北京天文館奇妙的星空講了什麼（大科學裝置天文館）

2023-07-11 03:20:21

電視劇《三體》正在熱播，在北京正負電子對撞機、國家天文臺密雲站等地拍攝的場景讓觀眾頗為驚喜，覺得有真實感和現場感。

這些畫面中出現的大科學裝置和觀測站點是如何建設和運行的？如今又取得了哪些科研成果？

北京正負電子對撞機

在劇中，研究納米材料的主人公汪淼為物理學家楊冬拍了一張照片，當時楊冬旁邊「良湘加速器」的取景地便是中國科學院高能物理研究所的北京正負電子對撞機。

《三體》劇中，楊冬被拍照時，其身後正是北京正負電子對撞機的直線加速器。電視劇截圖

微觀世界是由基本粒子組成的，正負電子對撞機就是用來「抓捕」粒子的工具，以尋找新粒子。20世紀50年代，歐美相繼建設了各類高能加速器。但由於歷史等原因，中國的「北京正負電子對撞機」建設幾度擱淺，曾經歷了「七上七下」的波折。

1988年10月，北京正負電子對撞機（BEPC）建成，開啟了中國基於正負電子對撞機的高能物理實驗研究。它坐落於北京西郊八寶山東側，佔地5萬平方米，由直線加速器、輸運線、儲存環、北京譜儀和同步輻射裝置等五部分組成。除工程改造及檢修時間外，這裡的正負電子對撞實驗晝夜不停。

北京正負電子對撞機的外形像一個羽毛球拍，長長的「球拍柄」就是200米長的直線加速器，用於為儲存環提供能量為1.0-2.5GeV的正、負電子束。在電視劇中，楊冬被拍照時其身後正是直線加速器。

安裝完成的直線加速器。圖/中國科學院高能物理研究所網站

據中國科學院高能物理研究所於程輝研究員介紹，北京正負電子對撞機的主要科學目標是開展τ輕子與粲物理研究。自1990年運行以來，它取得了一批在國際高能物理界有重要影響的研究成果，如：τ輕子質量的精確測量、20-50億電子伏特能區正負電子對撞強子反應截面（R值）的精確測量等。同時，它又可作為同步輻射光源提供真空紫外至硬X光，開展凝聚態物理、材料科學、生物和醫學、環境科學以及微細加工技術等交叉學科領域的應用研究，實現了「一機兩用」。

2003年底，國家批准了北京正負電子對撞機重大改造工程（BEPCII）。改造之後的BEPCII是粲物理能區國際最先進的正負電子對撞機，同時保留了高性能同步輻射裝置的功能，自運行以來主要開展粲物理研究，在多夸克態、膠球、混雜態的尋找和特性研究領域取得了重要突破。

記者注意到，在多年來的中科院公眾科學日活動中，北京正負電子對撞機的中央控制室等設施一直向公眾開放，讓愛好者和青少年也有機會走進這樣的大科學裝置。

國家天文臺密雲站、中國衛通北京地球站

劉慈欣的《三體》小說中寫道：「汪淼驅車沿京密路到密雲縣，再轉至黑龍潭，又走了一段盤山路，便到達中科院國家天文觀測中心的射電天文觀測基地。他看到二十八面直徑為九米的拋物面天線在暮色中一字排開，像一排壯觀的鋼鐵植物，2006年建成的兩臺高大的五十米口徑射電望遠鏡天線矗立在這排九米天線的盡頭……」

在電視劇第五集中，也有汪淼到北京近郊的射電天文觀測基地，看整個宇宙為他「閃爍」的情節。《三體》電視劇官方微博表示，該劇曾到國家天文臺密雲觀測站取景。

國家天文臺密雲觀測站坐落在密雲水庫北岸，周圍環山。國家天文臺官網信息顯示，觀測站始建於1966年，曾建設有太陽多天線幹涉儀、米波綜合孔徑等望遠鏡設備，進行射電波段的太陽活動、銀河系射電星普查、行星際閃爍等方面的科學研究。

1985年，由28臺口徑9米的拋物面天線構成的綜合孔徑射電望遠鏡在密雲建成，天線陣全長1164米，從1973年提出研製方案到射電望遠鏡建成，歷時整整12年。該天線陣填補了我國綜合孔徑射電望遠鏡領域空白，後被應用於行星際閃爍觀測、脈衝星觀測、太陽活動觀測和射電源米波巡天等工作。

2004年，中國正式開展月球探測工程，密雲站成為重要的科學數據接收臺站。現有50米、40米口徑射電望遠鏡，執行探月工程及深空探測任務地面應用系統的數據接收和VLBI測定軌工作。之後密雲站將繼續執行探月工程四期、小行星及太陽系邊際等深空探測任務，為中國探月工程和深空探測做出更大貢獻。據悉，50米口徑射電望遠鏡天線高56米，總重680噸，由結構、饋源和伺服控制三部分組成。

不過值得注意的是，在電視劇第五集的開頭，汪淼到達射電天文觀測基地後下車與沙博士對話的地方，並不是國家天文臺密雲觀測站。

《三體》劇中的射電天文觀測基地。電視劇截圖

中國航天科技集團發微博「認領」稱，劇中的大天線取景地有數十口「大鍋」引人注目，它位於北京市海澱區後廠村路的中國衛通北京地球站。這裡是其員工工作的地方，「通過這些『大鍋』，我們和天上的衛星進行聯絡。比如衛星電視節目的傳輸，就離不開這些『大鍋』。簡單地說，中國衛通為電視臺搭建好傳輸電視節目數據的信道，電視臺在節目製作好後把節目內容轉換成一系列的電子數據，通過『大鍋』發送到衛星上，衛星接收之後再把節目發送到千家萬戶。」

中國衛通北京地球站。圖/中國航天科技集團官方微博

北京天文館

同樣在電視劇《三體》第五集中出現的，還有為公眾所熟悉的北京天文館。劇情中，汪淼來到這裡借3K眼鏡。月光下，老館標誌性的穹頂讓人覺得親切，正門外牆上方「北京天文館」幾個大字熠熠生輝。

《三體》劇中的北京天文館場景。電視劇截圖

北京天文館坐落於西城區西直門外大街，於1957年正式對外開放，是我國第一座大型天文館，也是當時亞洲大陸第一座大型天文館。

小說中，在射電天文觀測基地工作的沙瑞山稱，「3K眼鏡是我們為首都天文館做的一個科普小玩意兒。現在的技術，已經能將彭齊阿斯和威爾遜在四十多年前用於發現3K背景輻射的二十英尺的喇叭形天線做成眼鏡大小，並且在這個眼鏡中設置一個轉換系統，將接收到的背景輻射的波長壓縮七個數量級，將7釐米波轉換成紅光。這樣，觀眾在夜裡戴上這種眼鏡，就能親眼看到宇宙的3K背景輻射，現在，也能看到宇宙閃爍。」

儘管並沒有小說和電視劇中提到的3K眼鏡，但北京天文館的看點仍有不少。老館A館天象廳是我國大陸地區最大的地平式天象廳，內部設備處於世界領先水平。其中，蔡司九型光學天象儀和世界上解析度最高的全天域數字投影系統，能為場內400名觀眾逼真還原地球上肉眼可見的9000餘顆恆星，高達8K解析度的球幕影像，還能實現虛擬天象演示、三維宇宙空間模擬、數字節目播放等多項功能。

有漂亮玻璃幕牆的B館於2004年底正式建成開放，內有宇宙劇場、4D劇場、3D劇場3個科普劇場，以及天文展廳、太陽觀測臺、大眾天文臺、天文教室等各類科普教育設施。其中，直徑為18米的宇宙劇場擁有標準半球全天域銀幕，能同時為200名觀眾呈現出氣勢恢宏的立體天幕效果，這在我國大陸地區獨一無二。