鴿子與白色介電材料
鴿子這種生物不僅在東、西方文化中同時背上了關於“遲到”的黑鍋，還在天文學史上蒙受了一段時間的不白之冤，當事鴿也因此遭到工程師們的驅逐，被趕出了自己的鴿巢。在被驅逐後，當事鴿曾試圖返回現場與工程師們據理力爭，慘遭擊斃。
以上慘案發生在上個世紀六十年代，貝爾實驗室的兩名無線電工程師，阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜獲准使用一臺直徑大約6m的射電望遠鏡進行實驗，而實驗的第一步就是除錯天線。
阿諾和羅伯特 以及Holmdel喇叭形天線|圖源 NASA
在除錯過程中，他們發現不管將天線對準天空的哪個方向，都會收到一個穩定的噪聲訊號，這個訊號的強度相當於一個3K的理想黑體所輻射出的能量。因為這個訊號均勻地來自每個方向的天空，所以排除了“噪聲是人造訊號”的可能性，隨後他們把目光投向了觀測裝置本身，懷疑是觀測裝置自帶的噪聲影響了觀測結果，於是開始對觀測裝置進行檢查。
他們發現在喇叭狀天線裡竟然有兩隻鴿子築了巢，並且鴿子還在天線中產生了大量的“白色介電物質”（即鴿子糞），這讓他們一度認為找到了噪聲的來源。於是他們將鴿子寄到幾十公里外的地方放飛，並清理了天線內的“白色介電物質”，重新除錯天線。
但就在他們以為消除了干擾，勝利在望的時候，已經把這兒當成家的鴿子，跨越幾十公里的路程又飛了回來，鑽進了天線。於是兩位工程師只好擊斃了這兩隻鴿子。
後來的事情大家都知道了，干擾並不是來自於鴿子，而是大名鼎鼎的宇宙微波背景輻射。這兩個和鴿子鬥智鬥勇的人得到了半個諾獎：
阿諾和羅伯特 | 圖源 nobelprize-org
並非只有喇叭天線會有這樣的遭遇，即使是現代的射電望遠鏡較常使用拋物面天線，也逃不過被鳥類築巢的命運。特別是拋物面天線背面的桁架結構，不僅吸引了鳥類前來築巢，更是吸引了成群的馬蜂來建造了馬蜂窩。（如下圖）
ASKAP antenna | 圖源 Ann Johns
射電望遠鏡在躲避人類干擾源的同時，不可避免地侵入了荒野之中，與野生動物們來了一次不得已的近距離接觸。
癢癢撓與磨牙棒
如果說夏威夷的居民拒絕在莫納克亞山建設三十米望遠鏡是因為害怕影響當地的生態環境，那麼最環保最生態，最與當地動物和諧相處的射電望遠鏡就應該是LOFAR。
LOFAR全稱Low Frequency Array，是目前最大的射電望遠鏡陣，工作頻率低至在地球上可以觀測到的最低頻率。與單拋物面射電望遠鏡不同，LOFAR 是一個巨大的陣列，每一個天線都有獨立的感測器，在觀測過程中將產生海量的觀測資料。LOFAR的天線有兩種：一種是低頻的LBA（Low Band Array），一種是高頻的HBA（High Band Array）（如下圖）。
LBA
圖源：張沛錦攝
HBA
圖源：張沛錦攝
這也是為什麼LOFAR使用線振子作為天線，而沒有使用大家印象中常見的拋物面天線。因為低頻率的電磁波的波長較長，需要用線振子作為天線，才能獲得較好的增益。同時，巨大的陣列帶來的超長的基線也能提高對低頻天空的觀測解析度。
LOFAR super-terp |圖源 astron.nl（上）
LOFAR super-terp的護城河 | 圖源 張沛錦攝（下）
圖中被“護城河”保護起來的區域被稱為“Super-Terp”，而Terp本意是一種利用牛糞建築而成的防禦海水侵蝕的人造山丘，依靠這種特殊的建築材料，它幾乎堅不可摧。
而LOFAR繼承了這一名字，製作了“Super-Terp”來放置天線，進行射電觀測。甚至有人說，“Super-Terp”旁的這一圈護城河的作用，是用來保護天線不受附近牛羊的侵襲。
護城河能防禦地緣碳基生物（如，牛羊等），還是無法防禦空襲，Super-Terp中的LOFAR天線頂端也能看到“白色介電物質”。
LOFAR-LBA上的白色介電奧利給|圖源：張沛錦攝
但是我們現在知道，這種白色介電奧利給是透波體，所以對低頻射電觀測並無任何影響，即使是帶著奧利給的天線也可以得到優秀的觀測效果：
LOFAR瞬時干涉成像得到的太陽射電暴的成像結果，奧利給並沒有影響觀測結果|圖源 A&A 639, A115 (2020)
這些觀測裝置不僅沒有破壞當地的生態環境，而且裝置本身也反過來給動物們提供了優異的生活環境。比如當地的羊經常沒事就去觀測站，用天線的線振子磨牙、撓癢、玩遊戲，畫面十分溫馨，體現著科技與生態的和諧共處，就是負責維修天線的工程師可能有點難受。
甚至在科學家撰寫相關實驗活動注意事項時，都會提出要對天線進行額外的保護，以應對野外牛羊對天線的攻擊。
碳基飛行物的黑體輻射
“清晨，開啟窗簾，小鳥站在窗臺上歌唱”，可能是一個非常美好的畫面。但“清晨，啟動望遠鏡，小鳥站在天線上發熱”就一定是一件讓人的血壓和接收機的噪聲溫度一起升高的事了。
我們知道，為了躲避人造電磁干擾的影響，射電望遠鏡一般會建設在四周開闊無遮擋的地方（如果沒有這樣的地方，那就用炸藥把它炸成這樣的地方），所以無處落腳的鳥兒們不約而同地選擇了在拋物面天線的邊沿上站成一圈。比較調皮的可能還會飛到饋源上排洩一番，或是用喙啄一啄饋源的防水膜，試探試探防水膜牢不牢固，在確保防水膜經過啄擊之後已經不防水了，才悠然離去。
這些鳥類對射電望遠鏡真的能起到破壞作用嗎？答案是肯定的。
一臺採用拋物面天線的射電望遠鏡中，體積最大的組成部分就是它的天線和饋源，前者用於匯聚電磁波，後者用於感應電磁波。而任何物體都具有不斷輻射、吸收、反射電磁波的性質，這些體溫在40℃左右的鳥兒也不例外，它們無時無刻不在發出黑體輻射。
除了上文所說的“鳥類用爪子和喙破壞防水膜”外，單隻憑藉它們所發出的黑體輻射，以及龐大的數量，就能對高度靈敏的射電望遠鏡產生干擾。同時，它們的排洩物一旦覆蓋在反射面或饋源上，也將對望遠鏡本體造成腐蝕從而影響效能。
在鳥類同時使用能量武器（發熱）與動能武器（啄防水膜）與生化武器（向饋源排洩）對望遠鏡發起攻擊時，忍無可忍的天文學家們有的選擇了戰鬥，架起了驅鳥器，用現代化的“稻草人”與鳥兒們搏鬥，妄圖驅趕這些射電天文的敵人。有的天文學家們選擇了默默忍受，啟動天線後泡一杯咖啡等著鳥類們換地方，不再幹擾天線之後再開始工作。
結尾
天文學家們一直是一個依賴高度發達的現代科技的人群，他們需要高速的取樣裝置，算力強大的計算機，超大頻寬的網路。但同時他們又想要逃離人群，想與自己的觀測裝置一起“離群索居”，在最荒涼的沙漠設定光學望遠鏡，在最寧靜的山坳裡設定射電望遠鏡，在最高的高原上設定高能粒子探測器。這說起來甚至有了一絲詩人的矛盾，一方面想要逃離所有對觀測造成干擾的人群，一方面又必須要親近人群，以便利用現代化工業帶來的水、電、網的便利。
這些對觀測裝置充滿好奇的野生動物，似乎也具有同樣的屬性。它們的生活完全不需要人類的的存在，但實際上又無法避免人類對它們的生活的影響。它們看到人類突然來到他們居住的地方，建造了或巨大或密集的儀器。鳥類們很快發現這巨大的鐵架子轉起來雖然聲勢唬人，但踩上去也並不怎麼危險。羊群也發現自己生活的草坪上多了些樁子，上面還繫著鐵絲，不僅沒什麼攻擊性，蹭起癢癢來效果比樹可好多了。
而天文學家們只能清理著天線上的汙漬，重新系起被蹭斷的振子，氣惱地想著今晚一定要吃鴿子/羊/牛。
# 致謝 #
感謝錢婧萱、祝碧雲、李佩儒對本文修改提出的意見。
參考資料
【1】《他倆曾和鴿子較勁，卻歪打正著獲得諾獎》
https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_5041967
【2】宇宙微波背景輻射的發現
https://en.wikipedia.org/wiki/Discovery_of_cosmic_microwave_background_radiation
【3】Low Frequency Array
https://www.astron.nl/telescopes/lofar/
【4】Zhang, PeiJin, et al. "Interferometric imaging with LOFAR remote baselines of the fine structures of a solar type-IIIb radio burst." Astronomy & Astrophysics 639 (2020): A115.
【5】《Radio detection of Cosmic-Ray Air Showers and High-Energy Neutrinos》
石頭檔案·作者 PROFILE
Astropond
/* 池塘裡的魚都被我摸完了。*/
中國科學院雲南天文臺碩士在讀
石頭檔案·作者 PROFILE
張沛錦
/*好奇且飯量大·會修電腦·不會游泳*/
中國科學技術大學地空學院博士
中國科普作家協會會員
撰稿：Astropond、張沛錦
美編：劉俞伶
來源：石頭科普工作室
編輯：hxg、yrLewis
