心怀宇宙天地宽分享 http://blog.sciencenet.cn/u/陈学雷 国家天文台研究员,从事宇宙学研究

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West Virginia: 一个陌生而又熟悉的地方 精选

已有 8676 次阅读 2011-2-20 07:19 |个人分类:所见所闻|系统分类:海外观察


冬天里,一个晴朗的早晨,我独自驾车走在从弗吉尼亚到西弗吉尼亚的山间小路上。积雪的山岭、起伏的丘陵,清澈的小溪,冒着炊烟的农舍,牧场上的牛群。尽管从未到过这里,但这里又似乎是一个熟悉的地方。二十多年前,我学会的第一首英文歌曲(如果不算ABC Happy Birthday to you)就是John Denver 的那首Country Road.


Almost heaven, West Virginia, Blue Ridge Mountain, Shenandoah River, Life is old there, older than the trees, younger than the mountains, blowing like a breeze


林间小路


当年初次听到Denver的歌,有一种特别自由的感觉。那个时代的我,完全想象不出那个遥远的America究竟是什么样子,可是那种自由自在、不受拘束的感觉却在我内心中引起了强烈的共鸣。等到真正踏上那片土地,见识了那里人们的狭隘偏见和自以为是,不免大失所望。可是回头想想,其实也不奇怪,大多数的凡夫俗子,又如何能超脱世间的偏见呢?自由的精神,永远只属于少数心灵。


沿途风光


Blue Ridge Mountain Shenandoah River 来到车窗前,又从车轮下流走了。Country road, take me home, to the place, I belongWest Virginia, Mountain Mamatake me home, country roads.


当然,这里并非我的家乡,其实这里也不是John Denver的家乡。可是家乡又是什么呢? 少年时代我上学走过的乡间小路早已变成了高楼大厦林立的闹市区,那个空间和时间已经永远消逝了。任何怀旧都是不完全的,也恰恰因为如此怀旧才有意义。既然如此,这片陌生的土地,其实也不失为怀旧的家乡。


中午时分,我抵达了目的地,Green Bank. 这个小镇是美国国家射电天文台(NRAO)的一个主要观测基地。天文台入口,有两座看上去非常熟悉的天线——啊,那是多次在照片里见过的Karl Jansky的“旋转木马”和Grote Reber 的抛物面天线。


Jansky 旋转木马天线(复制品)


Jansky AT&T Bell Lab 的一名无线电工程师,受命研究干扰无线通讯的噪声。Jansky 架起“旋转木马”,收听太空中的噪声。细致的Jansky发现,除了雷电产生的强噪声之外,还有一种微弱然而持续的噪声,而它每天出现的时刻竟然在随着日子的流逝而缓慢变化。最终,Jansky意识到那是来自银河的辐射,并在1933年发表了这一结果,一时引起了全国的轰动。Jansky 希望进一步研究这一问题。遗憾的是,对于电话公司来说,有的是比银河更重要的问题——比如说摩托艇产生的电磁噪声,Jansky被他的上司分配去研究这一问题,而性格温和、有一家老小需要养活的Jansky只好从命,直到后来他因病去世也没能再回到对银河的研究上来。为了纪念他,NRAO在门口架起了一座复制的旋转木马,由当年Jansky的同事制作。天文学中辐射流量的单位也用Jansky 命名。

Reber 天线


Reber 是一位业余无线电爱好者兼业余天文爱好者,在听说了Jansky的发现后,他决心研究这个领域。他思考了一番,认定抛物面天线是最佳选择。他自己动手在后院里制作了一面抛物面反射面,其大小决定于中心馈源支撑杆的长度,而支撑杆他选用的是当地家具店里能买到的最长的木杆。这一设备引起了邻居们无穷的猜测(当时的科幻小说正流行关于death ray 的故事),一度成为当地(芝加哥郊区的一个小镇)的一个小小旅游名胜。Jansky 是在20.5MHz 的频率上探测到银河系辐射的,按照黑体辐射的理论,在更高频率上应该更容易探测到同一辐射,Reber 因此决定在3300MHz上进行探测。出乎意料的是,他什么也没探测到。他又改在900MHz上探测,仍然什么也没有。幸运地是,抛物面天线在各种频率都能工作。最后,Reber 又在160MHz上进行实验,才终于取得成功。直到十多年后,物理学家们才认识到,Jansky 和 Reber 探测到的辐射是银河系电子的同步辐射,不同于黑体辐射,因此低频辐射更强。凭借自己的力量,Reber 绘制了天空射电分布的天图。尽管这很明显是天文学上重要的进展,然而在十几年的时间里,竟然只有Reber一个人在孤军奋战,职业天文学家们没有一个着手进行射电天文的研究--当然这倒也不奇怪,他们大多并没有自己动手制作无线电设备的技能。然而事后看来难以理解的是他们也没有为Reber提供任何资助,尽管Reber与他们中的不少人取得了联系。 短视的天文学家们啊,你们难道就想象不出这是一个多么重要的新领域吗?在那段时间里,Reber 一直是一个孤独的探索者。 二战以后,射电天文学才借着军队剩余的电子设备发展起来,最终成为显学。也许是因为习惯了孤独而自由的研究风格,Reber先去了夏威夷,后来又离开美国去了塔斯马尼亚岛(澳大利亚以南的一个岛屿),在那里建造了一座射电望远镜观测低频射电辐射。而他原来的抛物面天线则被运到了Green Bank, 至今依旧矗立在这里。


GBT, 世界最大的可动天线

Green Bank 的射电天文台是在上世纪50年代建立起来的,这里人口稀少、群山环绕,有相当不错的电磁环境。一系列射电望远镜依次摆放着,最抢眼的还是世界上最大的可移动天线,100米口径的GBT。第一座GBT于1962年建成,1988年,这一天线由于结构上的问题而忽然垮塌了,这是重建的第二座,时时接收着宇宙深处传来的电波。当然,现在大部分观测都是远程控制, 提交了观测计划的天文学家并不一定要亲自来,而只需编好控制指令让它自动执行就可以了,在控制室内只有两个技术员监视指令执行,出了问题才干涉一下。住在这里的多数是负责望远镜技术研发的人员,但也有少数常驻的天文学家。

PAPER, 探测宇宙再电离的实验天线

Green Bank 并没有明显的“市区”,只是沿着一条公路零零散散有些农舍。来访者宿舍里的手册上,这样描述Green Bank的生活:这里小铺里,可以买到一些常用的生活必需品,但去大一点的超市或者去看电影要开车2个小时。每隔一两周的周末,家长们会带上孩子,一起开车出去购物、玩耍、看电影,因此父母与孩子们的关系特别紧密。这里只有一所学校,因此也不必为孩子上哪所学校而伤脑筋。当然,在这样一所小学校里,不要指望会为二年级开设日语选修课。但是,孩子们彼此都认识,一起上课,一起课外活动,家长们都会抽出时间去参加学校的活动。有的人来后,待上一个星期就受不了而走了,但也有的人选择来这里,就是因为觉得这里更适合家庭的生活。


夜深了,一片寂静。关掉灯,透过窗户我看到冬季星空那明亮的群星,在这怀旧的故乡我安然入梦。次日清晨,在一片小雪中,我驾车离去。收音机里播放着乡村音乐,开朗、轻松。



游记
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