在一个我们没有安排观测的夜晚,我去拜访了邻居们。在天主教会的天文台,目前有三名耶稣会士正在工作,侦察可能对地球造成危险的小行星。我很享受这种安静、友好的环境。理查德·博伊尔(RichardBoyle)神父在这里;他曾经在梵蒂冈为来自世界各地的天文学学生开办了一所暑期学校,我也参加了。今天,他似乎把所有时间都花在了望远镜上,几乎像一个隐士一样生活在山里。在天文台的生活真的有一种修道和冥想的感觉。观测中的天文学家将生活与天空结合。恒星和星系设定了节奏。没有什么能让你分心。我很享受在山上的这段时间,生活很简单,人更接近天空。
我们在亚利桑那州的团队由几位EHT的同事组成。他们包括来自海斯塔克天文台的文森特·菲什(VincentFish)和来自亚利桑那州的丹·马罗内。我接替丹在山顶的位置,他去图森远程协作。天文台没有足够的床位给这么大的团队,所以不是每个人都能同时在这里。在亚毫米望远镜这儿,我从一开始就有宾至如归的感觉。当然,我知道望远镜是什么样子的,也知道它是如何工作的,但自己用它工作还是另一回事。要想让一个图像从射电波中闪现出来,以便向其他天文学家、物理学家和世界公众展示它,这确实是一条漫长的道路。但看着宇宙揭示自身是一种特殊的体验。
望远镜的抛物面天线首先收集来自太空的射电波并将其聚焦。对于我们的波长,天线的碟形表面必须校准,精确到40微米以内。而这台天线的表面甚至更好。通过挂在望远镜前面的四根支柱上的副反射镜,射电波返回到天线后面的接收舱。在那里,它们通过一个金属馈源喇叭被送入接收机的波导。馈源喇叭的功能基本上类似于老式留声机的听筒。然后,高频信号在接收机中被混合成较低的频率,并送入电缆。这一套过程将自由的射电信号变成铜缆线中的电波。
下一步是储存这些波。如今,即使是光也能以数字方式存储——这是多么令人惊奇的过程!要做到这一点,首先必须再次滤波,并将其频率调整到我们器材的更低频率。这类设备最早出现在丹·沃西默的SETI计划中,用于搜索来自外星人的射电信号。现在,它将反复滤波的射电波转换为比特和字节。可以将虚拟塔序列想象为一列由虚拟的积木或乐高堆成的塔形,这些塔的高度要么是0,要么是1块,要么就是2或者3块。塔的高度只能非常粗略地代表射电波的振**,但我们有很多塔和很多振**。
我们记录的数据量是巨大的:每秒32吉比特——这就是每秒320亿个0和1。如果我们要在纸上用毫米级的细笔画出我们的数据塔,我们需要的纸条在两秒多一点的时间内就能绕过整个地球。幸运的是,纸条现已经被硬盘所取代。因此,数字革命也对我们EHT的工作起到了作用。
结束后,存在硬盘上的“光”用邮寄这种简单的方式送到波士顿和波恩,在那里对数据进行进一步处理。只有在经过漫长的过程后,才会从大量的数据中出现一个微小的图像——这真的是数据“缩减”!事实上,我们真正记录的是噪声。天空噪声、接收机噪声,以及来自黑洞边缘的一小部分射电噪声。幸运的是,许多天空噪声和接收机噪声在事后处理数据时被过滤掉了。这样的望远镜在一个晚上从我们的宇宙射电源中收集到的噪声总能量小得惊人。它相当于一条一毫米长的毛发在真空中从半毫米的高度落到玻璃板上的能量。这样的冲击不太可能划伤玻璃板,但我们可以测量它。
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