近日，在海拔4700米的四川稻城無名山上，觀天新“利器”——2.5米大視場高分辨率太陽望遠鏡（WeHoST）正式落戶，預計2026年底完成配套設施建設。如今，科學家們正在用“聆聽”的方式探測宇宙，這些“聲音”并非傳統意義上的聲波，而是電磁波、引力波等物理信號。“聆聽”宇宙究竟是怎么回事？

更大口徑的工具來了

據了解，WeHoST是全球最大的軸對稱太陽望遠鏡，目前，望遠鏡本體即將建造完畢。之所以觀測臺址選在海拔4700米的四川稻城無名山上，是因為當地擁有優良的大氣寧靜度和太陽觀測條件。

打個比方，顯微鏡雖然能看到細菌，但鏡中視野并不大，有所局限。觀測太陽也是如此。目前已有的太陽望遠鏡，雖然能夠清晰觀察到太陽表面小尺度的精細結構，但對研究太陽活動區和太陽爆發活動來說遠遠不夠。

而WeHoST主鏡口徑達2.5米，觀測視場擴大了三到四倍，能覆蓋整個太陽活動區。這樣，從更宏觀的視角觀察，能更全面掌握每一次太陽爆發活動的細節。

WeHoST可以通過平面反光鏡轉折光路，不到10分鐘就能完成日夜光路切換。這也決定了它與常見的大口徑天文望遠鏡不同，科學家們預測，WeHoST的這種快速響應能力有望為我國“時域天文學”帶來新發現。

時域天文學是什么

那么，“時域天文學”究竟是什么？

在了解這個問題之前，我們先來“聽聽”黑洞的聲音。

它聽起來有點像煙花爆竹的聲音，先是“砰”的一聲，然后響起“嗡嗡”的背景聲，但很快這些聲音被像是沖擊波的聲音所取代，還伴隨著一些隨機的“嗶哩”聲。

煙花爆竹聲是黑洞的聲音，像沖擊波的聲音是光的回聲，隨機“嗶哩”聲是單個恒星的聲音。當然，這并不是現實中聽到的黑洞聲音，而是美國國家航空航天局創建的聲景，只是用聲音來顯現望遠鏡探測到的太空數據和信息。

近年來，天文學家越來越意識到“傾聽”宇宙聲音的諸多好處，他們正利用一種全新的可聽化技術，將天體物理學的數據轉化為音頻信號，利用聲波來處理太空傳來的信息，以發現更多的宇宙太空的秘密。

這種對數據的“可聽化”處理，是天文學的一項分支，也是新興領域，被稱為“時域天文學”。它的研究對象包括超新星、引力波、超大質量黑洞吞噬恒星等快速變化的天體現象，是對太空中相對較短時間尺度上發生變化的瞬態物體的研究。比如，一顆快速旋轉的中子星的閃光只能持續幾秒鐘。

“中國天眼”全稱500米口徑球面射電望遠鏡，英文縮寫為FAST，是我國獨立自主設計并建造的世界最大的單口徑射電望遠鏡。圖為夜空下的“中國天眼”。

聆聽宇宙來自意外發現

最早以“聆聽”的方式在宇宙探索中有所突破來自一次意外的新發現。

1931年，美國物理學家、無線電工程師卡爾·古特·詹斯基利用自己制造的旋轉天線，無意中聽到了持續不斷的“嘶嘶”聲，這種聲音最終被發現是來自銀河系中心的無線電波。射電天文學由此起步。

天文學家們真正有意識地傾聽宇宙之聲始于20世紀70年代。1979年，當“旅行者1號”飛越木星的衛星傳回數據時，美國愛荷華大學的唐納德·格內特從監聽信號中識別出了低頻無線電波。數年后，他和同事們用聲波來辨別“旅行者2號”穿越土星環時出現的問題。

2004年，格內特將從“卡西尼號”任務（對土星系進行空間探測）中獲取的數據轉化為聲頻信號，不僅發現了土星上的閃電，還在土星極光區域發現了電子輻射。這時，他敏銳地意識到，探索太空奧秘，“傾聽”數據信息比光看數據有用得多。

借助可聽化技術，天文學家可以從充斥著嘈雜背景聲的宇宙信息中發現微弱信號。引力波就是一個很好的例證。2015年，人類首次探測到雙黑洞合并產生的引力波，這相當于“聽到”兩個黑洞碰撞時宇宙發出的“嗡鳴”聲，此后又多次探測到中子星合并等事件的引力波信號，為研究宇宙演化提供了全新視角。

給宇宙拍“生活vlog”

迄今為止，天文學中許多意想不到的偶然發現都是對瞬變現象的探測結果，研究宇宙中的瞬變過程也就成為發現宇宙奧秘的最佳方式之一。

比如，斯隆數字巡天是歷史上最雄心勃勃、最具影響力的巡天項目之一，該項目使用2.5米口徑專用望遠鏡獲得了數百萬星系、類星體和恒星的光譜。

自2023年起，智利的薇拉·魯賓天文臺每周都要對整個南部天空進行一次掃描，這一被稱為“時空遺產調查”的項目將持續十年，為的是在太空中尋找瞬態閃光和耀斑。

澳大利亞一個名為“更深、更寬、更快”的項目開始利用聲波來監測瞬變天文現象，該項目協調了全球及太空中的30多個望遠鏡設施，已在銀河系中發現了數千次瞬變現象。

從2023年起，我國的墨子巡天望遠鏡正式開啟天文巡天觀測研究，它是截至目前全球成像巡測能力最強的大視場光學巡天望遠鏡。它具有2.5米的大口徑，可收集到來自遙遠宇宙深空的光子；配備大面陣7.65億像素高分辨率拼接CCD（即電荷耦合器件）探測器；具有6.5平方度的大視場，可通過對同一天區的高頻次反復掃描，捕捉稍縱即逝的天文現象。

如果把傳統天文學比作給恒星、星系拍“靜態寫真”，那時域天文學就是用秒級甚至毫秒級的頻率，記錄它們的“生活vlog”——比如超新星爆炸時像突然被點燃的煙花，中子星自轉如永不停歇的脈沖燈塔，伽馬射線暴則像宇宙深處瞬間閃過的“閃光燈”。

時域天文學就像給宇宙裝上了“高速攝像機”，專門捕捉天體隨時間變化的“動態劇情”。這種時間維度的觀測，讓人類能從“宇宙電影”里解讀出更多隱藏的物理規律。

圖為星空下的國家天文臺阿里觀測站。平均海拔4500米的西藏阿里，因其稀薄潔凈的大氣條件和極高的海拔高度，成了天文學家放眼星辰大海、窺探遙遠宇宙的理想之地。

仍有技術瓶頸待突破

事實上，對于時域天文學的研究并非一帆風順，仍有許多需要突破的技術瓶頸。

現代時域天文學觀測需要設備視場足夠大、反應足夠快、曝光足夠深、波段足夠寬。而對于快速射電暴、引力波事件、伽馬射線暴等持續時標極短（毫秒到小時量級）的高能暫現源，現有設備難以做到快速捕捉和精確觀測。

另外，觀測宇宙需要協調從空間到地面不同電磁波段、不同宇宙信使的探測器，從而開展協同觀測。但目前各觀測設施之間的同步和協作機制尚不完善，數據融合和分析也面臨挑戰。

時域天文學觀測會產生大量的數據，如何快速、高效地處理和分析這些數據，從中提取有價值的信息，也是一個重要的技術瓶頸。比如，如何開發更先進的數據處理算法和軟件，以提高數據處理的速度和精度。

這些技術瓶頸，正是科學家們今后一段時期亟待攻克的方向之一。但無論如何，時域天文學都給了人類這樣的機會，通過“聆聽”轉瞬即逝的宇宙電波，去探索廣袤而深邃的星際曠野。

（題圖照為霞光中的“中國天眼”。本文圖片來源：新華社）

原標題：《黑洞會發出怎樣的聲音？科學家們用“聆聽”探索宇宙新秘密》

欄目主編：龔丹韻

來源：作者：解放日報 彭薇