《名偵探柯南?》最新劇場版“獨眼的殘像”剛剛在國內(nèi)上映，當阿笠博士的小汽車在一排排射電望遠鏡的“夾道歡迎”下駛?cè)胩煳呐_時，小編就知道，這部電影的科學顧問肯定不是個省油的燈。

本次事故的背景被安排在日本長野縣八岳山麓的南牧村，這里坐落著日本國立天文臺野邊山宇宙電波觀測所（Nobeyama Radio Observatory，簡稱 NRO），是日本最重要的射電天文觀測基地之一。該觀測所建于1982年，位于海拔約1350米的高原地帶，遠離城市干擾，電磁環(huán)境清潔，是進行射電觀測的理想場所。

野邊山的核心設備之一，是著名的45米口徑射電望遠鏡，建成時是東亞地區(qū)口徑最大的單天線射電望遠鏡，主要用于研究分子云、星際介質(zhì)以及銀河系的結(jié)構(gòu)。此外，觀測所曾配備一組由六臺10米望遠鏡組成的干涉陣列（Nobeyama Millimeter Array, NMA），用于獲取高分辨率的成像數(shù)據(jù)。而這些望遠鏡，也在電影中悉數(shù)登場，頗有“本尊出演”的架勢。

圖源： https://baijiahao.baidu.com/s?id=1822015465655134161

道路兩旁的射電望遠鏡

——可能只是美麗的“擺設”

在看到汽車駛?cè)肷潆娡h鏡陣列的那一刻，小編心中已經(jīng)默默做了不少假設：比如望遠鏡此時尚未投入運行，也沒有正在進行觀測任務……盡管小編知道，這些設想都不太現(xiàn)實。

野邊山射電望遠鏡陣列 圖源：wiki

射電望遠鏡的一大優(yōu)勢在于它不受白天陽光的干擾，幾乎可以全天候、全年無休地持續(xù)工作。因此，哪怕是在日照正盛的中午，它也可能正在悄無聲息地“傾聽”宇宙深處的微弱信號?？僧斂履咸统鍪謾C，阿笠博士還特別提醒“這里是電波保護區(qū)”，結(jié)果他只往前走了十幾米就若無其事地開始打電話時，小編就知道——這部作品對射電天文的認知，恐怕還停留在“背景裝飾”的階段。

要知道，射電望遠鏡可不是隨便擺在野地里就能用的擺設，而是對環(huán)境極度敏感的精密科學儀器。它要“聽”的是宇宙深處那微弱得近乎不存在的射電信號，比如遙遠星系、脈沖星，甚至宇宙微波背景的余響。

這些信號到底有多弱？以常見觀測波段為例，大型射電望遠鏡的探測靈敏度極限約為0.1毫央斯基，相當于在地球上偵測月球上落下一枚硬幣的聲音——還是那種輕輕落地、沒砸響的那種。

現(xiàn)在，想象一下這樣一個場景：射電望遠鏡正竭盡全力捕捉一縷來自數(shù)億光年外的信號，這時，一輛汽車轟隆隆開了過來，乘客掏出對講機喊話，然后另一人干脆直接打起了電話。這不是觀測事故，這是赤裸裸的“電磁恐怖襲擊”。如果這種事真的發(fā)生在現(xiàn)實的天文臺中，值班觀測員大概已經(jīng)怒火中燒，沖出機房報警了。

那么，射電望遠鏡到底有多“潔癖”呢？

可以說，它幾乎對人類文明的所有產(chǎn)物都“過敏”。包括但不限于：Wi-Fi路由器、藍牙耳機、手機基站、汽車的點火系統(tǒng)、微波爐，甚至是數(shù)碼相機的快門信號……這些設備所釋放的人造電波信號，也往往比宇宙中的目標信號強上萬億倍。就拿手機來說，其發(fā)射功率通常在0.1–2瓦之間。要是在野邊山這樣的天文臺附近使用手機通話，其破壞性大概就相當于在圖書館中心開一場重金屬搖滾音樂會。

而在野邊山這樣的臺站，射電望遠鏡的“耳朵”靈敏到甚至能聽見電動車馬達發(fā)出的高頻嘯叫。因此，工作人員平時出行基本靠無電動力的腳踏車，連數(shù)碼相機都不敢隨便用，就怕快門釋放時的微弱電磁脈沖被望遠鏡“順耳帶入”，掀翻一整晚的觀測數(shù)據(jù)。

至于對講機和手機，那簡直就是“劇毒源頭”。因為射電望遠鏡主要接收的是GHz級別的微波信號，而手機、無線電等日常設備的工作頻段恰好就落在這個波段，功率還遠遠大于宇宙信號，一不小心就能讓望遠鏡“瞬間耳聾”。因此，現(xiàn)實中野邊山觀測站周邊幾千米范圍內(nèi)都明令禁止使用對講機，而在像FAST這樣的國家級望遠鏡周圍，更是劃定了嚴格的無線電靜默保護區(qū)。

FAST無線電保護區(qū) 圖源：An et al. 2017

以FAST為例，其無線電靜默區(qū)最大控制半徑約為30千米，核心保護區(qū)域半徑為5千米，區(qū)域內(nèi)禁止新增一切無線電發(fā)射設備，并嚴格管控手機、Wi-Fi、無人機、藍牙、數(shù)字相機等所有可能產(chǎn)生干擾的電子產(chǎn)品。違者不僅可能被沒收設備，還會面臨罰款等行政處罰。而在美國的綠岸望遠鏡（Green Bank Telescope）周圍，也設有類似的電波保護區(qū)，半徑達20英里（約32千米），其中核心區(qū) 10英里（約16千米）為最高等級的靜默區(qū)域，連微波爐都要經(jīng)過審查才能使用。

綠岸望遠鏡無線電靜默區(qū)域 圖源：https://greenbankobservatory.org/about/rfi-mitigation/

所以，電影里柯南“只跑了十幾米就順利打起電話”，簡直就像舉著煙花棒進了加油站。不管是偵探還是科學顧問，在真實的射電望遠鏡觀測區(qū)，這都算是“一級違規(guī)事件”，可能不僅要被請出天文臺，還會被工作人員寫進“黑名單”。

主動光學還是非線性光學

——專有名詞恐懼癥發(fā)作

隨著劇情推進，另一項“大殺器”閃亮登場了——一組由四個激光發(fā)射器組成的導星系統(tǒng)緩緩打開防護用穹頂。在一段NPC式的、意義模糊的科普講解之后，灰原哀操控設備將四束不同顏色的激光射向夜空，臺詞中不斷蹦出“人工畫星星”“非線性光學”等聽起來高深莫測的詞匯。

鏡頭一轉(zhuǎn)，主角團對紛紛灰原博士的“科學家素養(yǎng)”發(fā)出由衷驚嘆。乍看之下，這場面確實相當“高科技”，但屏幕外的射電天文學工作者此時已經(jīng)緩緩冒出一頭問號：

等等，這難道是——主動光學系統(tǒng)？

所謂主動光學系統(tǒng)（Active Optics），是現(xiàn)代大型光學望遠鏡所采用的一種光路補償技術(shù)，用來矯正望遠鏡本身的結(jié)構(gòu)變形。而它的“孿生兄弟”——自適應光學系統(tǒng)（Adaptive Optics），則更進一步，專門用來實時修正大氣擾動造成的圖像畸變。

主動光學系統(tǒng)鏡面形變修正模塊 圖源：ESO

這是因為，地球大氣并不是一個平滑透明的介質(zhì)，薄厚并不均勻。星光穿過這種不穩(wěn)定的大氣層時會發(fā)生波前畸變，就像把光打進波動的水面，圖像也會變得扭曲跳躍。為了“還原宇宙真容”，現(xiàn)代大型光學望遠鏡會在觀測前通過激光在高空制造一顆人造導星（Guide Star），也就是俗稱的“人工畫星星”。望遠鏡通過監(jiān)測導星圖像的變化，驅(qū)動可變形鏡面（deformable mirror）實時調(diào)整光路，從而補償大氣的擾動。

凱克望遠鏡主動光學系統(tǒng) 圖源：https://www.photonics.com/Articles/Adaptive_Optics_Look_Farther_Than_Ever_Before/a63271

比如夏威夷的凱克望遠鏡（Keck）、智利的甚大望遠鏡（VLT）等，在觀測前會向約90千米高空的大氣層中發(fā)射一束589納米波長的鈉激光，激發(fā)高空中稀薄的鈉原子層，從而在天空中“點亮”一顆虛擬的參照星。這顆“鈉激光導星”成為望遠鏡進行實時大氣補償?shù)幕鶞誓繕耍箞D像更加清晰銳利。這估計就是影片中激光束儀器的原型。

VLT主動光學系統(tǒng) 圖源：ESO

但問題來了——這項技術(shù)只適用于光學望遠鏡。

射電望遠鏡觀測的是波長在毫米到米量級的無線電波，而大氣擾動對這個波段的影響幾乎可以忽略不計。換句話說，射電望遠鏡本身就不太受“空氣亂流”的困擾，因此根本不需要也不會裝備主動光學系統(tǒng)或激光導星設備。在射電望遠鏡陣列里裝導星激光器，就像是在潛水艇上安裝擋風玻璃雨刷——幾乎完全用不到，也毫無意義。

更“迷惑”的，是劇中提及的“非線性光學”。這其實指的是當激光強度足夠高時，光波與物質(zhì)發(fā)生強烈耦合，導致傳播行為不再遵循簡單的線性規(guī)律。由此會產(chǎn)生一系列奇妙現(xiàn)象，比如倍頻（如二次諧波產(chǎn)生）、克爾效應、自聚焦、拉曼散射等等。

但問題在于，這一切的前提，是激光的功率密度要達到GW/cm2 級別以上——也就是說，要把極高強度的脈沖激光聚焦到一個頭發(fā)絲大小的點上，才可能“非線性”起來。而天文觀測中用的激光導星系統(tǒng)是功率極低的連續(xù)波激光，目的是為了避免干擾天文圖像。比如郭守敬望遠鏡（LAMOST）使用的瑞利導星系統(tǒng)，其激光器功率僅為30瓦，波長為532納米，亮度遠低于激光表演中常見的激光炮，更別說軍事用途的激光武器了。

瑞利激光信標發(fā)射現(xiàn)場 圖源：http://www.niaot.cas.cn/xwzx/kydt/202503/t20250311_7552059.html

這種級別的激光，別說啟動非線性效應了，點根火柴都夠嗆。如果非要把這玩意兒當成物理攻擊手段，那基本就屬于“拿手電筒當激光劍”級別的過家家招式。如果非要說激光器中對于非線性光學的使用，那也許是利用其中的非線性晶體，對生成激光的頻率進行了倍頻，比如將紅外波長的激光變?yōu)榫G色激光——但影片中的四束各色激光都屬于可見光波段，所以這一假設可能也站不太住腳。

非線性光學改變激光頻率 圖源：Miles John Padgett

劇情高潮

——槽點大成

（以下涉及劇透，非戰(zhàn)斗人員請及時撤離）

雖然真的很想避免劇透，但當電影進入高潮段落時，槽點也隨之沖上了最高峰，整部作品直接切換到了科幻片賽道上。

《名偵探柯南?：獨眼的殘像》電影海報

反派駕駛著一輛用于運輸射電望遠鏡天線的巨型軌道車，在觀測站內(nèi)上演了一場“速度與激情”，車速之快連緊隨其后的普通轎車都望塵莫及。而主角團隊則毫不示弱，在危急時刻竟操縱起望遠鏡巨大的主反射面，將激光導星系統(tǒng)射出的激光精準反射，再借助主角腳下恰到好處騰空而起的“鏡面鐵板”，完成一次猶如“超電磁炮”的光路跳躍攻擊，最終擊中反派座駕的駕駛艙，實現(xiàn)了一記科幻風味濃烈的“絕地反擊”。

姑且作為一個射電天文從業(yè)者，這一幕的震撼程度，讓座位上的小編看完以后久久無法起立——大腦遭受的沖擊仿佛在蟹狀星云爆發(fā)時與簡并態(tài)基本粒子一起打麻將打到飛起，然后被拋進星際空間漂流幾十億年，最終化作一顆小行星砸在地球上滅絕了恐龍，再被美洲西部淘金者挖出來，在工業(yè)廢水里洗凈后從枕骨大孔重新塞回顱腔。

先從反派駕駛的運輸車說起。這輛車負責搬運一面大型射電天線，原型對應的是現(xiàn)實中口徑10米的射電望遠鏡。在現(xiàn)實里，運輸這種龐然大物的過程可謂“蝸速”。

比如ALMA（阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列）為了搬運其12米天線，專門配備了兩輛德國定制的巨型牽引車Otto和Lore。它們裝備有28個輪子、雙發(fā)動機、特殊減震系統(tǒng)，以及毫米級別的定位精度。即使空載狀態(tài)下，限速也不過20千米/小時，實際運載時速度更低，通常在12千米/小時以內(nèi)，整個運輸過程需要工程師徒步引導、現(xiàn)場清理路徑上每一塊碎石，確保無誤。而電影中那種“巴音布魯克最后一個直道的拉力賽車感”的操作，現(xiàn)實中哪怕是最強拖車司機，也只能在夢里做到。

圖源：https://www.eso.org/sci/publications/messenger/archive/no.132-jun08/messenger-no132-23-27.pdf

更重要的是，射電望遠鏡的天線本身極其脆弱。它雖然龐大，但結(jié)構(gòu)非常輕盈，采用金屬骨架與薄網(wǎng)格材質(zhì)構(gòu)成，表面形變的容忍度極低。運輸過程中若發(fā)生哪怕一次較強震動，輕則對準精度喪失，重則直接損壞結(jié)構(gòu)。片中反派頂著這玩意兒飛馳人生，那畫面……

而最令人目瞪口呆的，還是主人公團隊最后的“激光炮反射攻擊”。

請先忽略導星激光功率僅有幾十瓦的設定，姑且認為主創(chuàng)團隊的“非線性光學系統(tǒng)”真的提供了GW/cm2級別的激光強度，倒是終于在物理意義上有點像武器了。雖然這顯然不是設定本意，但竟也“在不那么天文的地方實現(xiàn)了物理自洽”——算是另一種黑色幽默了。

不過，用射電望遠鏡鏡面反射激光這件事本身，從科學上幾乎不成立。

射電波的波長遠大于可見光，因此射電望遠鏡的主反射面通常采用金屬網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，網(wǎng)孔尺寸只需小于觀測波長的十分之一即可。比如FAST 的反射面是由數(shù)千個三角鋁板拼接而成，間隙甚至可以穿過一根手指。而可見光的波長僅有幾百納米，在這類網(wǎng)格結(jié)構(gòu)下根本無法形成鏡面反射——激光束會直接穿透或發(fā)生強烈散射。就算是某些整體金屬面板結(jié)構(gòu)的射電望遠鏡（如 ALMA），其表面加工精度也遠不達光學標準：光學望遠鏡表面誤差需控制在納米級，而射電望遠鏡一般僅需毫米級。在這種表面上反射激光，效果大概率就是“打一個洞出來”。

FAST反射面板

更何況，現(xiàn)實中的射電望遠鏡不是隨便一轉(zhuǎn)就能調(diào)頭的“炮塔”。以野邊山的45米望遠鏡為例，整套結(jié)構(gòu)重達幾十噸，依靠高精度液壓系統(tǒng)和伺服馬達控制其指向調(diào)整，移動時需精密計算軌跡、角速度與制動機制。任何一次操作都需要專業(yè)培訓和多級安全校驗，誤操作不僅會導致觀測失敗，還可能造成機械結(jié)構(gòu)受損。讓它在幾秒鐘內(nèi)“靈活轉(zhuǎn)身”對準敵人，恐怕難度不比柯南飛身而起反射激光要低。

emmmmmm

射電望遠鏡不是變形金剛的肩炮，也不是軌道武器平臺。它們是這個世界最脆弱、最敏感、也最精密的科研儀器之一，凝聚著無數(shù)天文學家與工程師幾十年乃至上百年的努力。它們真正的戰(zhàn)場，是宇宙的低語，是億萬光年之外遙遠星系的溫柔震顫。它們所面對的“敵人”，不是反派的卡車，而是銀河邊緣模糊不清的一絲射電回響。

也許，在未來用科學元素構(gòu)建跌宕起伏的精彩劇情時，我們能夠再多一點對科學的理解，少一些誤會吧。

來源：中國國家天文

編輯：4925

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