近日，由国家天文科学数据中心基于真实天文科学数据策划并实施的“引力透镜搜寻公众科学项目”正式启动。

光线经过大质量天体时会发生弯曲，产生类似透镜成像效果的“引力透镜效应”。强引力透镜为天文观测提供了一扇独特的窗口，科学家可以用它研究宇宙物质分布、宇宙学常数、检验引力理论等。随着观测技术的进步，海量天文数据提供的星系样本中，预计可以找到数千个强引力透镜系统，下一代大视场巡天中，甚至可以找到数以十万计的强引力透镜系统。在浩瀚星辰大海样本中找到这些引力透镜是项艰巨挑战，因此，天文学家向公众发出邀请，希望更多的人参与这项工作。

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引力透镜是什么？参与引力透镜搜寻需要哪些条件？公众如何参与该项目？为此《中国科学报》采访了国家天文台研究员、巡天空间望远镜科学数据系统研制项目技术总协调李楠。

《中国科学报》：什么是引力透镜？引力透镜研究有什么科学目标？

李楠：根据爱因斯坦的广义相对论，光线在经过大质量天体时会发生弯曲现象。当背景天体发出的光线经过前景天体时，会受到前景天体引力场的作用而发生会聚，产生类似于透镜成像的效果，这被称为“引力透镜效应”。如果背景源天体和前景透镜天体在天球上的投影位置非常靠近，且视向距离满足一定要求，那么背景源天体将被透镜天体拖拽成多像甚至环状结构，这种视觉可见的引力透镜现象被称作“强引力透镜”。

引力透镜研究包括两部分内容，一是对前景透镜天体的研究。经过前景天体的光线发生弯曲时，可以根据源天体被引力透镜作用后图像的大小和形状特征，研究前景天体的物质分布和性质；二是对背景源天体的研究，因为透镜天体相当于一个巨大的“宇宙望远镜”，可以将源天体放大，从而帮助我们研究遥远天体的精细结构，而这些精细结构没有引力透镜效应是无法被有效分辨的。

一个有趣的例子是把太阳当做引力透镜，用太阳的引力场来放大目标源天体，从而研究源天体的精细结构。但要实现此类研究需要根据源天体与太阳的相对位置，计算整个引力透镜系统的焦点位置（光经过引力透镜时，不同部位的偏转角不同，导致焦点随背景天体距离和位置不同而不同），然后在焦点处放置一个接收器来接收来自源天体且被太阳放大的信号。但“太阳透镜”的焦点位置离地球非常遥远，人类目前的技术水平短期内到达十分困难。前段时间，国外科学家发表一篇“用太阳做放大镜观测比邻星附近一颗行星”的论文做过粗略计算，如果想用“太阳引力望远镜”观测距离地球4.24光年的地外行星，接收器须放在离太阳1200个AU（日地距离）的地方。所以，用引力透镜当“宇宙望远镜”观测指定天体目前还处于理论研究阶段。

但星系尺度的强引力透镜系统研究透镜天体和源天体的性质目前比较成熟。进行相关研究首先要找到此类系统，而宇宙中强引力透镜系统相对稀少，寻找10万个星系，才能找到几十个。如果全靠天文学家去找，将是一个非常缓慢的过程。因此，天文学家要把数据分发给公众，依靠大家的力量，在海量天文数据中先把它先“挖”出来。

《中国科学报》：公众参与该项目，需要具备怎样的知识或技能。

李楠：参与引力透镜搜寻公众科学项目没有特别的专业知识要求，中学生、天文爱好者都可胜任，甚至可以说“人人皆可参与”。

强引力透镜搜索主要依靠形状来辨别，只要知道它长什么样子（弧状或环状结构）就可以去搜寻。同时，我们还可以借助背景天体和前景天体的颜色差异来进一步确认引力透镜系统，这需要参与者对强引力透镜图像性质有基本的认知。

具备一定天文知识，知道引力透镜是什么，可以更准确、高效地辨识强引力透镜系统。如果完全不了解引力透镜的基本原理，只从图像特征出发，也能找到强引力透镜系统，不过有时会把一些类似结构，如环形星系误判为引力透镜。

《中国科学报》：目前人们发现了多少引力透镜系统。应用这种透镜系统发现了哪些天文现象。

李楠：目前已经确认发现的引力透镜系统有几百个。天文学家用引力透镜进行了一些星系内部暗物质分布研究，包括暗物质本质以及暗物质和重子物质的相互作用，还有应用时域信息测量哈勃常数（宇宙学模型中一个基本常数）等研究。

《中国科学报》：我国载人航天工程巡天空间望远镜（CSST）预计明年发射升空，届时会对天文数据带来怎样的影响。

李楠：CSST是未来10年国际天文领域旗舰级的设备之一，投入运行后，预计10年总数据量可达60PB，大约对应上百亿天体，这将带领中国天文步入大数据天文学时代。如此大的数据量给科学家和公众提供了充足的研究对象，届时我们将把这些图像“切”成若干小块，分给参与者，让大众通过查看高质量空间天文数据参与天文学研究。目前的强引力透镜查找项目也是为CSST项目做些准备和培育工作，先把平台搭起来，用当前的数据培养一批用户，当CSST数据到来时，可实现海量空间天文数据和公众的无缝连接。

《中国科学报》：后续我们还有哪些公众参与科学的计划。

李楠：除了引力透镜，后续还有星系形态分类（区分出旋涡星系、椭圆星系、不规则星系等），时域信息研究，超新星寻找等。

其实公众科学项目国外起步较早，10年前国际上就有星系形态分类公众参与科学项目，目前较成熟的有星系动物园（www.galaxyzoo.org）、引力透镜查找（www.spacewarps.org）、行星猎人项目等。而且，国外一步步把各种公共科学项目综合起来，构建一个大平台。比如，宇宙动物园公民科学计划（Zooniverse.org）把生物学、海洋学甚至莎士比亚手稿辨别等内容都放进来了。

国内这方面的科学项目刚开始，但我们的优势是网络基础设施好，高质量用户多，所以追赶起来会很快。从硬件条件来说，用户有个人电脑就可以参与，目前我们正在开发小程序，届时有手机就能参与其中。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1093/mnras/stac2130 

https://doi.org/10.48550/arXiv.2204.04866