本周，我们回顾了过去几个月的天文学采访……
在这一集里
停止星光看行星
本·奥本海默是美国自然历史博物馆天体物理学副馆长
本:我们如何在恒星的光芒下发现行星呢?本·奥本海默(Ben Oppenheimer)是美国自然历史博物馆天体物理学副馆长，他研究系外行星和一种被称为褐矮星的失败恒星。
嗯，有很多方法来检测这些东西。我所做的就是试着直接看到它们。我想看看这些东西是什么样子的当你试图看到一颗行星围绕着一颗附近的恒星时，你会遇到一个可怕的问题那就是恒星比行星亮数百万到数十亿倍。因此，这颗行星将会消失在恒星的耀眼光芒中。那么，你是怎么做的?你可以间接地研究这些东西这是迄今为止人们研究的主要方法。你观察这颗恒星，寻找恒星光线的微小变化或者恒星位置的微小变化，这些变化告诉你那里有一颗行星，你可以做很多事情。这是令人兴奋的工作。首先，你可以发现这些恒星周围有行星。你可以开始辨别一些关于他们的气氛的东西，但你是有限的。 You really need to separate the light of the star from that of the planet, and then we can get into really doing the astrophysics of these objects.
本-所以，你需要找到某种方法来屏蔽那颗恒星?
本O -当然，是的。所以真正的技巧和我这些天主要研究的是一种叫做日冕术的技术，它本质上是为这颗遥远的恒星创造一个人工日食。这就像当你站在舞台上，或者在深夜，一辆车向你驶来，你会举起你的手，这样你能看得更清楚一点。我们用稍微精确一点的方法，用仪器观察遥远的恒星，试图看到它们旁边非常微弱的物体。现在，我有一个项目剑桥大学和Ian Parry一起合作我们造了一个仪器来做这个，我们经常在加州的Palomar天文台使用它。
你能不能照你说的做，在你和恒星之间放点东西，也许是一个大圆盘，把它放在望远镜和恒星之间?
本O -当然。事实上，其中一个技巧就是这样。你在离望远镜很远的地方放置一个大的——我们称之为——恒星份额。这是数万到数十万公里。问题是你必须非常小心地定位这些东西。有一些像这样的太空任务计划。例如，你甚至可以把哈勃太空望远镜放在一个单独的航天器上。这是一个很大的技术问题，当然，你现在必须协调两艘不同的宇宙飞船以及诸如此类的事情。所以我们尝试了一种更简单的方法我们有非常小的光学元件，1英寸大小的小玻璃片我们把它用在望远镜内部的照相机上，它和望远镜相连。
本:所以不是在光线到达望远镜之前打断它，而是调整望远镜实际接收到的光线，以抵消来自恒星的光线。
Ben O -没错。我们实际上是在一个非常非常精确的水平上操纵星光。你在恒星周围看到的眩光会被望远镜光学系统的任何缺陷放大，也会被你用来成像的相机放大。所以，我们必须非常小心地控制这些缺陷。在这些镜子上的一个几纳米的小凸起足以干扰光线，以至于你什么也看不见，甚至像木星一样，它是一颗围绕着遥远恒星的相当大的行星。所以我们必须非常非常小心地处理这些事情。正如你之前提到的恒星阴影的好处是，光线甚至不会进入望远镜，所以你开始时的情况要好得多。
这听起来像是一个很大的技术妥协，为了挡住你不想要的光。你能从地球上得到多少光?我想它一定很小。
嗯，你可能会认为这些东西非常微弱，但实际上，它们不是。在明亮的恒星周围，假设你正在寻找一颗行星的反射光——尽管木星的亮度大约是恒星本身的10的8次方到10的9次方倍，但就天文学家通常看到的那种东西而言，它并没有那么暗。如果你和宇宙学家交谈，他们看到的是非常微弱的东西，可能在几分钟内小于一个光子。与行星相比，你看到的东西非常微弱。行星本身的暗淡并不是它们难以研究的原因。是那该死的星光!
本:你能在这周围看到什么样的行星?你提到了木星的规模，正如你所说，这些都是非常大的行星。你能看到地球大小的东西吗?
很明显，每个人都想知道，那里是否有像地球一样的地方，如果有的话，那里是否有生命。多年来，我一直致力于定义科学目标，以及它们如何融入到一个名为类地行星发现者的任务的一些技术方面。它的目的是在太空中制造一个日冕望远镜，能够看到像地球这样的行星，在最近的100颗左右恒星周围。问题是，这些类地行星，如果它们真的像地球一样，它们会比恒星暗10的12次方倍。现在，你真的是在寻找和谈论大海捞针的问题。所以对于每10到12个来自恒星的光子，只有一个来自行星。所以这是个棘手的问题。我们现在能做的是温暖的，非常年轻的行星，有点像木星的大小。这些东西还是热的。它们太年轻了，还没有完全冷却到你所说的稳态温度。 And because they're hot, they're much brighter.
你能用同样的技术来屏蔽红外光和可见光吗?
本O -是的。事实上，我在帕洛马进行的这个项目只在红外线下运作。这样做的好处之一是，你可以想象其他类型的东西。例如，许多年轻的恒星周围都有碎片盘。这些尘埃可能在某些情况下，开始形成行星几年前，我们的一个发现是围绕着一颗叫做御夫座AB的恒星。它周围圆盘的奇妙结构似乎表明有东西在那里形成所以你可以看到圆盘上的一个小洞和一些团块，看起来可能有一些我们还没有完全看到的东西，刚刚开始吸积物质和形成，谁知道呢，也许像土星或木星那样的东西。我们得等很长时间才能知道那是什么。
本:那么，如果你能得到这些行星的相对广泛的光谱图，你不能看到因为太阳的眩光，我们可以开始推断一些关于大气的东西基于反射光吗?
本O -当然。事实上，这才是真正的科学所在。这里的科学就是把光分解，形成光谱，以此来测量亮度作为颜色的函数。当你这样做的时候，你可以检测到分子的存在，比如水，甲烷，二氧化碳，一氧化碳，甚至臭氧都可以被检测到。这正是我们想做的。这就是你如何真正了解它的物理性质，这就是为什么我们需要直接探测这些东西。有一些物体的光谱与夜空中的行星非常相似，它们就是褐矮星。这些东西有甲烷，水蒸气和二氧化碳形式的水，人们实际上可以研究这些并确定关于大气的各种事情。你可以确定风速，上升流，各种化学物质之间的不平衡，事实上，这可能就是我们在太阳系外发现生命的方式——通过寻找一些化学物质的不平衡，比如甲烷，水，氧。我们知道，如果所有生命都消失了，我们地球上的大气层将会非常非常不同。 This would be a very unpleasant place to live actually.
本，我假设褐矮星，它们本身是很迷人的东西，不足以成为恒星，有点太大了，不能被认为是气体巨星。我们不应该在那里寻找生命。
本O -可能不会。虽然这些东西周围可能有卫星，你知道，可能适合居住。我的意思是，其中一件疯狂的事情是，在地球之外，在我们自己的太阳系中，比如木星的一些卫星，比如木卫二，实际上可能是生命生存的好地方。那里有大量的水。在它冰冷的表面下可能有海洋，谁知道呢?也许那里有条鱼。你知道，我有一个梦想，有一个探测器被设计去那里融化一个洞。在梦里，他们打开摄像机，有一条鱼在回头看。这将是一个奇妙的发现!
本:也许是一个奇妙的发现，但对我们和可怜的鱼来说，这绝对是一个小小的震惊。这是美国自然历史博物馆的本·奥本海默(Ben Oppenheimer)解释的，他解释了小而精确设计的光学装置是如何抵消恒星发出的光的，从而使人们更容易看到围绕恒星运行的行星。
应对隔离-火星500
彼得·格雷夫，德国航天局
本:如果我们想在木卫二上钓鱼，我们首先需要克服很多技术上、生理上和心理上的挑战。为了了解与地球隔绝的长期任务对宇航员的影响，“火星500”邀请了一些志愿者在俄罗斯一个专门设计的设施中模拟这种体验。德国航天局的彼得·格拉夫解释了原因。
首先，我们试图找出什么是真正必要的，我们真正需要知道什么才能把人送到长期任务中，可能是去火星。问题是，你应该如何安排医疗方案，你应该如何安排这些任务的心理支持，你可以真正确保人们安全回来?
本-在此之前已经有一些较小的项目。到目前为止我们都看到了什么?
去年，我们做了一个为期3个月的任务来测试模拟器，测试在这3个月里为宇航员开发的程序。我们也做了一些实验从数据的角度来看是很有希望的。今年，我们从6月3日才开始。这是一个为期520天的任务，机组人员已经访问了火星。他们在模拟火星表面做了一些活动，现在他们正在回家的路上。看看接下来会发生什么是很有趣的因为他们现在必须改变他们的动机因为在他们到达火星之前，他们都很热衷于达到任务的目标，到达火星。但现在，他们又回来了。他们会非常期待与家人和朋友见面，无论如何，他们会再次看到阳光。但是要走很长时间，它们可能会在11月5日到达地球。让我们看看他们现在是怎么工作的。
本:他们的条件怎么样?它们到底被关在什么环境里?
Peter -模拟器位于莫斯科俄罗斯科学院生物医学问题研究所。它是几个容器的组合。它有180平方米，也就是550立方米的体积供这6个人使用。他们有可以做饭的住处。他们有训练区域，在那里进行体能训练。他们有一个医疗设施，在那里他们做所有的医学实验和干预，他们也有私人区域，每人3平方米，有一张小床，橱柜和桌子，所以没有太多的隐私。
本:这些人是谁?他们是训练有素的人吗?我们知道这些人是我们可能会派去执行太空任务的人吗?或者我们只是以一种更一般的方式来做这件事，试图了解人类对此的反应?
实际上，这些志愿者是最终从5000人中挑选出来的。目前在这次任务中，有三名俄罗斯机组人员，一名中国机组人员，还有两名欧洲航天局派出的机组人员，他们也为这次任务做出了贡献。这些人来自法国和意大利。他们是在执行任务前通过心理测试选出来的，同时，为了找到最适合这项任务的机组人员也进行了广泛的医学测试，他们在执行任务前也进行了一些训练，与他们一起建立一个团队。事实证明，这个选择是非常好的，因为这六个人在完成他们的所有任务方面都做得非常好，作为一个团队，他们的工作非常非常到位。他们在进行大约100个实验方面做得很好。
本，我想这样的项目本质上是告诉我们如何找到合适的人来完成这样的任务。所以，现在的心理侧写是基于我们认为正确的但我们以前从未把人送到这种情况下可能需要重新评估我们在把他们送到火星之前在他们身上寻找的是什么。
彼得:没错。我们需要学习如何挑选人在使命，不只是选择出不合适的人，这实际上是参与其中的心理学家面临的挑战他们试图找出如何为这类团队挑选人。当然，我们必须承认，目前开始这些任务真的很冒险，我怀疑我们今天是否有能力把人送上火星。
本:到目前为止，我们对这种情况下的人有什么了解?
这个任务一方面是模拟飞往火星的飞行，但我们也可以把这个实验装置当作一个真实的实验因为我们有一个独特的情况，你有六个人在一个非常受控的环境中很长一段时间。所以对很多科学家来说，这是一个有趣的实验装置，因为他们可以精确地研究某些问题。我们有一位研究者对日常饮食中的盐摄入量和血压之间的关系很感兴趣。他实际上能够证明，如果你减少日常饮食中的盐摄入量，血压就会下降，即使是健康的志愿者。这在以前并没有被精确地描述过。
再过200天左右，你的6名志愿者就会出来。那么我们需要做些什么呢?我们需要如何向他们学习?关于已经发生的变化，我们需要研究什么?
彼得:我个人相信，在我们真正登上火星之前，我们会看到几次类似的任务，而且我们还有足够的时间去火星，因为我们最早的机会是2033年，然后再往后18年，所以我们有时间去考虑和准备。当然，我们会对收集到的数据进行非常认真的分析，我们也会尝试以跨学科的方式进行分析，这样我们就能真正涵盖从心理学到生理效应，以及叙事效应的各个方面。我们会从人们那里听到很多故事，当他们最终出来，告诉他们真实的感受和他们的经历。有很多东西要学。
来自德国航天局的本-彼得·格拉夫讲述了火星500号希望如何回答阻碍我们访问我们的天文邻居的一些悬而未决的问题。
从太空看太阳系
我是卡内基研究所的克里斯·斯塔克
本——我们之前已经在《裸体科学家》中报道过系外行星的发现，但是对于一个额外的太阳观察者来说，我们的太阳系会是什么样子呢?金宝搏app最新下载华盛顿卡内基研究所的克里斯·斯塔克博士一直在努力寻找答案。
克里斯:嗯，如果我们回到故事的开头，你知道，很多人认为太空是真空的。事实上，在我们的太阳系中，它并不是完全真空的。我们的太阳系中碰巧有很多尘埃，尤其是在地球附近，我们已经探测到了这些尘埃。我们可以通过太阳反射的光线来拍摄尘埃的图像如果我们看红外线，它实际上非常明亮。地球附近的尘埃，我们称之为黄道云，事实上，你可以在晚上用肉眼看到它。我们认为，这些在地球附近出现的尘埃实际上是在小行星带中产生的，是由飞过太阳的彗星造成的。但我们知道太阳系中还有另一个天体储存库在冥王星轨道附近的外围区域，这个储存库，我们称之为柯伊伯带盘。从本质上讲，合乎逻辑的结论是，我们会认为柯伊伯带的物体也会发生碰撞，并产生大量的小尘埃颗粒。虽然我们还没有直接拍摄到柯伊伯带尘埃的图像，但已经有几个任务带着尘埃计数器飞到了太阳系的外部区域。所以，我们有一个粗略的想法，那就是那里有尘埃，有多少尘埃。 And in fact, we believe that there's so much dust that if you were to image our solar system from afar, that dust would be one of the most easily imaged features of our solar system especially if you're to look at the infrared.
所以问题是，我们知道柯伊伯带产生了很多尘埃，但我们真的不知道它是什么样子。所以，如果我们想要探索太阳系在一个额外的太阳观察者眼中是什么样子，我们就必须依靠理论来推断柯伊伯带尘埃的样子。这就是我的切入点。最近，马克·库奇纳(Mark Kuchner)和我制作了一些新的模型来预测这些尘埃的分布情况。这些产生的理论模型必须包括某些动力学效应。尘埃颗粒受到扰动。它们的轨道受到行星引力的影响而改变，如果有足够的尘埃，实际上，两个尘埃颗粒可以相互碰撞。所以，如果你想建立一个柯伊伯带尘埃盘的模型，这个模型既包括与行星的引力相互作用，也包括尘埃颗粒之间的碰撞，那么你就必须做我们所说的n体积分。
人们认为非常令人生畏的问题是柯伊伯带中有如此多的尘埃颗粒，以10的20次方或高达10的30次方的顺序，人们认为以目前的计算能力根本没有办法做到这一点。所以，要建立一个既包括尘埃颗粒之间的碰撞又包括引力动力学的模型，这是非常非常具有挑战性的。幸运的是，Mark Kuchner和我想出了一个工具，基本上可以让我们完成这个任务，我们称这个工具为碰撞梳理算法。基本上，我们所做的就是建立一个忽略碰撞的尘埃盘模型我们把这个问题的所有引力动力学都考虑进去了。然后我们要做的就是对这个不包括碰撞的尘埃模型进行“梳理”，直到它看起来像它应该看起来的样子，如果碰撞首先被包括在内的话。
本:那么，我们太阳系里的尘埃分布到底是怎样的呢?它是均匀的还是有条带的?会有结块吗?如果我们真的是太阳系外的一个物种，我们会看到什么呢?
克里斯-对。所以，如果你从远处观察我们的太阳系，你会看到的最显著的特征可能是我们所说的共振环结构，这是海王星最终在柯伊伯带尘埃云中形成的。基本上，海王星选择性地将尘埃颗粒放置在特定的轨道上我们称之为平均运动共振轨道，它所做的是创造了一个巨大的环太阳结构，它一直围绕着太阳，它的半径大约等于从太阳到海王星的距离。它还会在环内产生一个间隙。所以，如果你是一个太阳系外的观察者，你首先会注意到的是这个共振环，共振环的间隙会告诉你海王星在哪里，甚至可能告诉你海王星的质量，即使海王星太暗了，无法直接探测到自己。
现在这只是一个建模阶段，但是你可以用你的结果来告诉人们应该做什么观察。为了让你的模型更好一点，你现在需要在现实中看到什么?
克里斯-如果能证实我们预测的海王星环结构的存在，那就太好了。要想看到海王星轨道附近的尘埃，你必须先看到太阳系内部所有的尘埃。所以，我们提出了一个可行的方法，那就是，不要仅仅试图探测尘埃的图像，而是寻找一个交替的或裸露的图像。换句话说，寻找我们预测的不对称性，并在它们移动时寻找这些团块。
本:建模的优点之一是，你可以在时间上向前滚动，也可以在时间上向后滚动，并根据你的模型做出预测。我们认为太阳系本质上一直是这样的吗?
克里斯-事实上，没有。我们认为它已经发生了很大的变化。在过去，柯伊伯带的质量要大得多，我们认为随着时间的推移，它已经被碰撞侵蚀了。所以在过去，这意味着由于它的质量更大，有更多的尘埃，这意味着尘埃颗粒之间的碰撞发生得更频繁。因此，我们所能做的就是调整我们的模型，看看数十亿年前尘埃分布的样子。我们的发现非常令人惊讶。事实证明，当你回到一个更大质量的圆盘时，首先发生的一件事就是海王星的共振环结构消失了。如果你是一个额外的太阳观测者，在太阳系非常年轻的时候观察它，你不会看到这个在海王星附近有间隙的环太阳环。相反，你会看到的是一个非常圆对称的环，它基本上只是在追踪柯伊伯带天体的位置和分布，这些天体正在碰撞，产生尘埃。基本上，海王星的引力印记消失了。
本:那么，你的下一个阶段是什么?你研究的下一步是什么?
克里斯-天文学家已经在其他恒星周围发现了环状结构，但到目前为止，所有这些被发现的环状结构都围绕着非常年轻的恒星。这意味着我们不一定能看到我之前描述的引力印记或共振环结构。相反，你所看到的本质上是尘埃在追踪母体的分布。所以我们感兴趣的一件事是试图模拟观测到的其他恒星周围的环结构，看看我们能从这些系统中母体的分布中了解到什么。
本·克里斯·斯塔克解释了海王星是如何从遍布太阳系的尘埃云中投射出独特的光环的。
脉冲星数据中的碰撞黑洞
与马克斯普朗克研究所的Evan Keane合作
本脉冲星是恒星的残骸，它们快速旋转并产生独特的射电脉冲。研究人员正在大量的数据中寻找这些能说明问题的重复模式，有时，他们会遇到意想不到的事情。我采访了德国波恩马克斯·普朗克研究所的埃文·基恩。
埃文:嗯，我一直在参与寻找脉冲星的调查，以回答一些问题。一个很重要的问题是星系中有多少脉冲星?对于天文学家来说，它曾经是恒星。知道有多少脉冲星是非常重要的脉冲星是非常极端的恒星。
本-你在找什么?签名是什么?
埃文:我们使用非常大的望远镜，比如在乔德雷尔滩的洛弗尔望远镜。我们以常规的人类标准收集大量数据。举个例子，我搜索过的一些被认为很小的调查，你需要搜索几tb的数据，而现在，我们谈论的是pb，也就是100万千兆字节。我是说，我们基本上是在大海捞针。很多工作都是为了对这些数据进行非常聪明的分析，试图想出新的技巧。
本:那我们知道有多少脉冲星?
埃文-目前已知，大约有2000颗脉冲星。应该不止这些。通常，它们被描述为像时钟一样。所以，我们在寻找一个有规律重复的信号我们可以用很多数据分析技术来调整这些信号，任何像这样的周期性信号，我们都能找到。有很多研究使用这些家伙作为非常精确的时钟，“太空超级时钟”是我们可以用于许多实验的理想工具，这是我感兴趣的一件事。我最近一直在研究的一件事是那些不太可靠的脉冲星，所以我们得到一个脉冲，然后它们就安静了——它们的脉冲大约是100个。所以它们大多是关闭的，但有时当它们打开时，它们会很亮。
我通过脉冲星调查，寻找这类物体因为它们没有出现在标准分析中有很多很多脉冲星数据没有被搜索到这类信号。在搜索过程中，我发现了一个特别有趣的信号。这是一次只持续了7毫秒的脉冲，所以时间不算长，而且它的推断距离也相当远。事实上，它在银河系之外，这是有趣的事情。
我听到一个脉搏怎么知道?当某个东西，脉冲星或其他光源发出一些光，它向我们走来，它以光速传播，但它实际上是有延迟的。所以光线照射在物体上。我们和源头之间的隔阂会减慢它的速度。事实证明，高频发射在低频发射之前到达如果你测量这个延迟，你可以计算出它走了多远。如果你算出我找到的这个特殊的源，你会发现延迟比它穿过整个星系时可能发生的最大延迟要长得多。所以，其余的延迟一定是来自银河系之外的东西。有许多来源的理论论文应该这样做。黑洞湮灭应该会产生这样的爆炸。马丁·里斯在1977年发表了一篇漂亮的论文，他预测了一个湮灭的黑洞会是什么样子，它看起来就像这样!
本:那你觉得那个信号是从哪里来的?它是一个正在湮灭的黑洞还是一颗脉冲星目前只发出非常强的脉冲?
埃文-这主要取决于它有多远。我们要确定震源的距离。如果我们接近这个光源，我们会发现它真的非常非常亮。事实上，它太亮了，不可能是脉冲星。所以如果它像我说的那么远，它就不是脉冲星。所以我一直在尝试打破这个距离的标准模型。我们认为我们知道银河系中有多少物质，我只是在想，“好吧，假设我们错了——我们完全错了。”假设它是我们星系边缘的一颗脉冲星，这意味着它是一颗脉冲星，就像蟹状脉冲星一样偶尔会发出非常响亮，非常强烈的爆发。如果这个源是脉冲星，我们会看到很多脉冲。这就是为什么我上周在澳大利亚用帕克斯射电望远镜观察了这个家伙10个小时，寻找一些脉冲。 I haven't seen any which is good. Either result would've been good because seeing some pulses will tell us a model which we thought we understood to be correct is wrong and that there's a weird pulsar at the edge of the galaxy, that's one scenario which is interesting. Second scenario is one model that we thought was correct is correct which is always nice, and that we've detected this extra galactic burst of quite a significant interest.
本:那你下一步打算做什么?你打算怎么跟进这件事呢?
艾凡:嗯，我也无能为力。这个信号发生在10年前。脉冲星研究人员，他们收集了太多的数据以至于无法分析，因为他们想提前计划。这意味着在实际发生的时间和在数据中被注意到的时间之间存在滞后。从某种意义上说，这是不确定的，因为我只能说有一个非常强烈的爆发，它似乎来自遥远的地方，因为所有这些原因。我认为很有可能是这样的。但在未来，这些事件应该会更加普遍。如果我们能监视整个天空，我们应该每天都能看到。但希望现在，在当前或下一代的望远镜中，我们可以更加实时。我们想要尽可能多地探测到——人们在x射线和伽马射线望远镜中用所有其他波长来探测。 They send alerts to everyone on earth saying, "Something just went bang. Everybody look there" and we want to do that.
马克斯普朗克研究所的Ben - Evan Keane解释了为什么需要快速行动来研究非常短的无线电信号，并可能识别碰撞的黑洞。
宇宙的热史
与Kavli宇宙学研究所的George Becker合作
气候学家和地质学家已经开发了许多方法来估计地球上的温度，可以追溯到很久以前的地球历史，但是天文学家想知道整个宇宙的历史温度，可以追溯到130亿年前。Kavli宇宙学研究所的研究员George Becker利用类星体发出的光来解读宇宙的气候学历史。
George:这个宽泛的问题真的很宽泛，那就是星系是如何在早期宇宙中形成的，然后这些其他的东西是如何从我们生活的气体和暗物质中形成的。占据宇宙大部分的是这个非常非常薄的暗物质和气体网络，我们称之为星系间介质。如果你能看到它，它看起来就像蜘蛛网或海绵。我们相信，随着时间的推移，大爆炸后出现的微小变化，随着时间的推移，通过它们在重力作用下坍缩的方式，形成了这个物质网络，在这个网络中，形成了星系。所以，这是一个包含了宇宙中所有物质的系统，星系就是从这个系统中形成的。它是动态的，随着时间而变化。发生的一件事是它从电子中性变成了被电离。中性的意思是它和这个房间里空气中的气体很相似。气体是由原子组成的，这些原子有电子，电子是附着的。但当你进入太空时，情况就变了尤其是当你进入星系之间的区域时，如果你发现一个原子，很有可能它没有电子。 It would've been knocked off a long time ago by some energetic photon. And that's the way the universe is today. It's spread out in this network of material that is very, very highly ionised. And the question I'm addressing is, how did it become that way? How did the ionisation happen?
本:我想，因为我们知道，为了电离，它们必须在某个时刻与光子相互作用，我们可以利用离子本身来了解宇宙的历史。
乔治:是的，完全正确。如果你知道这个电离过程是如何发生的，那么你就会知道，比如说，什么时候星系已经走得足够远，已经形成足够多的光子来完成这项工作。同样，类星体在这种混合中也很重要，因为事实证明，所有这些气体主要是两种元素中的一种。要么是氢氢是这种气体中含量最多的部分，然后还有氦。我们相信星系是电离氢的原因，但需要类星体才能电离氦，原因是氦原子有两个质子它们能更好地抓住电子，你需要能量更高的光子有足够的能量把那些电子撞下来。所以我们相信是类星体电离了氦这就是我所看到的电离过程的阶段。
本-我想我们不能直接观察到这些相当罕见的离子本身，而是必须使用来自远处的光。在你的例子中，你在看类星体，但你怎么做呢?你需要做什么观察?
乔治:没错。类星体在这里扮演着两个角色。第一，它们提供了我们认为对物理学很重要的光子，第二，它们作为背景光源。所以我们要做的就是观察这些类星体星体发出的光穿过星系间介质——所有这些气体——气体吸收了这些物体发出的部分光。事实上，每当光穿过气体云时，它就会失去一些光子。所以，当它到达我们的时候，它读起来就像自动收报机或条形码一样关于气体在哪里的信息，以及它是由什么组成的都编码在类星体光本身中。
本:那一定是一项艰巨的任务。例如，你如何分辨一团气体云是离你很远但很大还是离你很近但很小?
逆函数在这里通过扩展帮了我们大忙。当光子被发射出来的时候，那是很久以前的事了，宇宙是非常非常拥挤的任何两点我们都比现在靠得更近。所以你可以想象，类星体释放出一些光子这些光子开始向我们传播，在这个过程中，宇宙不断膨胀。光子也会膨胀。只有当光子的长度或频率非常特殊时它们才会被吸收，它们会进入气体云，被气体云吸收。宇宙的膨胀延伸了类星体的光我们可以从地面上观察到的波长读出或者说从光子被吸收的时候宇宙延伸了多少。这听起来有点复杂但最终的结果是我们得到了来自类星体的光我们可以读出一系列的吸收特征，吸收特征越红，它被吸收得越远。
本:那么使用这种技术，读取类星体的条形码，你对宇宙有什么了解呢?
乔治-是的。宇宙有一个有趣的气候历史，你可以从大爆炸开始，那时它非常热。我们说的是数百万度，但在大爆炸后不久，温度确实变得相当低。宇宙的温度会降到几十或几百开尔文。当第一个星系被点亮时，我们不知道因为我们无法测量那么远的温度，但我们相信当星系被点亮时氢的再电离发生了，你会得到大约20000开尔文的温度。它可能高得多，也可能低得多。然后宇宙会再次开始冷却直到我们看到的氦再电离发生。在那里，理论上的期望是你会再次得到提升，比如说，再增加10000开尔文。所以你可能会冷却10000 k -这听起来热,比太阳表面的温度,说,20000开尔文,和宇宙开始降温后再因为它没有再加热源,然后奇怪的事情发生在最近的过去这些表崩溃的气体开始冲击和热非常有趣的方式,但这是一个不同的过程。
本:所以只要观察这些电离气体，你就可以推断出很多关于星系形成、星系进程的信息，而不仅仅是关于气体本身的历史。
乔治:我们刚刚开始能够做出这样的推断。氦的这个过程确实涉及到类星体类星体生活在星系中我们知道类星体的形成是黑洞它们吞噬了星系的内部并释放出大量的辐射，这些黑洞与星系的发展密切相关。它们以某种方式存在于其中。所以把类星体是如何形成的，黑洞是如何形成的，星系是如何与周围环境相互作用的，我们称之为星系间介质，这些都是得到完整图景的一部分。
剑桥Kavli宇宙学研究所的Ben - George Becker解释了如何理解再电离有助于填补宇宙历史上的空白。
42:34 -交流天文学
天文学交流
马克·汤普森，诺维奇天文学会主席
本-天文学家应该如何交流他们的工作?马克·汤普森是诺里奇天文学会主席。他是英国广播公司“One Show”节目的常客，最近，他与布莱恩·考克斯教授和喜剧演员达拉·奥布莱恩一起参加了“观星生活”节目。在今年的全国天文学会议上，他把自己的演讲技巧展示给了一个新的听众，那就是天文学学者。
马克:我要解决的问题是关于天文外展的。在我看电视、听广播、看杂志的时间里，科学总是有一个问题。将科学传播给大众是一件非常困难的事情，所以，我正在努力看看我们如何才能真正做到这一点，让更多的科学传播给公众。
本:看来你的时机有点不合时宜，因为据我所知，科学在电视上的公众形象可能从来没有这么好过。我们有像Bryan Cox, Dara O'Briain这样的人，一个非常受欢迎的喜剧演员，他也在推广科学，这是黄金时段的节目，那么你的问题是如何解决的呢?
马克:我认为答案就在那里，但我想做的是把答案告诉学术界，因为我认为你说得很对。天文学在媒体上得到了极大的报道，不仅是地方媒体，而且是国家媒体。现在它得到了很好的报道。我们已经有了太阳系的奇迹，宇宙的奇迹，当然还有观星直播，所以它有一些精彩的电视节目，但它真的是在努力教育人们如何更好地与公众接触，并试图让他们更多地接受这些信息。
本-传播他们的科学真的是科学家的职责吗?他们显然有资金来做他们的工作，在这种情况下是关于天文学的，或者是任何可能发生的科学。当然，通过鼓励他们花更多的时间交流，你实际上会减少他们花在研究上的时间。
马克:这是一种很好的平衡，我认为传播科学的方法——是的，当然，有些人可以做演讲者，可以展示信息，但我认为，要让观众接受这些信息，你需要一些有经验的人，一些受过教育的人。不一定是教育背景，而是在他们所谈论的主题上有一定的地位。所以我认为你不能用Dara作为例子因为他有理论物理学位。但如果你用一个普通的电视主持人来做一个科学节目，我认为它会失去一些东西。我不认为人们也会接受它，因为他们没有从一个有经验的人那里得到信息。我认为这是关键。
本·帕特里克·摩尔，当然是另一个例子他不是在学术领域，而是业余天文学家他在学术界和公众中都很受尊敬，因此他是一个很好的演讲者。
马克:是的，这是非常困难的，因为科学家处理一个问题的方式和大众处理一个问题的方式之间存在着巨大的鸿沟，他们之间存在着巨大的鸿沟。而是知道如何获取和转化信息。所以这一切的关键是转化科学信息——这是秘密——把科学信息转化为公众能接受的东西，我认为这是关键，你说得完全正确。帕特里克·摩尔是一位经验丰富的业余爱好者，他为科学做出了令人难以置信的出色贡献。
本:那么科学家需要做什么呢?你认为他们应该如何着手弥合这一差距?
马克:我认为关键的一点是不要太担心“在科学上作弊”。我认为有很多人担心过分简化科学信息，几乎改变它，使其略有不同，但你要记住，有时科学信息不是你可以改变它的原始状态，使其成为公众能够理解的东西。所以你必须改变，你必须接受这个信息必须改变和变形，有一点点不同的价值观，有一点点不同的信息，但仍然忠于核心主题。但是它必须改变，这就是技巧，我认为如果你能做到这一点，还有一点哗众取众，因为你知道，优秀的老报纸记者，编辑，电视导演，他们想要一些东西来卖报纸，让人们打开电视，和他们谈论一个无聊的科学主题，不管它对你来说有多有趣，都不会卖报纸或让人们打开电视。你必须让它引起媒体的兴趣，一旦你做到了这一点，你就可以把信息传递出去，这样人们就能理解它。
Ben:学术界是否对那些稍微耸人听闻的人，或者那些很高兴把一些科学中从来没有真正存在过的东西以确定性的方式发表出来的人，有一种耻辱?
马克:有危险。我不是学者，我来自业余天文学背景，所以我不是学者，我必须强调这一点。我认为有些人肯定会有这样的想法。你知道，我想有一种担心是一个学科正在被简化，它正在被改变，这不是科学的目的，这是绝对正确的。当然，这就是正在发生的事情，但两者可以共存，我认为这是非常重要的，因为否则，如果你不改变它，公众就不会理解科学，我认为这是关键。最终的目的是让公众了解科学，毕竟，如果公众想要更多的科学，那么政府可能会提供更多的资金，如果他们意识到科学的重要性，实际上这意味着你可以做更多的科学。所以有一个非常重要的流程，一个科学家做了一些研究，把信息告诉公众，公众想要更多的科学，所以，你知道，你可以做更多的科学，因为有更多的支持，这就是它的全部。
本-马克·汤普森，诺里奇天文学会主席。
火星地球仪和天文学的历史
惠普尔博物馆的Josh Nall
本:我们已经听说了当前的天文学研究和交流的重要性，但对我们来说，了解过去天文学是如何被理解和交流的也很重要。我去了剑桥的惠普尔科学史博物馆，见到了乔希·纳尔，我想知道地球仪是如何告诉我们一个关于我们对太阳系的理解的故事。
乔什-我们在惠普尔博物馆的上层画廊。传统上，这是博物馆用来举办特别展览和临时展览的空间。我们在这里放的最近的一个是博物馆非常广泛和令人印象深刻的地球仪收藏的展览。
本:我们能从观察地球仪中学到什么?
乔什:它们代表了天文学的一个方面，我们可能经常不会想到这是天文学的一个受欢迎的、公开的方面。它们不是典型的大型望远镜。它们代表了天文学消费的物质文化，所以我认为它们在这个意义上很有趣。它们特别有趣的另一个原因是——尤其是在这些地球仪的例子中——它们的作用是它们可以作为对我们传统故事的一种挑战。以火星为例，有很多关于火星的著名故事，尤其是我感兴趣的关于火星上是否有运河的争论。地球仪是一个有趣的方式来看待这个故事，看看你是否能把地球仪放在这个故事里，我发现在某种意义上你不能。因此，这些地球仪是对传统火星故事的一种很好的挑战。
Ben:现在我们来看看你展示的火星地球仪，这里有五个不同的地球仪，如果不是因为标签，我不知道这些地球仪应该显示的是同一颗行星。
乔什-是的。我的意思是，这是他们最了不起的地方之一。它立刻打动了你，我认为这是一个非常棒的收藏。你完全正确。他们看起来，他们五个看起来都很不一样。也许，你能看到的它们之间唯一可能的相似之处是它们都倾向于一种橙棕色的色调。除此之外，他们在他们身上标记的特征看起来非常非常不同。如果我们看看这些地球仪，这也是在很短的时间跨度内发生的。如果我们看一下在太空时代之前的三个地球仪，第一个是1873年的，下一个是1898年的，下一个是1913年的。所以你看到的是40年的跨度，真的，它们是完全不同的，每个地球，这对我来说绝对是迷人的。 And one of the things that drew me to this and made me want to discover - why were they made, and what are they depicting, and who is making them? And of course, who was consuming? Who was looking at them?
本，这些是针对谁的?这些是为了让科学家把他们看到的标记出来，然后再检查吗?它们是供大众消费的，还是供更有鉴赏力的、或许更富有的客户使用的，只是作为艺术品?
乔什:嗯，我认为每个地球仪的目标受众都略有不同。如果你看一下1873年的第一个，它早于运河的概念。1877年，一位意大利天文学家首次提到了运河。所以，这个比他们更早的地球仪是一个非常有趣的人工制品，就在这之前，第一次，火星开始被连贯地绘制出来。所以，我们需要了解的是，火星处于维多利亚时代望远镜分辨率的极限。即使在最好的条件下，也很难观察到它。现在，这个地球仪是第一个放置并体现火星连贯地图的地球仪之一，我想在某种程度上，这就是制作这个地球仪的原因。这幅地图出自维多利亚时代一位非常著名的人之手，你可能会认为他是天文学的普及者，他叫理查德·普罗克特。他收集了威廉·拉特·道斯牧师的大量图纸他在火星观测团体中被认为是一个特别好的观察者和绘图员，他整理了所有这些图纸并绘制了一张连贯的地图。
本:在此基础上，我们可以看一下其余的作品，看看细节，名字，结构，对比是如何变化的，奇怪的是，变化似乎相当大。事实上，最近的全球地图是1978年的似乎丢失了很多细节。
乔什:没错。我的意思是，1877年之后，夏帕雷利谈到了这些运河。天文学界有一些人认为，火星上可能有运河，这是火星上存在外星生命的潜在证据。这对我们来说可能听起来很奇怪，但在当时绝对不是这样。Camille Flammarion, 1898年委托制作了第二个地球仪的地图，根据Schiaparelli的建议，他跳上了运河他在巴黎郊区建立了自己的天文台专门用来观察火星，他制作了这个地球仪。我们可以看到，这个地球仪比之前的地球仪有更多的细节，这些细节特别是很多笔直的暗线，Flammarion认为，这些可能是火星上有智慧生物建造水道的证据。这是一个稍微有机的表面，Flammarion稍微对冲了他的赌注，这与我们的下一个地球仪不同，这个地球仪采用了Flammarion的模型，这些直线把它变成了一个绝对完全的线性结构。这幅画是一位我们知之甚少的丹麦艺术家画的，一位卧病在床的丹麦艺术家手绘的她是根据著名的美国画家珀西瓦尔·洛厄尔的地图绘制的。他是一个非常富有的商人，一个有兴趣的业余科学家。因此，他在亚利桑那州的弗拉格斯塔夫建立了自己的天文台。 The observatory is still there and now, he absolutely believed that the canals were definite evidence. They are ruler straight on his maps and they're connected by nodes and the nodes he said were the main habitations for the Martians. And so, this globe was made by this artist, Ingeborg Bruhn. It was her way of kind of distributing what she thought was a true representation of Mars.
本:再往前走60年，我们有一个1970年的地球仪。当然，到目前为止，我们有更好的望远镜，我们已经进入了太阳系。这个地球仪告诉我们什么?
这个地球仪可能是美国宇航局第一次火星任务的后日期。显然，我们对火星的兴趣还在继续。甚至运河的想法也没有消失。天文学的历史有时写得好像它消失了一样。公众对火星的兴趣仍然很强。美国国家航空航天局非常渴望向火星发射探测器，以便能够近距离拍摄图像。在60年代中期，水手3号和4号被派去做这件事，水手4号能够飞过火星并发回火星表面的特写照片。现在这些图像非常有限，但它们确实表明没有火星人的迹象——没有城市，没有运河，而且它似乎是一个干旱的坑坑洼洼的表面，上面有很多陨石坑。这个地球仪的制作是为了展示这个特征，我认为有趣的是它们保留了火星有很多有趣和新颖的表面特征的想法。地球上有很多反差，有很多陨石坑、地貌、高山和火山。 I think it's kind of hanging on to this idea of Mars having all of these interesting novel features on its surface. That idea doesn't last that long. If we then look at the next globe which is made in 1978, so probably about 10 years after this globe, this is made after Mariner 9 which is the first space probe that was actually able to orbit Mars and that sends back images of 100% of the surface. And it's only then when it really hits home that Mars is quite different from a lot of these previous ideas, and in fact, it's actually quite a featureless, in many ways, planet. It seems to be very flat, very arid, very rocky, but it does have a small number of really rather spectacular and huge features - giant craters, the remnants of what appear to be river beds, there are volcanoes. And so, this globe is a topographical globe that actually shows the 3-dimensional features of the Martian surface.
本-乔什·纳尔解释了地球仪如何帮助填补我们对天文学历史的理解。
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