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2017-8-19

一定要开喷《天空与望远镜》2017年2月号封面文章

归档于: 本站杂记, 站内随笔 @ 8:19 pm

老牌天文科普期刊《天空与望远镜》名气固矣,在很多爱好者的眼中更是神一般的存在——内容丰富翔实、紧跟前沿,对业余观测来说更是极具指导性。自己也算是该刊物多年的订户了,只是今年出于种种原因,并未及时收到年初的多期杂志。近来有朋友无意提到,被本人错过的2月号期刊,其封面文章就是介绍FAST望远镜的。将杂志索来,细读之下才发现,这篇文章才是真正的神物……可以说是彻底刷新了在下对该刊的认知啊!要问其中缘由?还请各位看官看过下文再作评论。

由于今年以来,本人除了参与FAST的调试和观测之外,为其撰写相关科普文章和书籍更是眼瞅写到了第三茬,故而对这架望远镜的性能指标相当敏感。于是在阅读由号称全国规模最大的牧X“天文”论坛坛主X某某撰写的该神文期间,但见错误和问题满天飞,不时跳出晃人眼,那种体验是相当的差劲,也实觉有失《天空与望远镜》的一贯水准。既然前阵就此事向杂志的编辑部发信抗议,却只收到了该文责编态度莫名的回复,那么这次在自己的一亩三分地上也不必客气,就是要针对文中已找到的错误,一条一条地依次详细开喷,而且还要图文并茂地喷!嗯,这个挑错的过程权当是给自己做个巩固复习,并引以为诫了。

1、p27,“the SKA concept transitioned away from a few, very large dishes to thousands of smaller antennas to be built in Australia and South Africa instead”
如果没有记错,当年平方千米阵开始向全球征集建设方案后,中国提出了Multi-FAST设计,澳大利亚、南非等其他国家提出小天线阵设计,最终后者被采纳而前者遭废弃,哪里又存在什么transition?没错,当时中国的方案提出时间确实较其他国家为早,但在任何一个工程中,谁也不能保证第一个提议一定能够中标吧?

2、p28,“government officials finally gave the green light to the FAST project in July 2007, providing 1.2 billion renminbi (about $180 million) for the giant receiver’s construction”
关于项目费用问题,文中表述不够严谨。当2007年FAST刚刚立项时,获批的经费记得是只有7、8个亿可能还不到,好多年后才又追加了另一部分。何况for giant receiver’s construction……呃,我们项目组要是真的能够拿到12亿人民币专门建造接收机,早就爽到歪了好吗!而要是该作者想在这里用receiver指代大锅,但前后文里该词都是用来称呼接收机系统,这难道不是在混淆概念么,用telescope,dish,antenna,甚至是structure之类的词不是更好么?说实话,研习天文多年以来,这还是头一次看到有人在如此上下文语境中使用receiver指代射电望远镜本身……

3、p28,“Next came the installation of 8,895 thick steel cables, suspended over the giant, circular hole to form a sphere-shaped “net”; adding thousands of tie-down cables anchored into the ground”
FAST反射面的索网由8895根钢索组成不假,但其中的2225根都是下连促动器的下拉索;悬挂在圈梁上、编成网兜的主索只有6670根。看文中称先挂好8895根钢索组成网络,再添加数千根下拉索,显然这作者没有弄清索网的组成结构,并不知道前者其实已经包括了后者。

4、p28,“FAST’s big dish consists of 4,450 triangular panels”
只放一张图片,勾出其中一块边缘面板来,各位自己去数一数,它到底是有三条边还是四条?不能因为最外侧这一圈一百来块异形面板数量较少,就无视其存在嘛!

5、p28,“At Arecibo, which has a spherical reflecting surface, the focus is strung out along a line”
喂喂,阿雷西博的焦线早在差不多20年前就已经升级为焦点了,不带这么黑别人的。而如果此处要突出说明球形反射面不能聚焦的性质,后文不止一次地强调阿雷西博有效口径只有225米就是没有道理的事情了。但想来此文作者当年前往南京大学开讲业余天文观测时,还能把地平式望远镜当作赤道式的看待,本人是真心不指望他能弄清人家Gregorian Dome的玩法了……

不厚道地晒出该文作者早年的黑历史一枚,嘿嘿……

6、p28,“2,226 mechanical actuators”
首先,当前促动器总数2225,差出的那一个应该位于反射面中心点,但这一区域尚待封堵。其次,所有促动器均非机械促动器。包括预定放在中心点但现在仍未安装、结构与其余2225台迥异的那一台,它们一律是液压的,液压的,液压的!重要的事情说三遍,某参与过促动器研发的同事看到这一段之后真的是气不打从一处来。另外,跟2226个促动器配套的就不再是4450块面板了,因为根据最初的设计,中央孔洞要用5块三角形活动面板填充,不过最终实施方案仍需进一步的商讨。

7、p28,“These devices can shorten their respective cables by about 47 cm”
第一,能够大幅度收缩的不是反射面的下拉索,而是连接下拉索的促动器液压杆。当反射面变形时,相应300米有效口径内的大多数下拉索只会因为受力增大而略微伸长,只是抛物面外围的少数索需要被松弛从而稍稍缩短,但也绝无可能改变长度近半米。要知道,那好歹也是比一般人的大拇指还粗一号的钢索,不是弹簧,更不是橡筋!凼底那些下拉索自身的长度不过一米多,要是能收缩47厘米……这未免也太可怕。第二,如下图中的设备铭牌所示,大多数促动器的行程是1.2米。文中提到的47厘米其实指的是从标准球面到所需抛物面顶点的大致距离(但并非准确值);而从索网的自由悬挂状态拉到标准球面,首先就要让促动器下行最多约半米。再算上冗余量,液压杆总计要留出1米多的行程;只有反射面边缘区域的少量促动器是例外,总行程不到1米,但也明显大于文中的数据。

8、p29,“each panel has a curved surface that conforms closely to the paraboloid’s shape”
FAST反射面的每块面板本身都是球面的一部分,不能用抛物面来描述,不过就待测信号的波长而言,其与理想抛物面的差别不会带来实质性影响就是了。

9、p29,“The cables also adjust the cabin’s tilt so that it closely parallels the curved reflector surface below”
FAST对外科普时宣称索驱动粗调馈源舱,舱内机构负责精调馈源,这作者就想当然了是吧?本人没兴趣跟他罗嗦,只贴一张望远镜对准较大天顶角目标时的实拍照,大家来观察一下馈源舱与馈源喇叭的姿态:

图中的红色辅助线表示与馈源舱平行的平面,蓝线指舱体下方馈源喇叭口所在的平面,二者之间明显存在交角。除非当天顶角接近望远镜的可观测极限时需要让馈源“回照”以抑制环境热噪声的污染,通常喇叭的轴向自然要与抛物面的光轴保持一致。因此可以认为,喇叭口平面在大多数情况下的确与下方同喇叭对称轴相交的反射面面板近似平行。但舱体本身是又一回事——在观测时,无论天顶角大小,索驱动系统都只负责解决馈源喇叭指向的4成不到(也就是说,馈源舱的倾角只相当于待测源天顶角的百分之三十几),剩下的6成多都是由舱内AB轴与Stewart平台两级机构共同提供的。这是为了减轻驱动索负担、提升馈源指向精度,同时在换源或跟踪过程中让舱体运行更加平顺而采取的措施;更何况索驱动在极限状态下所能提供的天顶角充其量不过十几度而已。所以如果不是观测正对天顶的源,馈源舱和反射面绝无可能实现closely parallel。
还要补充的是,任何射电望远镜的馈源定位都要分两方面来讨论。喇叭的指向只是其中之一,要求更高也更为重要的是馈源相位中心的位置。在理想情况下,相位中心应该与抛物面的焦点重合,实际显然是差异越小越好。所谓FAST的索驱动系统定位精度需要达到多少毫米以内,舱内平台又是多少毫米,指的都是相位中心的定位精度,这些参数跟馈源指向的角度误差不是一码事,不能混为一谈。

10、p29,“overall surface must be controlled to within 3 mm”,“the cable lengths are adjusted at the towers to position the entire feed cabin to within 100 mm”
这两个精度参数,一个比真实值略小;一个偏大而且大得有些离谱,真要是这种情况,相应的子系统就不要验收了,直接拖回厂家重做算了。

11、p29,“206-m-wide focal plane”
实际的焦面宽度比文中的数据略大,是差一点208米。也不用跟本人解释这个206米的出处如何权威如何靠谱,再权威也比不过索驱动系统的控制程序源代码。

12、p30,“engineers built 25 benchmark piers inside the main reflector”
一来测量基墩总数24;二来最后一座也就是第24号基墩位于1H塔边被炸平的山头——光明顶上,不在反射面内。所有测量基墩的位置如下图中的红色圆圈所示。

13、p30,“the tops of 2,226 prisms”
实际反光靶标总数2225,差出的那一个还是因为中心点的缘故。

14、p30, “The feed cabin itself houses seven low-noise receivers”
馈源舱内的仪器平台没有那么宽敞,并不能一次性容纳所有7台接收机——Stewart系统的一号下平台仅供19波束使用;二号下平台就算加挂低频接收机,最多也只能一次性装载5台(两个下平台要求二选一安装)。而且覆盖频段最低的两台常温接收机能否被形容为“low-noise”,个人认为也是值得商榷的。

15、p30,“seven low-noise receivers that cover frequencies from 70 megahertz (MHz) to 1.8 gigahertz (GHz)”
2-3 GHz接收机向此文发来贺电……以及,责编对该错误的辩解逻辑相当清奇,所谓既然有说暂时未观测过2 GHz以上频段,那么上限写作1.8 GHz无妨,实在令人佩服得紧。且不论尚未观测不等于不能观测,本人实在是想不出,7台接收机中哪台的频率上限是1.8 GHz?

16、p30,“National Astronomical Observatories of China”
中科院国家天文台英文缩写中的那个C,全称Chinese Academy of Sciences不解释。就算在某些非正式场合有人会用到该文所说的这个写法,那也不是正确的官方名称。当然,对于该文作者这样一个主动屏蔽国内若干知名天文研究机构IP段对自家名下“天文”论坛访问权限的商人来说,关于国家天文台的官称出岔子也是很正常的结果。

以上就是国台官方网站的页眉原图,这里不需要本人再去解释CAS是个什么意思吧?

17、p30,“broad-spectrum L-band receiver”
国台跟加州理工学院合作研制的这台超宽带接收机,工作频率是270 MHz - 1.62 GHz,而L波段对应1-2 GHz,于是你怎么可以管它叫做L-band receiver?FAST真正的宽频L波段接收机,覆盖频段应该是1.1-1.9 GHz左右。

18、p30,“It can accept beams of radio energy from 19 individual targets over a frequency range of 1.23 to 1.53 GHz”
19波束接收机今年早些时候已出厂,覆盖频段1.05-1.45 GHz。考虑该文应该写成于去年,当时该接收机尚未完工,官方直到去年底今年初还说过频段1.23-1.53 GHz,这一条姑且放过一马。

19、p30,“the greatest source of radio noise seems to come from the actuator motors”
促动器液压系统的本体就是可以阻挡电磁辐射外泄的波导管结构,电机等部件的外壳也兼有电磁屏蔽罩的功能。经测试,这套系统的屏蔽指标完全达到要求,不会对望远镜的科学运营构成什么影响。在FAST进行调试和观测期间,现场也确实没有检测到来自促动器的超标信号。当然,若是拆掉装置的外壳,可能出现的干扰强度就难说了。但这种东西无论如何也不可能不加防护地直接暴露在户外运行,所以不好拿来说事对吧?

20、p30,“The project’s scientists started early tests with their gigantic new receiver in January 2016”
啊,gigantic new receiver,啊……最早完工的那台低频接收机高度只及人膝,直径倒是能有一米多,但分量轻飘飘(本人单手就能轻松掀动),于是被称为gigantic真的合适么?而这个receiver要是也像前面那样指代大锅的话……只能说这次还是在大谈特谈接收机配置之后这样搞,误导读者的效果真不赖!

喏,说的就是它,上面放的是一本32开笔记本作参照,这样看上去馈源本身算不得巨型吧?说实话,这货面宽还不及本人的办公桌,但7台接收机里也就只有19波束跟另一台低频能跟它比一比块头了……

21、p31,“A day later they targeted a pulsar near zenith, J1921+2153”
这句话本身倒是没错,但问题是,PSR J1921+2153是第一颗已知的脉冲星,在这里不特别强调一下,本人很好奇这是不是因为某人不知道的缘故……

22、p31,“two significant actuator problems have prevented any real-time tracking”
个人看来这一段是全文最要命的一个问题。参数错误尚可归结为数据参考信息的偏差,但文中列举的促动器的这两个毛病不仅不见于任何学术论文或正式报道,而且事实上根本就是子虚乌有,怕是把来源不明的各种小道消息搀在一起胡乱发挥的产物吧?本人两次追问责编要求提供此处的信息来源,对方却一直对其避而不谈,顾左右而言他,不知是不是因为心虚。尤其可笑的是第一条,“optical fibers that interconnect the actuators are behaving unpredictably”,好吧,FAST的促动器同控制系统之间的通信光纤都是树状布局,各个促动器彼此独立,不存在interconnection,所以这个毛病真的是我们想让它出现都不具备出现的条件。以及,望远镜已经开始尝试跟踪了,而且并未像该文所说的那样更换促动器,现实就是在啪啪打脸这作者。

23、p31,“2-arcminute-wide field of view”
FAST在氢线附近的分辨率即单波束宽度 = 1.22×λ/D = 1.22×0.21m/300m ~ 2.’9。不过如果用了19波束接收机,那么总视场是26角分左右(但各个波束主体部分互不重叠,彼此要保持距离)。这个2角分不管怎样都是说不通的。
而且这行文字所在的段落对漂移扫描的描述也是一团糨糊,一并解释一下好了。在真实的巡天规划中,要想实现文中所说的目标,也就是固定反射面和馈源舱、每天沿一条赤纬扫描,仅仅“points toward one spot for an entire day”是不够的,首先必须要确保方位指向是正南或正北。只有这样,观测期间才能毋需移动望远镜就沿特定赤纬扫描(“Then the declination will be adjusted slightly to sweep through a new strip of sky”),因为此时的目标赤纬值就直接反映在了系统瞄准的天顶角上。

24、p31,“the effort should yield as many as 1,000 new pulsar discoveries, all detected at the atomic-hydrogen emission at 1.4 GHz”
中性氢原子的这条超精细结构跃迁线频率怎么说也要精确到1.42 GHz吧,这作者/责编是真的不知道呢,还是觉得那个0.02可以被四舍五入掉?要知道,1.4 GHz算作射电连续谱范畴,这个频率对应的氢线谱线速度能有每秒数千千米,相当于红移零点零一几,早就跑出银河系了。其实在连续谱上,你把4.86 GHz写成4.9 GHz,或者把8.46 GHz写成8.5 GHz,问题都不是太大(原因是任何仪器的覆盖频段都会存在一定的展宽,所谓观测频率指的只是中心频率而已;而且连续谱上源的辐射很少存在跳变),但惟独在谱线附近是不可以含糊的!
至于什么新的脉冲星一律在1.4 GHz的频率上发现,这里只想说,中性氢巡天的关注频段绝不仅仅是在1.42 GHz附近,因为宇宙中还存在那么一种叫做红移的现象。巡天用的19波束接收机之所以要向下覆盖到1.05 GHz,就是为了照顾河外谱线观测的需要。如果在此期间顺便发现了一些脉冲星,那也是在数百MHz的带宽内发现的(当然,从事河内观测时,频带设置会大大收窄,但谱线与脉冲星观测不会共用同一套后端),因为脉冲星的搜索过程首先就是在整个观测频段内试消色散,再将不同频率的数据叠加,之后才轮到傅里叶变换登场去寻找周期性脉冲。如果只用窄带观测,信噪比实在提升不上去啊,何况还是在脉冲星辐射强度并不算最突出的L波段。

25、p31,“cover four times more sky than Arecibo can”
哦,FAST的可观测天顶角范围是阿雷西博的2倍,覆盖天区面积就能说是4倍了,这是要绕着天顶画个圈求半径的平方,再去算一算圈圈面积的节奏么?难道不是应该说,天顶角2倍相当于赤纬覆盖范围2倍,但赤经方向对谁都是公平的,大家都可以扫过一整圈合24小时合360度,所以面积只是2倍么?这个4倍于阿雷西博的可观测天区,连相当一部分全可动式天线都无力实现。该文责编在此问题上也是相当糊涂,令人费解。

26、p31,“search for the first extragalactic pulsars beyond the Magellanic Clouds”
第一颗位于大小麦云之外的河外脉冲星——M82 X-2几年之前就已经被发现了,甚至连M31中的第一颗脉冲星3XMM J004301.4+413017也已在2016年上半年得到了确认。但这些都是X射线脉冲星,所以严格地讲,现在只能说希望FAST找到第一颗位于大小麦云之外的河外射电脉冲星了。

27、p31,“map the interstellar medium’s abundances of hydrogen and carbon monoxide”
本人虽然是去年才从高能转行搞射电的吧,但对一氧化碳辐射的大致频率一直以来还是有些许概念的……此文作者居然给设计观测频率上限3 GHz(远期目标也不超过8 GHz)、面板控制精度水平不过数毫米的FAST分配了测绘那些毫米波乃至亚毫米波谱线的任务,真的不是在逗我?!还是说这人已经神奇到了可以自行发明一条新的低频谱线,然后将其抛上天来供我们观赏一下的程度?抑或他把一氧化碳当成拥有一系列1.6XX/1.7XX GHz脉泽线的羟基处理了?

天文光谱数据库spalatalogue提供的一氧化碳分子谱线参数,按照频率从低到高的顺序排列,哪怕波长最长的一条也是上百GHz的毫米波级别,欢迎查证

又,经一名研究生提醒,FAST跟一氧化碳扯上的关系出自Nan et al. (2011)。这篇论文内有如下桥段:

这,这,这只不过是在说,FAST观测氢线的精度可以与大尺度一氧化碳巡天比肩,由此就能够比对HI和CO两种成分,并凭借CO对氢分子的示踪特性来研究星际介质的演化而已,跟直接测绘一氧化碳分布是完全不同的两回事好吗?!但该文作者不是号称由英文专业出身的超级天文发烧友吗,能够犯下此等低级错误,也不知是因为其人天文背景知识太过匮乏(同时并没有意识到他自己的无知),还是英文阅读或改写能力比较成问题,总之都是相当说不过去的……


不排除这篇神文还存在其他问题而本人尚未发现的可能性,反正到现在为止,每次重读都能跳出新的“惊喜”(以及实打实的惊吓),实在是审丑疲劳,懒得再翻一遍了。另附原文截图一张给列位看官体会体会,红线表示已发现的各种错误,这架势是不是略壮观了些……

图注中的那个138米也只是近似值而已,不想再细讲了。其实这一页在文中还不算最惨烈的,下一页的错误密度更加感人……

比起此文的错误连篇,更让人心寒的是《天空与望远镜》责编的回应态度。对方迟迟不肯提供本人追问的不靠谱信息来源也就罢了,在文章大面积出错的情况下,其居然还能坚称这些都属于细节偏差,无关紧要。可是什么叫做量变导致质变?在一篇科普文章中,如果描述了FAST的几十个细节,但把促动器总数写成2226个,把焦面范围标为206米,这种类型的问题全文出现一两个、两三个,都是完全可以接受的。毕竟人非圣贤,孰能无过,就连项目组成员也不敢保证自己能够时刻牢记这架庞然大物纷纷杂杂的所有指标。可是如果像此文这样,页页错、段段错,大错小错连环错,各种毛病多到惨不忍睹,而且还是针对望远镜的结构设计、性能参数、科学目标全方位立体化地批量犯错,只能让人怀疑:这作者连同杂志责编对FAST工程(甚至还包括对整个射电天文学以及球面天文学)究竟是不懂呢,还是不懂呢,还是完全不懂呢?!既然不懂,就请不要写出这满纸的差池来祸害外行、气死内行,连带砸掉著名期刊的金字招牌了(反正因为这个事情,个人明年是不再打算订阅该刊了)。你们要是没有金刚钻,就千万别去揽那个瓷器活,好吗?

此外据责编称,在修订本文期间,他们的主要参考资料是若干大致发表于10年前的文献,并试图以此来反驳本人的上述指正。但是编辑大人,您老好歹也称得上是知名科技媒体人,难道就不明白,一个工程无论规模大小、花费多寡,只要没有迎来完工的那一天,其中的任何一个细节就都是变数,随时存在调整的可能性么?年代那么久远的资料,其中的相当一部分写成时FAST望远镜的建设工作甚至还未正式启动,就算它们的作者都是项目组的重要成员,放到如今的参考性又还能有多高?尤其是在种种细节上,比如当时设想的促动器方案还是机械的,所有接收机共计9台而且是要在馈源舱下方排成一圈的,而面板的安装则是用三角形通铺到底、在边缘留出锯齿状轮廓的,就连抛物面焦距和焦比数值都与今天的实情存在明显出入。(这一点也算是给自己提个醒,今后撰写其他仪器的介绍时,当然要尽量以最新的官方资料为参考,再加以注释出处。科普文章对于细节参数的列举固然毋需精确,但也要明确指出哪些只是大概的数值。)至于该责编在选题时为何不去直接联系FAST项目组或是其在中国的合作杂志《中国国家天文》(正是后者在FAST落成之际对这个工程进行了全面的官方报道),却找来这样一个严重缺乏科学和工程背景,甚至至今连贵州现场都没能踏入过半步的纯业余写手来执笔此文,本人也实在理解不能。要知道,这本刊物在报道国外的大项目大进展时,往往是邀请相关内部人士操刀的!

固然比起满网络飞舞的FAST已经找到外星人/不明信号、望远镜实为惊天XX绝密YY开支Z千亿、让著名XX学家某某人如何目瞪口呆之类的扯淡文,《天空与望远镜》的这篇封面文章已经要好上很多了,但前者属于明眼人一看便知的纯粹胡扯,读后笑笑就罢;而这篇文章则是顶着老牌知名天文科普期刊的名头,为广大爱好者(甚至还包括很多研究方向并非射电的职业天文学家)一本正经地兜售着大量错误信息,后果依然还是谬种流传。本人也说不清楚,对于科普工作来说,到底是哪种情况的危害更大一些,但终究都不是什么好事。

最后顺便一提,在同一份杂志今年1月号报道FAST落成的新闻稿中,FAST可观测天区更大的原因被解释为锅底比阿雷西博深,这……在下才疏学浅,实在理解不了这般高深的推理……是说你们不提二者的球冠曲率半径孰大孰小,不提有效口径占总口径的比例,不提主动反射面的作用,只说一个深浅,这是在耍流氓吗!

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