09.15 可能你想不到,WiFi的出現與天文學發展密不可分

先談個小例子,Wi-Fi的發明。


可能你想不到,WiFi的出現與天文學發展密不可分

地球是太陽系乃至整個宇宙唯一有Wi-Fi的星球(圖自http://gifer.com)


相信大家不會否認:地球是宇宙內目前唯一適合人類生存的星球。

因為只有這裡有Wi-Fi(手動滑稽)。


去年,我們組的全組活動去了這麼一個地方,荷蘭的Dwingeloo村和附近的Westerbork村 ,它們距離很近。而讓它們聞名遐邇的,是人類天文學歷史上兩個著名的射電天文望遠鏡。這種射電望遠鏡通過收集宇宙深處傳來的電磁信息,洞悉宇宙深處的奧秘。

其中,Dwingeloo村的望遠鏡口徑達到25米,雖然現在來看比起我國的500米口徑FAST天眼不值一提,但它早在1956年就建設完畢,併成為當時的世界第一。

可能你想不到,WiFi的出現與天文學發展密不可分

Westerbork Synthesis Radio Telescope(圖自:Onderwijsgek)


1970年,科學家們在附近的Westerbork村建立了共計14面25米口徑射電望遠鏡,它們延東西向排成一個2700米的陣列,能夠形成綜合孔徑射電望遠鏡,相當於擴大了有效觀測口徑、效果更好,也是現在射電望遠鏡發展的主流思路之一。

在參觀過程中,負責講解的教授告訴了我們一個震驚的消息,這裡竟然是Wi-Fi的起源地!

下面邀請我們的主角,來自澳大利亞的約翰·奧沙利文博士(John O'Sullivan),他是一名射電天文學家,同時也是一位著名的電子工程師,Wi-Fi就是他的成名作。

可能你想不到,WiFi的出現與天文學發展密不可分

奧沙利文博士因為對Wi-Fi做出的巨大貢獻獲得了無數榮譽(圖自:SATorchi)


1974年,他從悉尼大學博士畢業後來到Dwingeloo射電望遠鏡和Westerbork望遠鏡干涉陣列工作。

當時工作的一個重大難點是望遠鏡收集完數據之後如何將它們集中處理。使用彼時笨重、昂貴、效率低的硬盤拷貝實在費時費力,他就和同事們研究如何將數據進行處理、進而實現無線傳輸,尤其是針對原本噪聲較大的天文圖片,這樣能大大提高科研產出的效率。

因而,在1977年他和同事們就將研究成果發表出來。在隨後的時間內,他也一直致力於不斷提高這項技術,最終他的貢獻成為IEEE 802.11系列標準的重要內容,這個系列從1997年成型並不斷更新,成為無線局域網技術的絕對核心。

它的最重要應用莫過於今天的Wi-Fi了,以至於在業內人士看來,Wi-Fi基本等同於IEEE 802.11標準。

可能你想不到,WiFi的出現與天文學發展密不可分

這個小小的Wi-Fi標誌,已經成為現代社會無數人生命的一部分


講到這裡,有必要為大家糾正一個觀點。很多人都認為天文學是一種科學家研究星球和宇宙的酷炫學科,距離普通人生活非常遙遠。

但實際上,天文學是一個非常基礎的自然學科,可以說伴隨著人類文明的伊始便不斷髮展,幾千年來,已經成為一個門類眾多、分支方向複雜的學科。它的發展需要將數學、物理、化學、工程等多個學科融合在一起,它的進步也促進或倒逼相關學科同步前進,Wi-Fi只是一個典型例子而已。

因為天文學為人類帶來的貢獻簡直不勝枚舉。

愛因斯坦提出相對論之後,從理論上講能解釋物理學領域的時空和引力問題,這兩者同時也是天文學的根本。但相信大家也聽說過各種“全世界只有幾個人能看懂相對論”類似說法,一個重要的原因在於當時的條件並不能直接驗證。後來起決定性作用的,還是來自天文學觀測。水星近日點進動觀測、光波在太陽附近傳播時的偏折、光波重力紅移效應等,成為驗證愛因斯坦理論並讓他聲名鵲起的爆發點。

相對論給人類帶來了非常偉大的貢獻,一個典型的例子在於GPS和北斗衛星的應用。考慮到狹義相對論和廣義相對論的綜合作用,它們的原子鐘必須調整頻率後才能進入太空,否則根本無法工作。

可能你想不到,WiFi的出現與天文學發展密不可分

當質量較大的恆星發射光線遠離引力源時,便會出現從藍到紅的紅移現象


而對於包括GPS和北斗衛星在內的整個人類航天器研製中,幾乎每一個任務都會搭載恆星敏感器,這種儀器可以對天文學已經研究透徹的太陽或星空背景拍照,從而通過對比拍出的圖片和數據庫中的存儲信息,獲取自己的精確姿態信息。這種技術大大領先了此前只能依賴慣性器件獲得姿態的方式,極大降低了成本並提高了精度。

甚至對於我們日常已經習慣的CCD(Charge-Coupled Device,電荷耦合器件)所主導的電子照相影音時代,也與天文學有密不可分的關係。早在1970年代,CCD的發明,很大程度就是為了滿足天文和航天任務的需求。1976年發射的鎖眼11衛星,成為世界首個使用CCD技術的偵察衛星,信息通過無線通訊技術直傳地面即可、不必像此前衛星普遍攜帶膠片重返地球。而隨後天文史上大名鼎鼎的哈勃望遠鏡在70年代末成功立項,它就是一個民用版的鎖眼11衛星,將這個神秘的軍事CCD成像技術徹底民用化,經過多年發展最終改變了我們今天的生活。

可能你想不到,WiFi的出現與天文學發展密不可分

哈勃望遠鏡是人類史上最成功的天文儀器,它也帶動了無數新技術的民用化(圖自:NASA)


即便是電子影像時代之前的膠片時代,膠片也最早是天文學家為了解決觀測太陽影像記錄問題而使用的,它隨後撐起了20世紀無數人的美好回憶。

如果把科幻作為成年人的童話,天文學則為這個童話提供了最多的故事背景,無數著名的科幻作品都基於人類天文學的進步,《三體》就是一個極好的例子。天文學也是人類最為流行的愛好之一。

在整個科學領域,流傳一句著名的話:“科學無國界”。這句話用來形容天文學發展再不為過,因為幾乎任何一個大型的天文學研究,都是各國科學家國際合作的結果,從天文學開始,這種國際合作也推廣到各個領域。​​​​



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