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为了解城市运转,天体物理学家将太空望远镜瞄准了纽约

芒果街上的玉米 2019-04-17 来源:好奇心日报
就像用显微镜中观察微生物。

地球漂浮在宇宙中,像一粟之于沧海。在这颗小小的星球上,有无数的望远镜望向太空。不过 Federica Bianco 的望远镜用来观测地球自身。

作为纽约大学的天体物理学博士后,观察太空中的星系运转就是 Federica Bianco 的工作。她参与了有史以来规模最大的天体物理学项目之一——大型天气调查望远镜(LSST)的开发,这种望远镜能够每三天完整成像一次南半球的天空,每晚产生 20TB 左右的数据。

在几十年如一日凝视太空之后,Federica Bianco 在 TED 2019 大会上说,觉得认为自己的知识并没有得到充分利用,同时自己的精力也没处释放——虽然她还是一位多次出场的职业拳击手。

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△ 来源:Flickr

于是 Federica Bianco 把她的望远镜摄像头倒转,瞄向了纽约市。她开始用观察太空的方法观察城市。Federica Bianco 与她的丈夫,同样也是天体物理学家的 Gregory Dobler 共同开发了一个名为“ 城市天文台 ”的项目。同样是通过望远镜看世界,只是他们的镜头中不再是飘荡的星云和闪烁的恒星,而是纽约一幢幢大楼上排泄出的废气和塔顶彻夜不息的灯光。

简单的来说,他们所做的事情就是将天文观测技术应用于城市,研究城市的能源使用情况和各种类型的污染等。纽约是地球上人口最密集的城市之一,这个 862 万人口的城市每天会产生 11000 吨垃圾。2015 年,一个由 28 名城市分析师组成的国际团队在《美国国家科学院院刊》上刊文称,纽约大都会区是世界上最浪费资源的大都市。它拥有大约 100 万栋建筑,30 万个电线杆,2000 座桥梁,6000 英里全国最拥挤的街道和 1.35 万英里老化水管和下水道。

数字是静态的,而城市是动态的。每一天的纽约都与前一天不同。我们不能只靠几年一次的大规模普查来认识一个不断变幻着的都市。Federica Bianco 在布鲁克林市中心的一座高楼顶上为人类了解城市创造了一个“上帝视角”。她用一台常规摄像机和一台捕捉红外波长的摄像机拍摄曼哈顿中城区的全景图像。每 10 秒钟生成一张照片,每天 8640 张图片。他们通过这种方式来捕捉瞬息万变的纽约市。

他们有了一些有趣的发现,比如纽约市大部分的温室气体并不是来自于汽车排气管,而是来自于建筑物。“纽约 75% 的温室气体都是从建筑物中排出的。”Federica Bianco 在演讲中展示了一张动态图片,在高倍摄像头之下,纽约大大小小的建筑物正在释放烟羽。

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所谓烟羽,一半指的是从烟囱中连续排出的,外形呈羽状的烟体。它可以看作是由无数个依次排放的烟团组成,每个烟团排出后即沿风向运动。Federica Bianco 的摄像头不仅能够判断出这些气体是从哪里排出的、运动轨迹是怎样的,还能判断出每股气体的平均浓度,更能从气体的颜色来大致判断它们是否属于有害气体。

2014 年,Federica Bianco 的丈夫 Gregory Dobler 这样向媒体描述他们所看到的景象:建筑物每隔一段时间就会“打嗝”。但如果你不使用望远镜,就很难用肉眼察觉这些气体的存在。他们的发现将会被应用在城市的环境保护事业上。此前,为了获得关于水质、交通和电力使用情况的数据,纽约市已经安装了成千上万的传感器来监控城市生活。但这些硬件意味着巨大的支出。

“你想象一下为纽约所有建筑物配备传感器带来的成本。那是巨大的。”Federica Bianco 说,他们的望远镜能够把城市控制环境污染的成本大大降低。除了监视气体排放,望远镜还会在夜间观察纽约市的照明情况。Federica Bianco 介绍说,通过测量亮灯地区的规模和持续时间,他们可以估算城市照明需要耗费多少能源,以及会对环境造成多大负担。除此之外还有一些有趣的发现,比如一过晚上 12 点立刻关灯睡觉的曼哈顿人只有 6%。

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“我已经把自己的天文学经验应用在了城市科学之中,现在正在尝试把在城市科学中学到的东西应用于天文学之中。”Federica Bianco 说,她发现超新星 A 的光回波的运动轨迹非常类似于建筑物上飘逸出的气体。之前她为纽约搭建的观测模型或许下一步会被应用在太空之中。联合国预测,在接下来的三十年中,世界上几乎所有的人口增长都将发生在城市中心。到 2050 年,地球上将有多达 1/7 的人口居住在城市地区。了解城市的运行法则,让这台巨大的机器有效运转,将会是一个更大的需求。


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