編譯 費(fèi)文緒

2020年8月，美國(guó)加州熊熊燃燒的山火燒毀了利克天文臺(tái)的建筑物，歷史悠久的望遠(yuǎn)鏡幸免于難

加州山火讓天文學(xué)家失眠了

2020年8月，當(dāng)美國(guó)加州熊熊燃燒的山火一路逼近圣何塞附近歷史悠久的利克天文臺(tái)（Lick Observatory）時(shí)，加利福尼亞大學(xué)天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)克萊爾·麥克斯（Claire Max）通過(guò)攝像頭目睹了火焰向天文臺(tái)建筑物和望遠(yuǎn)鏡的邊緣蔓延的現(xiàn)場(chǎng)。最終，消防員控制了火勢(shì)。盡管山火摧毀了兩棟閑置的建筑物，并摧毀了幾棟房屋，正在工作的望遠(yuǎn)鏡只是鏡面上落了一點(diǎn)煙塵。“我們真的很幸運(yùn)?！惫芾砝颂煳呐_(tái)的麥克斯說(shuō)，加州沿海地區(qū)一直經(jīng)歷著干旱和山火的循環(huán)反復(fù)，“但是，人們完全有理由說(shuō)，全球變暖并沒(méi)有讓情況有所好轉(zhuǎn)?！?/p>

天文學(xué)家遇到了氣候問(wèn)題。全球變暖不僅增加了山火的發(fā)生率，增加了對(duì)天文臺(tái)構(gòu)成威脅的颶風(fēng)的強(qiáng)度，而且氣候變化可能使更高的溫度、濕度和湍流空氣靠近山頂棲息，從而影響天文臺(tái)的觀測(cè)視野。天文學(xué)家自身也加劇了氣候問(wèn)題，因?yàn)樗麄兂孙w機(jī)去往偏遠(yuǎn)的天文設(shè)施基地觀察或參加會(huì)議，并使用非常耗能的超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行宇宙模擬。荷蘭萊頓大學(xué)的天文學(xué)家列奧·伯切爾（Leo Burtscher）說(shuō)：“我們是問(wèn)題的一部分，而不是解決方案的一部分?！?/p>

天文學(xué)家工作等于碳排放飆升

2020年9月發(fā)表在《自然-天文學(xué)》（Nature Astronomy）上的6篇論文描繪了上述擔(dān)憂(yōu)。其中一項(xiàng)研究是關(guān)于會(huì)議的碳成本，直接源自2019年在法國(guó)舉行的歐洲天文學(xué)會(huì)（EAS）會(huì)議，該會(huì)議是在溫度超過(guò)45℃的創(chuàng)紀(jì)錄高溫天氣期間召開(kāi)的。伯切爾說(shuō)：“我們?cè)跊](méi)有空調(diào)的地方開(kāi)會(huì)，整個(gè)有趣的會(huì)議期間一直在流汗?！睍?huì)議討論了氣候變化和每個(gè)參會(huì)代表產(chǎn)生的碳排放，這激發(fā)了伯切爾和他的同事去估量代表參會(huì)造成的碳排放。所有參會(huì)代表總共增加了將近1 900噸二氧化碳當(dāng)量的碳排放，平均每位參會(huì)代表約1.5噸——大致相當(dāng)于印度居民的人均全年碳排放量。

無(wú)疑，其他科學(xué)領(lǐng)域的大型會(huì)議也會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似數(shù)量的碳排放，但是天文學(xué)家的工作習(xí)慣也很“重碳”（carbon heavy）。6項(xiàng)研究中的另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，澳大利亞天文學(xué)家每人每年產(chǎn)生37噸二氧化碳當(dāng)量的碳排放，其中60%來(lái)自超級(jí)計(jì)算機(jī)的使用。澳大利亞西澳大學(xué)的亞當(dāng)·史蒂文斯（Adam Stevens）是該論文的主要作者，他表示：“我們對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)竟有這么大的碳排放感到驚訝，我們每個(gè)人過(guò)去都以為飛行是主要的碳排放來(lái)源。”發(fā)表在《自然-天文學(xué)》上的一篇類(lèi)似研究成果分析了德國(guó)馬克斯·普朗克天文學(xué)研究所（MPIA）的天文學(xué)家2018年的碳排放量，顯示了較低的總體碳排放量（每個(gè)天文學(xué)家18噸），其中航班飛行貢獻(xiàn)了最大的碳排放。該論文的作者說(shuō)，德國(guó)對(duì)可再生能源的使用更多，也許可以解釋這種差異，但MPIA天文學(xué)家的碳排放量仍然達(dá)到普通德國(guó)人的3倍。

氣候問(wèn)題擺不平，天文觀測(cè)難進(jìn)行

天文學(xué)家助推的氣候變暖反過(guò)來(lái)威脅到他們觀測(cè)的視野。在另一篇論文中，MPIA的福斯廷·坎塔盧貝（Faustine Cantalloube）及其同事從歐洲南方天文臺(tái)（ESO）管理的智利帕瑞納天文臺(tái)（Paranal Observatory）獲得了30年的氣象記錄。他們發(fā)現(xiàn)那里的平均溫度上升了1.5℃，超過(guò)了前工業(yè)時(shí)代以來(lái)全球平均溫度上升1℃的幅度。坎塔盧貝說(shuō)，這已經(jīng)給帕瑞納天文臺(tái)的甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）造成麻煩。該望遠(yuǎn)鏡由4個(gè)獨(dú)立的8.2米口徑反射鏡組成。白天，冷卻系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，以保持望遠(yuǎn)鏡穹頂內(nèi)部的溫度與日落時(shí)外部空氣的溫度相同，避免夜間打開(kāi)穹頂時(shí)內(nèi)外溫度差異造成湍流。當(dāng)白天溫度超過(guò)16℃時(shí)，冷卻系統(tǒng)將無(wú)法正常工作?！榜讽斃鋮s系統(tǒng)不夠好，”坎塔盧貝說(shuō)，“在建造這個(gè)望遠(yuǎn)鏡的20世紀(jì)90年代，我們不曾料想，2020年氣溫會(huì)如此之高。”

溫度的升高也增加了表層（望遠(yuǎn)鏡上空數(shù)十米處的空氣）的湍流。研究人員發(fā)現(xiàn)，自20世紀(jì)80年代以來(lái)，表層湍流一直在上升，盡管尚未影響到觀測(cè)，情況仍然令人擔(dān)憂(yōu)，坎塔盧貝說(shuō)：“非常接近地面之處顯然發(fā)生了什么?！?/p>

人們預(yù)料：更暖的氣候也會(huì)增加濕度，從而導(dǎo)致云層覆蓋增加，這對(duì)天文學(xué)家來(lái)說(shuō)是一個(gè)明顯的問(wèn)題。水蒸氣本身可以阻擋紅外線(xiàn)和微波輻射，這也是智利阿塔卡瑪大型毫米波/亞毫米波陣列望遠(yuǎn)鏡（ALMA）的觀測(cè)重點(diǎn)?？菜R貝的分析表明，到目前為止，帕瑞納或ALMA的濕度尚未增加。氣候模型的精細(xì)度還不足以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)天文臺(tái)未來(lái)的濕度變化。ESO大氣科學(xué)家安吉爾·奧塔羅拉（Angel Otárola）說(shuō)：“我們必須密切關(guān)注，氣候變化是否會(huì)增加天文臺(tái)所在區(qū)域的濕度?！?/p>

從攝像頭上看著熊熊山火逼近利克天文臺(tái)，天文學(xué)家失眠了

減少碳足跡的N種方式

天文學(xué)家正采取措施減少他們的碳足跡。6項(xiàng)研究的另一項(xiàng)研究中，萊頓大學(xué)的西蒙·茲瓦特（Simon Portegies Zwart）呼吁改變計(jì)算策略。茲瓦特說(shuō)，天文學(xué)家應(yīng)該避免使用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，而應(yīng)該使用依賴(lài)更高效圖形處理器的計(jì)算機(jī)，盡管它們更難編程。天文學(xué)家還應(yīng)該放棄流行的編程語(yǔ)言，例如Python，轉(zhuǎn)而使用高效的編譯語(yǔ)言。茲瓦特計(jì)算得出，F(xiàn)ortran和C ++等語(yǔ)言的碳效率比Python高100倍以上，因?yàn)樗鼈兯璧牟僮鞲?。MPIA的克努德·揚(yáng)克（Knud Jahnke）認(rèn)為，另一種選擇是在冰島或者富含可再生能源的其他國(guó)家建造超級(jí)計(jì)算機(jī)，因?yàn)楸鶏u蘊(yùn)含的地?zé)崮懿粫?huì)產(chǎn)生碳排放，而且寒冷的氣候可以降低機(jī)房的制冷需求。

世界上其他主要天文臺(tái)也紛紛采取行動(dòng)。ESO于2016年為旗下的智利拉西拉天文臺(tái)（La Silla Observatory）建造了太陽(yáng)能陣列，并于2019年簽署了光伏電站協(xié)議，以幫助冷卻正在帕瑞納附近建造的極大望遠(yuǎn)鏡（ELT）。夏威夷的凱克和雙子星望遠(yuǎn)鏡（Keck and Gemini telescopes）以及澳大利亞默奇森射電天文臺(tái)（MRO）也安裝了太陽(yáng)能陣列。為了減少天文學(xué)家的空中旅行，越來(lái)越多的望遠(yuǎn)鏡開(kāi)始采取遠(yuǎn)程觀測(cè)。麥克斯說(shuō)，加利福尼亞大學(xué)在其各地的校園建立了遠(yuǎn)程觀測(cè)室，這樣研究人員無(wú)需前往利克和其他望遠(yuǎn)鏡所在地就能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程觀測(cè)。自從新冠肺炎疫情以來(lái)，遠(yuǎn)程觀測(cè)方案已擴(kuò)展到家用筆記本電腦，麥克斯稱(chēng)為“睡衣觀測(cè)”——顧名思義，你穿著睡衣在自己家里用筆記本電腦就可以遠(yuǎn)程連接望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行天文觀測(cè)。她說(shuō)：“如今，飛往夏威夷實(shí)地觀測(cè)的日子屈指可數(shù)?！?/p>

會(huì)議是另一個(gè)時(shí)機(jī)成熟的改革對(duì)象。美國(guó)天文學(xué)會(huì)（AAS）可持續(xù)發(fā)展委員會(huì)主任、阿拉斯加大學(xué)安克雷奇分校的特維斯·雷克特（Travis Rector）表示：“虛擬會(huì)議的減排潛力令人興奮?！庇捎谛鹿诜窝滓咔?，今年的EAS會(huì)議改為虛擬會(huì)議，曾計(jì)算2019年會(huì)議碳成本的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)2020年的會(huì)議作了新的分析?；趯?duì)與會(huì)代表和組織者的計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)使用情況的調(diào)查，他們計(jì)算出整個(gè)會(huì)議的碳排放量為582千克二氧化碳當(dāng)量，不到2019年會(huì)議碳排放總量的1/3000。該研究論文的作者、歐洲空間局（ESA）高級(jí)顧問(wèn)馬克·麥考瑞安（Mark McCaughrean）認(rèn)為：“這么顯著的減排效果確實(shí)值得我們駐足思考。”

EAS正在研究未來(lái)會(huì)議采用的混合模式，比如，距離較遠(yuǎn)的參會(huì)者將以虛擬方式參會(huì)。雷克特說(shuō)，AAS的合約承諾了數(shù)年的面對(duì)面會(huì)議，但他希望合約到期后學(xué)會(huì)將轉(zhuǎn)向虛擬會(huì)議。他相信，各個(gè)學(xué)會(huì)之間將互相學(xué)習(xí)怎樣做得更好。

2020年10月，利克天文臺(tái)的工作人員清理了火場(chǎng)周?chē)墓嗄緟埠蜆?shù)木，以降低將來(lái)發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。伯切爾認(rèn)為，天文學(xué)家也需要行動(dòng)起來(lái)。他說(shuō)：“這是一個(gè)符合道義的決定，也是一個(gè)務(wù)實(shí)的決定。我們需要做出改變，才能繼續(xù)從事我們的天文研究事業(yè)。”

資料來(lái)源Science