今天，以「公眾與天文」為主題的國際天文館日活動在上海天文館（上海科技館分館）舉行。在引力透鏡搜尋公眾科學項目啟動儀式上，國家天文科學數據中心和上海天文館向公眾發出邀請：加入引力透鏡搜尋項目，在數千萬個星系樣本中尋找高質量的強引力透鏡，用於研究宇宙中的物質分布、約束哈勃常數、宇宙學常數等問題，並檢驗引力理論。
什麼是引力透鏡？中國科學院國家天文台研究員李楠介紹，根據愛因斯坦的廣義相對論，光線在經過大質量天體時會發生彎曲現象。如果有兩個天體恰好位於我們的視線方向，當背景天體發出的光線經過前景天體時，會受到前景天體引力場的作用而發生會聚。這類似於透鏡成像，故名引力透鏡現象。
引力透鏡成像原理（來源：引力透鏡搜尋公眾科學項目官網）
如果透鏡系統的扭曲和匯聚作用非常強烈，我們就無法看到背景天體自身，而是在前景天體的周圍看到背景天體的多個成像。這種引力透鏡稱為強引力透鏡，它的背景天體是恆星、類星體、星系等天體，前景天體是恆星、星系、星系團等天體。
引力透鏡在天文學和宇宙學中有重要的應用價值。比如，它可以用來研究前景天體的質量，增亮並幫助天文學家研究遙遠且暗淡的天體；可以用來研究宇宙中的物質分布、約束哈勃常數、宇宙學常數等；還可以幫助科學家檢驗引力理論。強引力透鏡的科研價值很大，但它們極其稀少，大多數集中在星系和星系團尺度上。據統計，平均幾千個星系裡才可能存在一個高質量的強引力透鏡。
星系團引力透鏡（來源：引力透鏡搜尋公眾科學項目官網）
「在大數據時代，我們要找到更多的強引力透鏡，需要公眾的參與。」李楠在演講中說。2010年後，第三代巡天望遠鏡項目陸續投入使用，為天文學界提供了數千萬個星系樣本，其中可能包含幾千個高質量的強引力透鏡。在海量的星系中找出強引力透鏡系統，是一項很有挑戰性的工作。於是，人工智慧和基於大眾科學的透鏡查找成為新的主流科研方法。利用機器學習技術，科學家已經在多個巡天項目中找到2000多個高質量的透鏡候選體，公眾參與也給天文學界提供了不少候選體。
如今，國際天文學將進入第四代巡天時代，代表性設備包括我國自主研製的中國載人航天工程巡天空間望遠鏡（CSST）。它和歐幾里得望遠鏡、大口徑全景巡天望遠鏡等國外設備有望拍攝到幾十億個星系的圖像，其中預計有數百個強引力透鏡樣本。機器學習和公眾參與，是搜尋這些透鏡樣本的最主要方法。
中國巡天空間望遠鏡在軌運行示意圖（來源：人民日報海外版）
據介紹，中國載人航天工程巡天空間望遠鏡是中國空間站的重要組成部分，預計2024年前後發射升空，將成為新的全球旗艦級太空望遠鏡。CSST主鏡口徑達到2米，焦距28米，兼具大視場和高像質的優異性能，巡天模塊效率是哈勃空間望遠鏡的300倍，將在宇宙結構形成和演化、暗物質和暗能量、系外行星和太陽系天體等方面開展前沿研究。
憑藉極高的巡天效率和解析度，CSST有望發現更多強引力透鏡系統。未來，引力透鏡搜尋公眾科學項目將使用這台望遠鏡的數據，幫助天文學家取得更多發現。對這個科學項目感興趣的公眾，可登錄官方網站（nadc.china-vo.org/lensfinder/cluster/），了解如何尋找引力透鏡。
欄目主編：黃海華
來源：作者：俞陶然