人類(lèi)長(cháng)久以來(lái)都認為，頭頂上的宇宙是亙古不變、完美無(wú)缺的。閃爍的恒星總是呆在老地方，行星則是永遠按照固定的軌道運行，從不越軌。即使是宇宙里的熊孩子——彗星，運行軌道不可預測，但也只是少數的特立獨行者。直到1572年，丹麥天文學(xué)家第谷·布拉赫(Tycho Brahe)觀(guān)測到了一次超新星爆發(fā)(Supernova)，一顆超新星隕落了，人類(lèi)對宇宙的認識逐漸發(fā)生了改變，宇宙似乎也不是那么穩定。但宇宙永恒論的觀(guān)點(diǎn)早已深入人心，要改變先入為主的觀(guān)念著(zhù)實(shí)不易。而僅憑肉眼觀(guān)察到超新星的機會(huì )少之又少，要知道上一次人類(lèi)用肉眼觀(guān)察到超新星爆發(fā)已經(jīng)是400多年前的事情了。
好在現代天文望遠鏡解決了天文學(xué)家觀(guān)察宇宙時(shí)“近視眼”的毛病。如今，我們知道銀河系里大約有50萬(wàn)顆恒星，也能觀(guān)察識別到成千上萬(wàn)的轉瞬即逝的宇宙現象。盡管多數的恒星有既定的軌道，但茫茫宇宙也少不了驚喜和意外。例如，當兩顆恒星相互旋轉靠近形成所謂的“雙星系統”時(shí)，星體質(zhì)量會(huì )從一顆逐漸流向另一顆。這時(shí)如果其中一顆是年事已高的白矮星，那么它將從“老伴”那兒不斷汲取氣體，當能量累積到一定程度，便會(huì )發(fā)生熱核爆炸——超新星爆發(fā)，就像第谷觀(guān)察到的。除了以上這種超新星爆發(fā)，另一種則更加普遍，它是由于恒星死亡而導致的，但此類(lèi)恒星的質(zhì)量一般比較大，至少是太陽(yáng)的10倍。
超新星爆炸形成太陽(yáng)系的過(guò)程：
a，一團宇宙塵埃和星云。
b，超新星爆發(fā)產(chǎn)生的沖擊波壓縮星云等物質(zhì)。
c，年輕的恒星在沖擊波中孕育而生。
超新星爆發(fā)是恒星無(wú)法逃避的宿命，爆炸時(shí)的諸多現象都與恒星系統的性質(zhì)息息相關(guān)。它確實(shí)是恒星的終點(diǎn)，但毀滅性的災難里也孕育了生機，爆炸為臨近的行星提供了大量演化所需的原始物質(zhì)，銀河系的形成就被認為與某次超新星爆發(fā)有關(guān)。所以，天文學(xué)家們當然不會(huì )錯過(guò)每一次觀(guān)測超新星爆發(fā)的機會(huì )，但上帝的神跡豈是那么容易見(jiàn)到的，在我們銀河系，平均一個(gè)世紀才會(huì )發(fā)生一次超新星爆發(fā)。
對于一世紀只發(fā)生一次的事件，如果我們的眼光只呆在銀河里系守株待兔，顯然有些假階救火。值得慶幸的是，像銀河系這樣的星系，宇宙里一抓一大把，準確來(lái)說(shuō)銀河系只是一萬(wàn)億個(gè)星系中的一員。假如我們同時(shí)監測上百萬(wàn)個(gè)星系，那么我們甚至可以做到每天都觀(guān)測一次超新星爆發(fā)。這也是現代天文學(xué)最酷、也是最值得挑戰的地方！
超新星爆發(fā)會(huì )發(fā)出強烈的光線(xiàn)，有些時(shí)候天文學(xué)家用肉眼就能看見(jiàn)。但除了它，還有一些遙遠星系的光源能被先進(jìn)的天文望遠鏡捕捉到。在這些光源中，類(lèi)星體(Quasar)最為常見(jiàn)。
類(lèi)星體中心是一個(gè)超重黑洞，一般是太陽(yáng)質(zhì)量的數億倍，它本身不發(fā)光，但黑洞產(chǎn)生的巨大引力吸引其他物質(zhì)墜入黑暗，周?chē)镔|(zhì)在快速落向黑洞的過(guò)程中以類(lèi)似“摩擦生熱”的方式釋放出巨大的能量，使得類(lèi)星體成為宇宙中耀眼的天體。
如今，學(xué)術(shù)界主流的觀(guān)點(diǎn)認為每個(gè)星系的中心都存在一個(gè)超重黑洞，其中大約有1%的黑洞吞并物質(zhì)的速度足夠快，能形成發(fā)光的類(lèi)星體。我們所在的銀河系也有這么一個(gè)超重黑洞，但它并不活躍，加積(吞并)物質(zhì)的速率也不夠快，還不足以產(chǎn)生類(lèi)星體。當然了，平時(shí)十分“文靜”的處于非激活狀態(tài)的黑洞也有玩嗨的時(shí)候。例如，當恒星運動(dòng)到離黑洞足夠近的位置，黑洞的引力會(huì )瘋狂拉扯恒星的物質(zhì)，稱(chēng)為“潮汐擾動(dòng)事件”(tidal disruption event)。部分恒星的殘片快速陷入黑洞之中，從而產(chǎn)生一陣轉瞬即逝的光亮。但潮汐擾動(dòng)事件發(fā)生的概率比超新星爆發(fā)的概率還要低，準確來(lái)說(shuō)一個(gè)星系中大約10000年才會(huì )發(fā)生一次。對于茫茫宇宙，我們研究它的變化規律，實(shí)質(zhì)上就是研究黑洞和超新星爆發(fā)。
現在，你對宇宙里的一些變化和一些極端現象有了清晰的認識。但這些知識對于一個(gè)專(zhuān)業(yè)的天文學(xué)家來(lái)說(shuō)還是太少，他們最大的挑戰是找到一個(gè)普適的特征或者是通用的理論去解釋所有的天文現象，而不是僅僅針對某一個(gè)現象來(lái)解釋。同時(shí)他們也要總結出適用于整個(gè)宇宙的數據，而不是只適用于某個(gè)星系的。既然有如此龐大的數據需求，那么首先硬件得跟得上。這也是我們的天文望遠鏡越建越大的緣由，更大的望遠鏡使我們能看見(jiàn)更加遙遠、更加模糊的星體。但可惜的是，更大的望遠鏡雖然可以看的更遠，但其視野也更小，畢竟魚(yú)和熊掌不可得兼，想要看得遠就得舍棄觀(guān)察范圍。但又有句老話(huà)說(shuō)，有錢(qián)能使鬼推磨，只要砸錢(qián)砸的多，問(wèn)題還是可以解決的——如果一臺天文望遠鏡只能看見(jiàn)一部分，那么就多來(lái)幾臺！
Credit: Rex 智利的LSST概念圖
現在，假設你的課題目標是找到盡可能多的宇宙“突變”現象，并研究它們的演化過(guò)程，那么你就需要一臺大型天文望遠鏡。而想要它覆蓋盡可能大的天空范圍，那就得看你的經(jīng)費有多少了。這就是建設大型巡天望遠鏡(Large Synoptic Survey Telescope ，LSST)的基本理念。LSST地處智利，它有一個(gè)直徑6.7 米的望遠鏡，目前還在搭建中，預計在2022年正式投入使用。
LSST用的是大直徑的天文望遠鏡，那么自然有小鏡頭的項目：全自動(dòng)超新星爆發(fā)調查系統(All-Sky Automated Survey for Supernovae ，ASAS-SN)。到今年年底，ASAS-SN將擁有20個(gè)14cm孔徑的望遠鏡，遍布全球。運用這些長(cháng)焦相機鏡頭，ASAS-SN能發(fā)現比肉眼分辨亮度低25000倍的宇宙現象。好在這些鏡頭小，它能涉及到的天空可比LSST廣闊得多，通過(guò)ASAS-SN眾多小鏡頭望遠鏡得到的圖像，總面積大約是月球表面積的1600倍。所以ASAS-SN有了如此廣闊的探測范圍，它仍然可以每天至少觀(guān)測到一次超新星爆發(fā)。
不難發(fā)現，LSST與ASAS-SN是相輔相成的兩種手段，在數據質(zhì)量與數量的抉擇中尋找平衡點(diǎn)。LSST提供了高精度的數據：識別遙遠的光源、微弱的閃爍，統統不在話(huà)下。但這些微弱的光源信號并不穩定，即使是使用目前最大的天文望遠鏡也很難搞清楚它們的長(cháng)期變化規律。另一方面，ASAS-SN提供了海量的數據，但只能看近距離的星系。ASAS-SN找到的高亮度光源能讓我們瞥見(jiàn)周?chē)班従印钡闹T多細節。
自第谷第一次觀(guān)察到超新星爆發(fā)已經(jīng)過(guò)去了近500年，但像LSST和ASAS-SN的大型項目將繼續引領(lǐng)時(shí)代潮流，揭露蒼穹之上、亙古不變的宇宙里的變化和轉瞬即逝的閃光，記錄下一次次“微弱”的閃爍。
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