人類，最終，還是想看透天上宮闕

原標題：人類，最終，還是想看透天上宮闕

中秋節(jié)了，又到了一年中一定要抬頭看看夜空的日子。平日我們奔忙于塵世俗務，這天我們用節(jié)日和月色提醒自己，應該去關注一下遙遠的宇宙。

在賞月時，我們能看到什么？對于中國人來說，其中有佳節(jié)的溫暖，有飄散在遠方的鄉(xiāng)愁，此外，還有一絲味道——是好奇！蘇軾提醒我們“不知天上宮闕,今夕是何年”，但我們還是想知道月亮上,宇宙里，到底隱藏著什么。

或許可以這樣說，這份關于宇宙和天文的野心，是人之所以為人的重要見證。面對浩瀚星海，日升月落，人類最開始如獸如鳥，都是蒙昧與畏懼的。但是人類的區(qū)別在于，我們會發(fā)現(xiàn)規(guī)律，發(fā)明技術，然后再用這些技術去追尋頭頂?shù)恼嫦唷?/p>

從這個角度看，技術是人類的眼睛，宇宙是人類的始終想要仔細欣賞的畫卷。

值此佳節(jié)，或許我們可以回顧這樣一段歷史：人類是如何一步步磨練技術，創(chuàng)造“眼睛”，然后渺小卻強壯地仰望宇宙。

然后我們更不妨理順著歷史，來猜測一下：未來呢？接下來我們要用什么，去一窺宇宙之緣，群星之外，天上的宮闕？

磚與石：人類窺視宇宙源起

天文，是人類不知自何時而起的念頭。

《尚書·胤征》記載了夏朝羲、和兩位天官記錄天時與天象的故事，到西漢，馬王堆漢墓已經(jīng)出土了完整的彗星圖。

古希臘已經(jīng)產(chǎn)生了能夠繪測日食的愛奧尼亞學派、發(fā)現(xiàn)黃道和赤道的畢達哥拉斯學派。

在人類窺視宇宙之初，其實已經(jīng)用到了當時最巔峰的技術——雖然這個技術今天聽來不算什么——站得更高，需要磚和石頭。

我們都知道古埃及金字塔的宗教和政治意義，知道它是法老的陵墓。同時大家應該也聽說過，今天天文學已經(jīng)證實，吉薩金字塔群的北面主隧道，正對著天龍座α星。這顆星在5400年前，正是先民能觀察到的極星。這個巧合有很多種解釋，但毫無疑問古埃及人民是在努力凝視著極星和宇宙的。因此，金字塔極大概率同時也是一座天文臺。用石頭，這門當時最高科技建立的天文臺。

用磚石來仰望和定位宇宙，不是埃及人的專利。凱爾特人的巨石陣，瑪雅人和印加人的太陽廟都與金字塔如出一轍。石頭是人類的第一門技術，已經(jīng)被用于天文。

鏡與船：給太陽“量身高”的17世紀

讓我們把時針快速撥動，直接來到所有天文學愛好者都為之激動的17世紀。當時日心說已經(jīng)確立，大航海時代洶涌而至。這是一個天文學家叱咤風云的時代。伽利略、開普勒、哈雷，那些耳熟能詳?shù)拿侄颊Q生于這樣的時代舞臺上。

但或許很少有人注意，這樣一個時代的到來，其實也得益于技術爆炸的紅利。當時所有天文學家的發(fā)現(xiàn)和研究，都無法離開兩件技術利器：船和凸透鏡。

大航海之船，帶著天文學家們到達了南北半球那些荒蕪人跡的“天文觀測點”，比如1676年，20歲的哈雷已經(jīng)航行到圣赫勒納島，開啟了天文觀測生涯；凸透鏡變成了天文望遠鏡。從1609年伽利略制作了4.2厘米口徑天文望遠鏡開始，一個新的天文時代宣告到來。

這個時代具有里程碑意義的事件，是人類用一百多年的努力，基本搞清楚了地球到太陽的距離。當時普遍的測量方法，是以一顆行星作為參照，在北半球和南半球分別記錄這顆行星對于恒星的視位移，從而得出星體間的距離。經(jīng)過百年間無數(shù)努力，到1761年哈雷已經(jīng)通過對金星和日冕的觀測，得到了相對精準的太陽視差。法國天文學家潘格雷在1775年給出了相對精準的太陽測距。

(行星測距法的原理)

隨后，地球質量的得出、發(fā)現(xiàn)天王星、天體力學體系確立，一系列人類窺探宇宙的“大事件”先后到來。而其起源，是人類對航海技術與凸透鏡技術的應用。

追光者：人類終于看清了宇宙結構

事實上在19世紀后半期，人類還是不知道星系、恒星、行星之間到底處在怎樣的位置關系。理解宇宙，更多依靠的是哲學玄想，而非真實的觀測和數(shù)據(jù)。

直到19世紀末，一場聲勢浩大的天文學革新打碎了人類對宇宙的胡思亂想，在天文學中，這場運動被稱為“天體物理學”，或者“新天文學”。

此后，人類真正開始了對恒星的觀測和研究，發(fā)現(xiàn)了月球表面的真實情況、首次觀測到星云的存在。

而如果沒有現(xiàn)代光學體系的技術進步，這場跨越式發(fā)展就無從談起。事實上，無論是大型天文望遠鏡，還是恒星光度計，都是建立在這一時期光學技術基礎上。具體來說，德國光學家朗德費創(chuàng)建的分光學、布蓋開創(chuàng)的光度學，以及改變?nèi)祟愡M程的照相技術，這三者直接導致了天體物理學的建立。

（利用光譜原理，首次拍到織女星、雙子座α星進行照相的哈佛天文臺大型天文望遠鏡）

對于光的理解和對光學技術的應用，讓天文學家可以捕捉宇宙之光。而人類對宇宙空間的迷蒙與猜測，也終于迎來了一盞光亮。

無線電里的宇宙噪聲：射電天文學的驚艷時刻

光學天文望遠鏡，推動人類天文學來到了天文臺和大型天文望遠鏡的時代。但奇妙的是，當人類以為光就是宇宙唯一答案時，近50年的天文學卻被另一項技術所改寫——那就是今天所有人都無法離開的無線電。

1931年，美國無線電工程師揚斯基在研究收音機時，意外發(fā)現(xiàn)當天線指向特定天體時，能夠收到特別響亮的噪聲。尤其當天線指向人馬座——銀河系中心時，這種噪聲能達到尖銳的程度。

“宇宙噪聲”的發(fā)現(xiàn)，證明了恒星輻射理論，直接改變了我們今天的生活。同時借助無線電技術，美國工程師瑞伯率先發(fā)明了射電天文望遠鏡，為射電天文學時代奠定了基礎。

借助觀測宇宙中不同恒星發(fā)出的無線電干擾，人類成功觀測到了太陽黑子的存在、實現(xiàn)了預測流星群、發(fā)現(xiàn)了銀河系外星云以及星際間的氫氣團。這些發(fā)現(xiàn)奠定了我們此刻的宇宙觀，比如宇宙大爆炸、黑洞、類地行星和宇宙輻射。

而究其根源，驚艷人類歷史的射電天文學時代，是來自人類對應用技術的努力探索——甚至可以說，如果沒有收音機，人類就無從驗證宇宙起源。

其實在20世紀初，英法兩國天文學家已經(jīng)嘗試探尋太陽射電波，但當時的無線電接收器靈敏度太差，關于宇宙的眾多猜想都無法進行驗證。

無線電與探索宇宙的聯(lián)系，再一次證明了這樣一個真理：技術迭代，是人類透視宇宙的力量之源。

計算，計算：引力波與黑洞的大時代

今天，人類不斷利用技術進步，透視宇宙深處的腳步依舊沒有停止。

或許在地理學、光譜學和無線電理論的數(shù)百年滋養(yǎng)下，人類觀測宇宙的方案已經(jīng)齊備（也許吧？），但是人類觀測和記錄來的海量數(shù)據(jù)到底如何分析和計算，這在今天變成了考驗天文學的最大問題。

可能大家還記得，2017年度諾貝爾物理學獎，授予了美國麻省理工學院教授雷納·韋斯、加州理工學院教授基普·索恩和巴里·巴里什，以表彰他們構思和設計了引力波天文臺LIGO，并對直接探測引力波做出的杰出貢獻。

近兩年，連續(xù)捕捉到引力波可能是天文學界最大的成果之一，它驗證了廣義相對論，將人類對時空深層法則的認識推向了新的高度。但可能很多人不知道，這背后隱藏著一場典型的“天文算力極限試探”。

探測引力波的LIGO，全稱是“激光干涉引力波天文臺”，這種設備是由兩條4公里長的手臂組成的L型儀器，可以測量萬分之一個質子直徑尺度上的變化，堪稱人類精度最高的儀器之一。其捕捉到引力波經(jīng)過地球時，會通知全球的天文機構一起觀測。在2014年4月的觀測中，LIGO極短速度通知了1000多家天文機構，調(diào)動70多臺大型天文望遠鏡對1.2萬光年外進行了觀測，堪稱天文界的全球狂歡。

但是這樣的“一夜狂歡”后，首先留下的是難以想象的，需要用大型計算機驗證數(shù)年的數(shù)據(jù)量。某種程度上來說，我們今天正在等待天文學界對引力波的解析，就是在耐心等候人類算力的瓶頸。

更著名的案例，大概是不久前刷屏的“黑洞照片”。為了拍攝這張照片，相關團隊從2017年4月5日起，用8座射電望遠鏡連續(xù)進行了數(shù)天的聯(lián)合觀測。這直接產(chǎn)生了4PB的數(shù)據(jù)，用了兩年時間才解析完成。

在解析天文數(shù)據(jù)進程中，處在瓶頸中的不僅是算力，還有智能解析能力。幾年前，美國宇航局NASA提出了前沿發(fā)展實驗室FDL系列計劃。其中重要組成部分，是用深度學習技術來解析回傳的月球圖像。如今NASA有大量衛(wèi)星、探月車、空間站向地球回傳月球數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)量多到了人類已經(jīng)無法完成處理，所以轉而希望借助AI來完成對月球的認知探索。

神話里是嫦娥奔月，現(xiàn)實里是AI探月。

從HC，到未來

不難看出，今天人類認識宇宙進程中，卻迫切需要的新技術、新工具就是算力與智能。

縱觀整個人類天文史，或許可以得出這樣的結論：每一次人類透視宇宙的偉大進化，都得益于這一時代人類最擅長、最自豪的技術創(chuàng)造。天文學的進化，始終是不斷向其他學科借用理論工具與技術工具的過程。

而20世紀末到21世紀，人類最偉大的發(fā)明是信息技術與電子計算。這個工具的“天文化”，當然是今天人類用來看透天上宮闕的最新一雙“技術之眼”。

用于窺探浩渺宇宙的算力與智能之眼，需要我們等待很久嗎？這里或許可以做個劇透。探測宇宙“新的工具”并不在遙遠的未來，而就在5天之后，Philip Diamond，國際組織SKA（平方公里陣列射電望遠鏡）總干事將來到2019華為全聯(lián)接大會現(xiàn)場，與我們一起揭曉宇宙探索的最新“技術之眼”；它也不像過去數(shù)百年一樣誕生于歐美，而是就來自中國這片勇于仰望星空的土地上——2019年華為全聯(lián)接大會，正在醞釀某個跟探索宇宙相關的東西。

是什么呢？讓我們保持好奇，先期待一下——數(shù)千年歷史證明，好奇心，是能讓人類在宇宙面前，顯得不那么渺小的東西。

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