星明天文台的故事

作者: 高兴

来源: 格致论道讲坛

发布日期: 2024-06-04 17:01:52

高兴是一名来自新疆的高中物理老师和天文爱好者,他通过建立星明天文台,积极参与天文观测和发现。他在2004年和2009年分别发现了两颗彗星,并致力于推广天文知识,鼓励更多人参与天文科学。他的团队与专业天文工作者合作,发表了多篇学术论文,并开展了公众超新星搜寻项目,吸引了许多爱好者参与天文发现。

大家好,我是来自新疆乌鲁木齐的高兴,一名高中物理老师,也是天文爱好者。台下有小朋友说自己也是天文爱好者,没错,天文爱好者可没有年龄大小的区别。照片里是我“小时候”,当时我上高中,学校正好要去参加一个全市天文知识竞赛,于是就临时组建了一个天文小组团队。那时我是物理课代表,顺理成章地就当上了天文小组的组长。

虽然这个天文小组到最后只剩3个人,我、我同桌还有我前桌,也没有取得什么成绩,但是从此以后,一个长发齐肩、放纵不羁的摇滚青年就和天文结下了不解之缘。

我生在新疆,长在新疆,大学毕业之后,又特别幸运地在1997年香港回归时来到新疆乌鲁木齐市第一中学担任人民教师。1997年底,全市再次组织天文知识竞赛。我就赶紧给学校打报告,说咱们一中这么优秀,能不能也组织一个天文小组去参赛呢?于是从1998年到现在,乌鲁木齐市第一中学天文小组一直坚持每周进行天文观测活动和知识讲解,已经走出了有上千名业余天文爱好者。

这是学生们在操场上看月亮的情景,那个正在望远镜后的同学现在已经是天文学的博士了。我们有一个天文台,叫星明天文台。为什么取这个名字呢?这就要先介绍一下我的老师,就是带我“入坑”的人,周兴明先生。周兴明先生是我国最著名的业余天文学家,他发现了64颗SOHO彗星,当时在全世界排第三名。因为他是新疆博乐人,我也是新疆人,新疆人都特别好客。

有一次偶然的机会,周兴明先生到乌鲁木齐来开会,于是我就盛情邀请他到我们学校的天文小组教室给大家做了一个科普报告。

这张照片就是那一天拍的。我一生只见过周兴明先生3次,第一个见面之后,我就开始在网络上和周老师学习交流。因为周老师在业余天文发现领域做到了世界著名,所以我就跟他学习了很多天文发现的方法。

到了2004年,也就是3年之后,周兴明先生要去福建参加一个海峡两岸联合举办的天文交流活动,我把他送上了火车。但是几天之后噩耗传来,周兴明先生因为车祸去世。这件事在国际上都引起了一定的关注,国际天文联合会小行星中心有史以来第一次自己提名,将一颗小行星命名为周兴明星,就是为了纪念他。

参加了周兴明先生的追悼会之后,当时还年轻的我就下定决心,要接过前辈的接力棒,在天文科普、业余天文发现领域继承前辈的“遗产”,把天文爱好发扬下去。于是我就没日没夜地学习和工作,茶不思饭不想,基本上每一顿饭都没有正点吃过。我要干什么呢?周兴明先生发现了64颗SOHO彗星,我也一定要发现一颗。非常幸运的是,两个多月之后,就在2004年的10月22日的晚上,我成功了。

我记得那一天晚上我特别兴奋,虽然不喝酒,但还是立刻跑到楼下小卖部去买了两瓶啤酒。我还想买彩票来着,但是那个时候彩票站已经关门了。

为什么它们叫SOHO彗星?是因为这些照片是由一个叫做SOHO(Solar and Heliospheric Observatory,太阳和日球层探测器)的卫星拍摄的。这个卫星主要用来观测太阳,但是它也会有“副产品”。

当彗星路过太阳的时候,太阳这个大火球就会把这些彗星“照亮”,原本看不见的彗星越靠近太阳时就越亮。我们分析这样的照片就能发现新的彗星,这些彗星名字都叫做SOHO彗星。发现SOHO彗星非常难。因为这颗卫星拍摄的图像会实时发布在全球互联网上,每一个人都能去下载。要想用这些图片做业余天文发现,那就是要拼谁的网速快、拼谁的技术好、拼谁眼力强、拼谁有更牢固的基础知识。竞争激烈到什么程度呢?

就哪怕晚10秒钟,这个彗星就与你失之交臂了。所以那个时候,我们家就不停地交钱升级网络。在这之前,我有很多次失之交臂的经历。所以我基本上都是一边端着碗,一边在电脑前不停地刷新网页,看它有没有新图出来。不按点吃饭、不按时睡觉就成了我的常态,现在依然如此。

但是我最终做到了,那个时候我特别欣慰。一个月以后(2004年11月),我写了一篇文章叫做《SOHO彗星全攻略》,并把它发表在了《天文爱好者》上。

我希望全国有更多的天文爱好者能了解发现技术,能参与到业余天文发现中来。发现了SOHO彗星之后,我又开始在网络上寻找其他资源,发现还有一个项目叫FMO(Fast Moving Objects),意思就是快速移动的天体。我们的地球并不安全,地球外面有很多小行星,有大有小。有些小行星会闯入地球的引力范围,和地球相撞或者擦肩而过。它离地球较近的时候,我们看上去,它运动得就非常快。

假如你站在火车旁边,会觉得火车速度特别快。但其实飞机的速度比火车的速度更快,但为什么我们会觉得天上的飞机运动得并不算快呢?因为它离你很远。所以当一个东西离你很近的时候,你就会发现它的视运动非常大。如果有一颗小行星闯入了地球的引力范围,我们在地面上观察时就会发现它就成了一个快速移动天体。因此观测它们也有很重要的意义,尽早地发现就可以尽量避免人类乃至全球生物的灾难。

我们现在还没有做到能够防御的那一步,但是一开始一定先要发现它。FMO同样是一个全球的公众项目,你也可以到网上去下载它的图片。只要你有技术有水平,懂得一定的天文知识、勤奋努力,就肯定能做到。我是中国第一个发现FMO的人,之后我也写了篇文章《FMO全攻略》投给了《天文爱好者》。中国有13位爱好者通过这个项目发现了FMO,但是很遗憾的是,到2006年这个项目因为在国外没有资金资助就停止了。

刚才的这些虽然都是我的发现,但是我只有发现权,没有命名权。为什么呢?原因很简单,图片资料都是人家的,我只是帮他们做了这份工作。所以我可以说是我发现的,但是我不享有命名权。所以在那个时候,我就想,能不能自己拍摄图片,自己分析,自己去发现,这不是更好吗?所以2007年,在新疆天文台的大力支持下,我和很多天文爱好者一起在新疆天文台一个观测室的水房顶上建了一个小小的观测室。

大家不要看错了,红色箭头指的那个才是我们的观测室,而不是左边的圆顶。我把它取名为星明天文台。听了前面的故事,相信我不用再对这个名字做解释了。其实说白了,这就是一个彩板房。但是我们不会盖房子,所以我们就去建材市场看工人们怎样盖房子。为什么不直接让他们帮我盖呢?因为我们要盖的是一个顶可以开的房子,工人师傅听不懂,所以我们只能自己动手去做。这个打电钻的人就是我。

这个房子的每一个螺丝、每一个铆钉、每一根电线都是我自己亲自安装调试的。新疆天文台位于南山,距离我居住的乌鲁木齐市直线距离40多公里,我不可能天天去。所以我就把它改造成了中国第一个可以远程控制的天文台,虽然它很简陋。2007年,星明天文台建成了。照片右上角有一台小小的望远镜,其实它不是真正的望远镜,就是一个相机加一个镜头,底下是它的运转装置。

虽然当时的设备非常低级,甚至连真正的望远镜都没有,但是我运气特别好。观测半年之后,也就是2008年春节来临之际,我发现了人生中的第一颗彗星。这颗彗星以我的名字命名,就叫“陈-高”彗星。星明天文台在建立之初就秉持着这样一个理念:我并不是图像资料的独占者,我要把这些图像资料同时发布到网络上。因此我建立一个群,让大家可以在网络上下载这些图片,和我一起进行天文发现。

当然,不参与天文发现的人也能够下载,和我一起分享新疆美丽壮观的星空。

大家看这张图片,就是苏州的一位天文爱好者陈韬贴出来的,他问大家:中间这个绿色的、毛茸茸的是什么东西?为什么他会这么问呢?因为当时我们根本没有想到会有什么发现。就一个小小的镜头加一个相机,每天就拍一张照片,哪有这么好运就能有发现呢?大家的回答七嘴八舌,更多的说这可能是相机的眩光、鬼影之类的东西。但是陈韬比较执着,想找出这个答案。

当时从1月30日到2月1日,连续3天新疆都是晴天,天气特别好,我们就连续3天拍了同样的位置。于是,他就把3张图片拿出来作对比,然后发现这3张图片中都有这个绿色的东西,而且还不在同一个位置。于是我们就一起观察这3张图片,发现三者之间形成了一条直线。当把这个信息发布在我的天文QQ群里后,那个群就炸锅了。因为大家立刻就意识到:好家伙,我们是天选之子,我们发现了一颗彗星!

这是星明天文台建成不到半年的时候发生的事。接着,我们赶紧要在国内和国际上一些专业天文工作者的帮助之下写报告。那时候我们连报告都不会写,紧张得手抖。当天晚上我没有睡,一直在查单词,终于把这个报告报上去了。第二天,国际天文联合会就把这颗未知天体命名为“陈-高”彗星。彗星是业余天文发现里最难的。因为从人类文明开始到现在,总共发现的彗星不超过5000颗,所以它特别稀有。

了解天文的人都知道,如果发现了彗星并了解了彗星成分的话,对人类起源、太阳系起源的研究都有重大意义。所以国际天文联合会第二天就公布了它、它的轨道还有它的命名。

大家能在下面这张图片里看到一个运动的东西吧?这就是我运气爆棚的产物。有些天文爱好者一辈子都无法实现发现一颗彗星的愿望,我居然在两年之内就发现了2颗。

在2009年6月,我和中国科学技术大学一个名叫杨睿的学生共同发现了一颗彗星,这颗彗星就叫“杨-高”彗星。这颗彗星更加稀有,它是个周期彗星,这颗周期彗星名字叫325P,也就是人类记录到的第325颗周期彗星。大家最熟悉的周期彗星就是1P,也就是哈雷彗星。说到这里,你就知道它有多么重要了。当然,2009年的我已经很有经验了,我不是每天拍一张,我是每天拍好多张图片,而且是巡天啪啪啪地扫描。

简单的说就像你在地上掉了100块钱,怎么找?不就是转着找吗?巡天就是这个意思。我用新的策略去拍摄,至少要拍摄3遍,这样运动的东西就会留下3个位置,把它们叠到一起连续播放就能形成动画。

这张图是全天的图,其中各种各样颜色代表的是全世界所有专业望远镜在同一段时间里扫描天空的情况。可以看出天空,已经被它们“扫烂”了。这些望远镜到处都扫,因为要找东西,最重要的就是要发现彗星和小行星、近地小行星。

图中有一块区域我用黄色标出来了,这里是个空缺。为什么呢?因为这个地方是银河系中心的位置。银河系里有千亿颗恒星,而银河系中心的星星特别密集。当你用望远镜去拍它,会发现底片里全部都是星星。如果说里面有颗未知的星星,你能找出来吗?可能眼睛看瞎了也找不出来。专业天文台发现新天体和我们业余爱好者发现新天体的策略是不一样的。

专业天文台发现新天体的策略是,拍到一张照片之后用计算机资源把照片中的所有星星都识别出来,查出每颗星星的名字。如果发现有一个没名字,那它就是一颗新的天体。这个方法我们业余爱好者是做不到的。我们就是今天拍一张,明天再拍一张。我今天拍一张这些星星我都不认识,明天拍的这些星星也不认识。但是恒星是不动的,所以只要我把今天的星星和昨天的星星对比一下,发现有一颗星星是新冒出来的,那就可能是新的发现。

当然最重要的,还是要查一下这是不是已知的。

那么,这些专业望远镜没有扫描到的位置,就是我们的机会。“杨-高”彗星就是通过这个策略被发现的。这个黄色区域右下角的白色区域,就是我们当天的观测计划,就是要拍这个位置。还有一件很巧妙的事情。我的望远镜其实特别低级,如果想拍某个地方,它可能还转不准,会有一定的偏差。

这个画面里红色的网格就是我当天安排的计划,而左边老鹰星云下面箭头指的就是“杨-高”彗星被发现的位置,它其实在这个框外。可能是上苍眷顾,那天晚上望远镜指到那里时,正好往左边偏了,那么巧把它拍了下来。拍下来之后,我们就发现了它。所以我觉得大家说的99%的勤奋和1%的运气,我可能正好相反。

彗星是天文领域最难发现的天体,我们甚至会用发现彗星的数量来描述一个专业天文台的工作能力。

所以我连续发现2颗彗星后就火了,很多人都认识了我。一些天文爱好者把他们的望远镜捐给我,让我来帮他发现,于是我的望远镜就越来越多了。后来我就发现这个观测室不够大了,需要建另外一个棚。所以在新疆天文台的支持下,我在2011年的时候又建了一个小小的观测室,大家可以看到这时候里面有好几台望远镜。这张图里只有一台望远镜,但它很大。这台望远镜叫HMT(Half Meter Telescope),半米望远镜。

这是长三角的爱好者们一起众筹得到的望远镜,他们决定放在我这,不问我要一分钱,发现也全部都归我。他们说:高兴,你有能力去发现,我们就来给你提供望远镜,你缺的就是这个。这就是我们天文爱好者之间真挚的感情。这感情还表现在挖坑上。这个天文台就是用十字镐一镐一镐挖出来的,当时我的腰都快挖断了。这是我们一中天文社团的友好社团——八中天文社团的社长。他上山时看到我在挖坑,于是说:老师,我帮你挖挖。

我就给他拍了张照片。这位学生现在在新疆天文台做专业的天文工作,我每次见到他都要指指这个坑,问他:记不记得你还给我挖过坑。这是一名建筑设计师,他在一边设计,一边帮我打混凝土,因为我不太懂建筑上的工作。这是星明天文台的第三个观测基地,它在2019年建成。这里面最大的望远镜口径是60公分的,已经是我最大的望远镜了。望远镜的口径越大,它的观测能力就越强,发现也就越多。

这是2022年才建成的星明天文台的第四个观测基地,里面有6台望远镜捆绑在一起形成阵列,能在天空更好地、更高效地去扫描。到现在为止,星明天文台已经发现了3颗彗星,11颗我可以命名的小行星,3颗近地小行星,以及很多其他的天体。这是星明天文台近几年的发现数目统计,可以看到2019年之后,我们的发现有了井喷式增长,这是因为我们有了更大的望远镜,各位要是想捐望远镜可以找我。

星明天文台不是我一个人在做,而是一个团队,里面有各种各样的人才,干什么的都有。随着发现越来越多,我们觉得光做发现可能还有点枯燥,于是在这个过程中又结识了很多专业的天文工作者。在他们的帮助下,我们也开始努力从业余慢慢地转向专业天文,现在的定位是业余和专业之间的这个角色。

我们的爱好者和专业天文工作者共同发表了50多篇SCI论文,与我们的重要观测数据相关的文章还登上了《自然》(Nature),我本人也是共同作者之一。这件事让我也感到很光荣,我是一个草根的天文爱好者,但是我做成了很多人在学术领域想做的事情。正因为我们对什么都感兴趣,所以我们发现的品种特别多。天空中很多星星都是变星,所以我们发现的变星最多。这些都是我们星明天文台发现的。

星明天文台的项目非常多,多到数都数不过来。其中我最想说的就是PSP(Popular Supernova Project),公众超新星计划。在2015年,国家天文数据科学中心主任、也是国家天文台虚拟天文台的首席科学家崔义州先生到乌鲁木齐开会,我有幸和他见面,就跟他聊了聊这个计划。我希望把星明天文台拍摄到的这些资料和图像共享给更多、更广泛的人,我们想构造一个平台让全民参与进来。

谁对天文感兴趣,谁就可以来发现。崔老师说这太好了,在学术层面应该叫做全民科学项目。于是我们俩一拍即合,他有他的资源,我有我的资源,我们俩一整合,3个月之后,公众超新星搜寻项目就上线了。这是中国第一个天文领域的公众科学项目,欢迎各位大朋友、小朋友们注册参加。在它上线1个月以后,就有一位合肥的10岁小学生连续发现了2颗超新星。这件事当时在国内科技科普领域的报刊里引起了轰动。

我们还查了下他是不是世界上最年轻的超新星发现者,但很遗憾,还有一个比他年龄小2个月的加拿大小朋友也发现过超新星。发现超新星虽然不能命名,但是很有意思。也希望更多小朋友们加入,我来带你们“入坑”。这是公众超新星搜寻项目平台的页面。其实很简单,有左边和右边两张图。左边的图是经过处理以后筛选出的图。右边的是原始图片,用户可以点鼠标让它切换。

我们在同一个位置昨天拍一张、今天拍一张,用户通过切换图片看看有没有新鲜的东西出现。有的话就可以点击提交,剩下的事就凭运气了。如果它是已知的就没办法了。如果它是未知的,我们就会用电话联系你。第二天你就可以在国际天文联合会的公报里看到自己的名字了。很有趣吧?10岁的小朋友能做到的,你也可以做到。你要是7岁就发现的话,肯定是全世界最小的发现超新星的人了,你会创造历史。

我今天想告诉大家的就是,天文从来都是平民化的科学,不是曲高和寡的科学。我希望通过努力,继承周兴明先生的遗愿,让更多的人来参与天文科普。我的座右铭是Happiness is Love,谢谢大家!

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