種是低頻的 LBA（Low Band Array），一種是高頻的 HBA（High Band Array）（如下圖）。
這也是為什么 LOFAR 使用線振子作為天線，而沒有使用大家印象中常見的拋物面天線。因?yàn)榈皖l率的電磁波的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，需要用線振子作為天線，才能獲得較好的增益。同時(shí)，巨大的陣列帶來的超長(zhǎng)的基線也能提高對(duì)低頻天空的觀測(cè)分辨率。
圖中被“護(hù)城河”保護(hù)起來的區(qū)域被稱為“Super-Terp”，而 Terp 本意是一種利用牛糞建筑而成的防御海水侵蝕的人造山丘，依靠這種特殊的建筑材料，它幾乎堅(jiān)不可摧。
而 LOFAR 繼承了這一名字，制作了“Super-Terp”來放置天線，進(jìn)行射電觀測(cè)。甚至有人說，“Super-Terp”旁的這一圈護(hù)城河的作用，是用來保護(hù)天線不受附近牛羊的侵襲。
護(hù)城河能防御地緣碳基生物（如，牛羊等），還是無法防御空襲，Super-Terp 中的 LOFAR 天線頂端也能看到“白色介電物質(zhì)”。
但是我們現(xiàn)在知道，這種白色介電奧利給是透波體，所以對(duì)低頻射電觀測(cè)并無任何影響，即使是帶著奧利給的天線也可以得到優(yōu)秀的觀測(cè)效果：
這些觀測(cè)設(shè)備不僅沒有破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，而且設(shè)備本身也反過來給動(dòng)物們提供了優(yōu)異的生活環(huán)境。比如當(dāng)?shù)氐难蚪?jīng)常沒事就去觀測(cè)站，用天線的線振子磨牙、撓癢、玩游戲，畫面十分溫馨，體現(xiàn)著科技與生態(tài)的和諧共處，就是負(fù)責(zé)維修天線的工程師可能有點(diǎn)難受。
甚至在科學(xué)家撰寫相關(guān)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)注意事項(xiàng)時(shí)，都會(huì)提出要對(duì)天線進(jìn)行額外的保護(hù)，以應(yīng)對(duì)野外牛羊?qū)μ炀€的攻擊。
碳基飛行物的黑體輻射
“清晨，打開窗簾，小鳥站在窗臺(tái)上歌唱”，可能是一個(gè)非常美好的畫面。但“清晨，啟動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，小鳥站在天線上發(fā)熱”就一定是一件讓人的血壓和接收機(jī)的噪聲溫度一起升高的事了。
我們知道，為了躲避人造電磁干擾的影響，射電望遠(yuǎn)鏡一般會(huì)建設(shè)在四周開闊無遮擋的地方（如果沒有這樣的地方，那就用炸藥把它炸成這樣的地方），所以無處落腳的鳥兒們不約而同地選擇了在拋物面天線的邊沿上站成一圈。比較調(diào)皮的可能還會(huì)飛到饋源上排泄一番，或是用喙啄一啄饋源的防水膜，試探試探防水膜牢不牢固，在確保防水膜經(jīng)過啄擊之后已經(jīng)不防水了，才悠然離去。
這些鳥類對(duì)射電望遠(yuǎn)鏡真的能起到破壞作用嗎？答案是肯定的。
一臺(tái)采用拋物面天線的射電望遠(yuǎn)鏡中，體積最大的組成部分就是它的天線和饋源，前者用于匯聚電磁波，后者用于感應(yīng)電磁波。而任何物體都具有不斷輻射、吸收、反射電磁波的性質(zhì)，這些體溫在 40℃左右的鳥兒也不例外，它們無時(shí)無刻不在發(fā)出黑體輻射。
除了上文所說的“鳥類用爪子和喙破壞防水膜”外，單只憑借它們所發(fā)出的黑體輻射，以及龐大的數(shù)量，就能對(duì)高度靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡產(chǎn)生干擾。同時(shí)，它們的排泄物一旦覆蓋在反射面或饋源上，也將對(duì)望遠(yuǎn)鏡本體造成腐蝕從而影響性能。
在鳥類同時(shí)使用能量武器（發(fā)熱）與動(dòng)能武器（啄防水膜）與生化武器（向饋源排泄）對(duì)望遠(yuǎn)鏡發(fā)起攻擊時(shí)，忍無可忍的天文學(xué)家們有的選擇了戰(zhàn)斗，架起了驅(qū)鳥器，用現(xiàn)代化的“稻草人”與鳥兒們搏斗，妄圖驅(qū)趕這些射電天文的敵人。有的天文學(xué)家們選擇了默默忍受，啟動(dòng)天線后泡一杯咖啡等著鳥類們換地方，不再干擾天線之后再開始工作。
結(jié)尾
天文學(xué)家們一直是一個(gè)依賴高度發(fā)達(dá)的現(xiàn)代科技的人群，他們需要高速的采樣設(shè)備，算力強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，超大帶寬的網(wǎng)絡(luò)。但同時(shí)他們又想要逃離人群，想與自己的觀測(cè)設(shè)備一起“離群索居”，在最荒涼的沙漠設(shè)置光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，在最寧靜的山坳里設(shè)置射電望遠(yuǎn)鏡，在最高的高原上設(shè)置高能粒子探測(cè)器。這說起來甚至有了一絲詩人的矛盾，一方面想要逃離所有對(duì)觀測(cè)造成干擾的人群，一方面又必須要親近人群，以便利用現(xiàn)代化工業(yè)帶來的水、電、網(wǎng)的便利。
這些對(duì)觀測(cè)設(shè)備充滿好奇的野生動(dòng)物，似乎也具有同樣的屬性。它們的生活完全不需要人類的的存在，但實(shí)際上又無法避免人類對(duì)它們的生活的影響。它們看到人類突然來到他們居住的地方，建造了或巨大或密集的儀器。鳥類們很快發(fā)現(xiàn)這巨大的鐵架子轉(zhuǎn)起來雖然聲勢(shì)唬人，但踩上去也并不怎么危險(xiǎn)。羊群也發(fā)現(xiàn)自己生活的草坪上多了些樁子，上面還系著鐵絲，不僅沒什么攻擊性，蹭起癢癢來效果比樹可好多了。
而天文學(xué)家們只能清理著天線上的污漬，重新系起被蹭斷的振子，氣惱地想著今晚一定要吃鴿子 / 羊 / 牛。
# 致謝 #
感謝錢婧萱、祝碧云、李佩儒對(duì)本文修改提出的意見。
參考資料
【1】《他倆曾和鴿子較勁，卻歪打正著獲得諾獎(jiǎng)》 https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_5041967
【2】宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn) https://en.wikipedia.org/wiki/Discovery_of_cosmic_microwave_background_radiation
【3】Low Frequency Array https://www.astron.nl/telescopes/lofar/
【4】Zhang, PeiJin, et al. "Interferometric imaging with LOFAR remote baselines of the fine structures of a solar type-IIIb radio burst." Astronomy & Astrophysics 639 (2020): A115.
【5】《Radio detection of Cosmic-Ray Air Showers and High-Energy Neutrinos》
本文來自微信公眾號(hào)：石頭科普工作室 （ID：Dr__Stone），撰稿：Astropond, 張沛錦，美編：劉俞伶
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