当下,我校的天文观测计划包含数十个深空目标。监控工作数十年来一直没有中断,因此可以跟踪其发展模式和活动峰值。例如,以自身为整个类别形体命名的耀变体BL Lac,在2020年9月至2020年10月间向我们展示了异常鲜明的可变性图景。

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首席研究员瓦莱里·拉里奥诺夫(Валерий Ларионов)(圣大天体物理系)谈及圣大天文学家们正在进行的研究,以及为什么对于任何大型高校来说,拥有自己的天文台十分重要。

圣大科学家参与了事件视界望远镜(Event Horizo​​n Telescope)的合作,并在2019年参与了获取黑洞第一张图像的项目。请告诉我们您的实验室目前从事哪些项目?

根据当前的认知,超大质量黑洞位于所有或几乎所有星系的中心区域。其中某些星系(类星体和耀变体)是整个电磁频谱(从硬伽马射线到无线电波段)中最强大的永久能源。等离子体射流,以接近光速从耀变体中心区域喷出。它们的光度大大超过了银河系中所有恒星的总光度。在半个世纪的科学研究中,研究方法得以改进,人们已经开发出许多模型来解释活跃的星系核心在各个波段的行为。但是如经验所示,所有现有模型均未提供这些对象行为的自洽描述。尤其是尚不清楚在耀变体喷射的哪一部分出现了光学爆发和伽马射线爆发。没有一种理论能够解释喷射活动的机制,为什么射流光度会在几天之内增加数十倍。

长期以来,我们实验室一直在光谱的几个波段和偏振模式下监视数十个活跃的星系核心。这其中,我们能够证明在许多物体中,光度和极化度的可变性是由于射流的螺旋结构或穿透它的磁场的螺旋分量引起的。我们组织了许多国际活动来观测天体,来自不同国家的数十个天文台的天文学家参加了这项运动。这些运动的成果以文章形式在国际顶尖期刊上发表。

学校有持续的观测计划吗?

当然,我们有一个最常观测对象列表,也就是说我们持续监视它们,不管对象是处于明亮状态还是处于暗淡状态。对象的选择一部分是由历史原因决定的。例如,半个世纪前,列宁格勒国立大学已在观测许多物体,积累的数据有助于长期追踪星体的演化。其他星体被纳入项目,则是因为它们在X射线或伽马射线范围内处于活动状态。

当前对象列表在圣大虚拟天文台网站上给出,网站中包含每个观测对象的大量信息:名称、NASA数据库链接、坐标、标识图,以及最重要的,对象的亮度曲线(每个观测夜之后都会更新)。我们自己也需要这些信息,可以研判对象是否发生有趣的变化,以及是否有必要加强观测。来自不同国家地区数十个天文台的其他同行也积极引用该网站,其中包括那些在其他光谱范围(主要是在伽马射线中)研究这些天体的人。很难从三十多个对象中选出“最有趣”的对象,它们中的每一个都可能随时展现出令人意外的一面。

耀变体BL Lac在2020年9月至2020年10月期间展示了异常的变化情况,在20年创纪录的明亮状态的背景下,观测其在近一昼夜内出现短周期振荡。这是在光学范围内,而在其他频谱范围会发生了什么,尚待分析。

例如,耀变体CTA102多年处于平静状态多年,在2016年产生爆发,期间亮度增加了数百倍。对于该事件有几种可能的解释——例如,这是多普勒辐射射流增强的效果(朝我们的方向略微“摆动”),或者是恒星穿过射流,被以近光速运动的等离子流所穿透的结果。

您认为,当今的光学观测重要吗?它们为谁服务?

光学波段是电磁光谱的组成部分。在历史上,利用光学波段是因为人眼能够感知到光谱的量子。相应的,早在出现检测其他频谱的量子如伽马射线、X射线、红外线和无线电辐射的可能性之前,光谱接收器就已达到很高水平。与此同时,这些波段内的任何观测都不会降低在其他长波中获得的结果的重要性。

术语歧义可能会引起误解。单词“光学”和“视觉”以前可以同义使用。如今,“光学”的概念通常是指光谱的一部分,它基本上与人眼的敏感区域相吻合。同时,“视觉”观测是指我们通过双筒望远镜、天文望远镜、瞭望镜仰望星空。当然在这种基础上,现代天文学家所需要的定量评价是非常粗略的。因此,视觉观测时代已经成为过去。它们被照相板、光电放大器、电光转换器等等所取代。如今,用于记录光学范围内的光的最常见设备是电荷耦合接收器,类似于大家都熟悉的手机相机,只是其品质完全不同。

圣大天文学家目前拥有哪些设备?学生可以在撰写学期论文、毕业论文或其他研究论文的过程中使用这些设备吗?

我校现在仅拥有一台天文望远镜,在其上我们安装了由我们实验室开发的光度计/旋光仪。自然而然,从天体物理学的实践开始,本科生和研究生都会学习使用望远镜和处理观测数据。他们中的一些人选择了观测天文物理学作为他们的未来职业,从观测中获得学期论文和毕业论文的材料。我们现在已有(希望将来会有更多)博士学位论文是根据我们这台规模相对较小的望远镜获得的材料撰写的。

圣大天文系是否有机会使用其他俄罗斯境内和国外的天文望远镜进行观测?

 

我们与许多国内外天文台定期开展合作。在某些情况下,例如与克里米亚天体观测站进行的合作,我们会根据长期合作协议亲自进行实地观测。合作关系通常会转化为对选定对象的联合研究。由于地球的自转,任何天体都只在地平线上方存在一段时间,如果我们开始观测,那么在我们之后,观测工作将继续在意大利、西班牙、加那利群岛、美国,然后在日本、中国台湾地区、中国、乌兹别克斯坦等地开展。此外,太空望远镜还在X射线和伽玛射线波段进行工作。这是当今天文领域中非常普遍的做法。

您认为,为什么眼下物理数学专长的中学应届毕业生会选择天文学系,并计划在该领域的展开职业生涯?

这个问题既容易又很难回答。当下,天文学系的许多学生都是曾经的天文学爱好者,曾经奥林匹克竞赛的参赛者。他们并非所有人都想成为职业天文学家,但是我认为,大多数人仍然渴望获得有关宇宙的知识。

天文系于1819年在我校成立,但自己的天文台在1881年才建成,在此之前科学家和学生们只能前往俄罗斯科学院的珍品陈列馆使用天文台。为什么拥有自己的天文台对圣彼得堡大学如此重要?

这是一个非常简单的问题。如果放眼任何一所外国大学,我们都会发现几乎每所大学都认为有必要拥有一台天文望远镜,哪怕很小但是是自家的,以便让学生投身观测。毕竟,需要天文学的不仅是物理学家和数学家,人文学者也至少应该对宇宙的结构有一个总体了解。

我校首座第天文台建立在在第一巴甫洛夫军事学校校内,而后在1896年,于第十线上开设了别斯图热夫天文台。在当代,在城市内进行观测会受到光污染干扰。是否打算在圣大新校区内建立新的天文台?您想见到一座怎样的天文台?

您可以在此处阅读我校天文学纪事。

是的,光污染是现代天文学的灾难。许多学生从未用肉眼见到过银河系。可以回想一下,直到上世纪90年代初,我校才在亚美尼亚的拜拉坎拥有自己的观测站。当时那里没有任何光污染,这得益于维克多·阿玛扎斯波维奇·安巴尔楚米扬(Виктор Амазаспович Амбарцумян)院士,时任拜拉坎天文台负责人(此前则是我校天体物理系的创始人),在他的仔细看护下,周边夜间照明得以最小化。

我们甚至经常从研究管理人员那里听说,在当今的天文学中并不需要特别使用天文望远镜,因为有了互联网,一切都可以从网上获取。没错,问题是谁将这些数据上传到互联网,而且如果学生无法独立接收、处理和分析信息,那么是否还有可能取得重大成果。我们一定不能忘记,天文学是一门世界观科学。任何大学都应该拥有一台天文望远镜,哪怕只是米级的,以便让专业人士和人文学科在的学生都可以使用。与此同时应将其放置在光污染最小的位置。像任何现代仪器一样,它所耗不菲,除了望远镜本身之外还需要与现代水平相匹配的接收设备。当然,它必须安装在独立的塔台中以使振动最小化。还需要一个旋转圆顶,以跟踪望远镜筒的方向。基本可以确定的是,我们计划在新校区建立一个天文台。如果这一点得以实现,那么古老的传统将会继续传承。