20世紀後半葉,射電望遠鏡徹底改變了天文學,開啟了通向宇宙的全新窗口。它使研究者得以發現宇宙中的一些天體。這些天體甚至在以往從未有人猜想過它們的存在,如被稱為“類星體”的高能星係和被稱為“脈衝星”的高速自轉的中子星。因此,天文學家必定曾展開雙臂歡迎射電天文學的到來嗎?其實並非如此。事實上,他們起初的反應更像是集體聳了聳肩,沒把它當回事。
暗示這種技術可行的最初跡象,實際上根本沒出現在天文學界內部。它來自美國電話電報公司(AT&T)的研究部門—貝爾電話實驗室。20世紀30年代早期,他們對使用無線電進行跨大西洋的電話通話產生了興趣。然而,在電話測試的過程中,通話一直被來自未知源頭的噪聲幹擾打斷。該公司安排了一位年輕的工程師,二十六歲的卡爾·央斯基[14]找出幹擾的源頭。
為此,央斯基在位於美國新澤西州霍爾姆德爾鎮的貝爾實驗室總部附近,一座廢棄的土豆農場的田地裏,建了一台高百英尺的無線電轉向天線。他的同事們給這台設備起了個別名叫“央斯基的旋轉木馬”。經過兩年的研究,他得出結論,當地和遠方的雷電是幹擾的一個原因,除此之外,還有一個他無法識別的源頭。這是一種充斥著噪聲的無線電信號,大約每24小時就會達到強度峰值。
通過轉動天線朝向,央斯基能夠確定信號來自哪個方向,而令他驚訝的是,起初信號顯示來自太陽—單單這一件事就已屬意義重大了,因為從未有人考慮過無線電來自太空的可能性。但隨著繼續跟蹤這一信號,央斯基意識到信號並非來自太陽。在一年的時間裏,該信號緩慢地在天空中移動位置:開始時,它處於太陽的方向;六個月後,它已經在天空中相反的位置了;在一年的末尾,它又回到了太陽的方向。
雖然央斯基沒有天文學背景,但是他的天文學知識足以令他意識到:這一有趣的位置變化意味著該信號的源頭在天空中占據著一個固定的位置,而地球在一年裏圍繞太陽的公轉,使信號看起來好像在移動位置一樣。反過來,這意味著信號必然來自太陽係外的源頭。比如說,一顆恒星,因為太陽係內沒有天體能保持在固定的天文位置上。在查閱星圖之後,他發現信號似乎來自太陽係所在的星係—銀河係的中心。
央斯基的發現成了報紙上激動人心的新聞頭條,記者們急於了解央斯基是不是收到了來自外星文明的信號。央斯基向記者們保證,信號看起來是由自然現象引發的,因為該信號聲是連續且純粹的,完全是一種噪聲,聽起來就像用平底鍋煎培根一樣。盡管如此,媒體還是找到了一種引爆這條新聞的方法—“進一步猜測,這股無線電波可能是從銀河係中心流出的無限電力的一個源頭(遺憾的是,根本沒這種好事)”。
另一方麵,對專業天文學家而言,央斯基的發現似乎並沒有什麽影響。他們不過把這一發現當成偶遇的奇聞趣事罷了。產生這一想法的原因在於,20世紀30年代,那些一般意義上的天文學家,幾乎對無線電工程學一無所知。他們隻通過光學天文望遠鏡觀測太空,從不鼓搗無線電。因此,央斯基出人意料的發現,正處於他們的專業領域之外。另外,傳統的知識認為,恒星隻產生光,除此之外無其他產物。雖然有些人提出了,信號的真正來源或許是射入地球大氣的恒星輻射;但大多數人隻是把這一報告束之高閣,棄之於不顧罷了。
這就是射電天文學虎頭蛇尾的誕生過程。央斯基試圖說服貝爾實驗室資助自己探究這種神秘的“恒星噪聲”,但是貝爾實驗室並沒看出這一研究有什麽賺頭。最後,央斯基的上司讓他改做其他的項目,他也照做了。
盡管天文學專家們沒怎麽為央斯基的發現而激動,但對天文學來說幸運的是,有個年輕人因此興奮不已,他就是二十一歲的格羅特·雷伯[15],住在芝加哥地區,是一名擁有電學工程學學位的無線電業餘愛好者。像央斯基一樣,他也沒有天文學背景,但他認為恒星噪聲是他聽過的最神奇的東西,所以他決定把這個謎題研究個透。
一開始,雷伯試圖通過與專家聯係來滿足他的好奇。他寫信給央斯基,想取得一份做他助理的工作,但央斯基告訴他貝爾實驗室已經砍掉了這個項目的資金。隨後,雷伯確認了一遍有沒有哪位天文學家正在研究這個問題。哈佛天文台禮貌地回應道,央斯基的發現很有意思,但他們還有更緊迫的研究項目需要開展。芝加哥大學的天文學教授傑拉德·柯伊伯態度則輕鄙得多。他向雷伯保證:央斯基的發現“最好也不過是個錯誤,最壞也許是一場騙局”。
然而,雷伯身上有一種叛逆的個性,這種個性會貫穿他的一生。他的一位傳記作家在後來寫道:“雷伯並不關心權威科學,在表達其鄙棄情緒的時候除外。”如果專家們不打算探究“恒星噪聲”的謎題,雷伯決定他會自己去做。
1937年,雷伯住在他母親位於美國伊利諾伊州惠頓的房子裏。在房子旁的一塊空地上,他著手開始建造世界上第一台射電望遠鏡。與央斯基的天線不同,這是一台正規的射電望遠鏡,擁有一個直徑三十二英尺的拋物麵“鍋”,將無線電波匯聚在一起。這台望遠鏡坐落在巨大的腳手架結構上,他的母親之後用它晾起了衣服,鄰居的孩子們則把它當作攀爬架玩了起來。
1938年,雷伯完成了望遠鏡的建造,隨後開始繪製有史以來第一幅射電天圖。他隻能在深夜工作,主要因為他白天得去芝加哥的一家電子技術公司上班,但有時也因為夜晚路上車比較少,畢竟汽車引擎產生的噪聲會幹擾他敏銳的接收器。
在接下來的一年中,他將自己工作的細節寄給了一些天文學期刊,但正如在他之前的央斯基的遭遇,他得到的回應即使不是徹底的懷疑,也是缺乏興趣的回應。畢竟,在天文學的研究上,他基本上屬於自學成才,並非任何一家學術機構的成員。這些期刊的編輯們無法判斷他是真的在做研究,還是隻是一個不知哪來的瘋子。最終,《天文物理期刊》的編輯下決心進一步審視這名年輕人,萬一他的主張真的有分量呢。於是,這位編輯派出了一支天文學家隊伍,前往惠頓查看這台射電望遠鏡。
天文學家們驚訝地繞著這台設備走來走去,不時捅捅這兒戳戳那兒,最終發回報告說“它看起來是真家夥”。1940年,該期刊發表了一篇由雷伯撰寫的短文,這是在天文學期刊中發表的第一篇關於射電天文學的文章。由此,多虧了雷伯的恒心,天文學家們終於了解到無線電波能怎樣幫助他們探索宇宙了。
可即使如此,直到二戰後,得益於軍方對發展雷達技術的興趣,射電天文學才被全麵確立為一門學科。然而,原先那種漠視的態度,仍在天文學家群體中延續了許多年。據說,在20世紀50年代的一場學術會議中,一位備受尊敬的天體物理學家在介紹接下來將演講的一位年輕的射電天文學家時說道:“好,接下來將介紹的是一篇關於射電天文學的論文,不管那是什麽東西。”
當然,射電望遠鏡如今已成為天文學家最重要的工具之一,他們中間再也沒有人會做出這樣的評論了。有史以來最大的射電望遠鏡陣列—平方公裏陣列,計劃在澳大利亞和南非建造,將於2024年上線運行。這一計劃最初的開支預算逾七億美元,人們預計它將對愛因斯坦的廣義相對論做出迄今為止最精確的驗證,對宇宙的性質做出根本性的發現,甚至有可能探測到外太空生命的存在—當然,如果它們確實存在的話。