為了解城市運(yùn)轉(zhuǎn)，天體物理學(xué)家將太空望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)了紐約

地球漂浮在宇宙中，像一粟之于滄海。在這顆小小的星球上，有無數(shù)的望遠(yuǎn)鏡望向太空。不過 Federica Bianco 的望遠(yuǎn)鏡用來觀測地球自身。

作為紐約大學(xué)的天體物理學(xué)博士后，觀察太空中的星系運(yùn)轉(zhuǎn)就是 Federica Bianco 的工作。她參與了有史以來規(guī)模最大的天體物理學(xué)項(xiàng)目之一——大型天氣調(diào)查望遠(yuǎn)鏡（LSST）的開發(fā)，這種望遠(yuǎn)鏡能夠每三天完整成像一次南半球的天空，每晚產(chǎn)生 20TB 左右的數(shù)據(jù)。

在幾十年如一日凝視太空之后，F(xiàn)ederica Bianco 在 TED 2019 大會(huì)上說，覺得認(rèn)為自己的知識(shí)并沒有得到充分利用，同時(shí)自己的精力也沒處釋放——雖然她還是一位多次出場的職業(yè)拳擊手。

^{△ 來源：Flickr}

于是 Federica Bianco 把她的望遠(yuǎn)鏡攝像頭倒轉(zhuǎn)，瞄向了紐約市。她開始用觀察太空的方法觀察城市。Federica Bianco 與她的丈夫，同樣也是天體物理學(xué)家的 Gregory Dobler 共同開發(fā)了一個(gè)名為“ 城市天文臺(tái) ”的項(xiàng)目。同樣是通過望遠(yuǎn)鏡看世界，只是他們的鏡頭中不再是飄蕩的星云和閃爍的恒星，而是紐約一幢幢大樓上排泄出的廢氣和塔頂徹夜不息的燈光。

簡單的來說，他們所做的事情就是將天文觀測技術(shù)應(yīng)用于城市，研究城市的能源使用情況和各種類型的污染等。紐約是地球上人口最密集的城市之一，這個(gè) 862 萬人口的城市每天會(huì)產(chǎn)生 11000 噸垃圾。2015 年，一個(gè)由 28 名城市分析師組成的國際團(tuán)隊(duì)在《美國國家科學(xué)院院刊》上刊文稱，紐約大都會(huì)區(qū)是世界上最浪費(fèi)資源的大都市。它擁有大約 100 萬棟建筑，30 萬個(gè)電線桿，2000 座橋梁，6000 英里全國最擁擠的街道和 1.35 萬英里老化水管和下水道。

數(shù)字是靜態(tài)的，而城市是動(dòng)態(tài)的。每一天的紐約都與前一天不同。我們不能只靠幾年一次的大規(guī)模普查來認(rèn)識(shí)一個(gè)不斷變幻著的都市。Federica Bianco 在布魯克林市中心的一座高樓頂上為人類了解城市創(chuàng)造了一個(gè)“上帝視角”。她用一臺(tái)常規(guī)攝像機(jī)和一臺(tái)捕捉紅外波長的攝像機(jī)拍攝曼哈頓中城區(qū)的全景圖像。每 10 秒鐘生成一張照片，每天 8640 張圖片。他們通過這種方式來捕捉瞬息萬變的紐約市。

他們有了一些有趣的發(fā)現(xiàn)，比如紐約市大部分的溫室氣體并不是來自于汽車排氣管，而是來自于建筑物。“紐約 75% 的溫室氣體都是從建筑物中排出的。”Federica Bianco 在演講中展示了一張動(dòng)態(tài)圖片，在高倍攝像頭之下，紐約大大小小的建筑物正在釋放煙羽。

所謂煙羽，一半指的是從煙囪中連續(xù)排出的，外形呈羽狀的煙體。它可以看作是由無數(shù)個(gè)依次排放的煙團(tuán)組成，每個(gè)煙團(tuán)排出后即沿風(fēng)向運(yùn)動(dòng)。Federica Bianco 的攝像頭不僅能夠判斷出這些氣體是從哪里排出的、運(yùn)動(dòng)軌跡是怎樣的，還能判斷出每股氣體的平均濃度，更能從氣體的顏色來大致判斷它們是否屬于有害氣體。

2014 年，F(xiàn)ederica Bianco 的丈夫 Gregory Dobler 這樣向媒體描述他們所看到的景象：建筑物每隔一段時(shí)間就會(huì)“打嗝”。但如果你不使用望遠(yuǎn)鏡，就很難用肉眼察覺這些氣體的存在。他們的發(fā)現(xiàn)將會(huì)被應(yīng)用在城市的環(huán)境保護(hù)事業(yè)上。此前，為了獲得關(guān)于水質(zhì)、交通和電力使用情況的數(shù)據(jù)，紐約市已經(jīng)安裝了成千上萬的傳感器來監(jiān)控城市生活。但這些硬件意味著巨大的支出。

“你想象一下為紐約所有建筑物配備傳感器帶來的成本。那是巨大的?！盕ederica Bianco 說，他們的望遠(yuǎn)鏡能夠把城市控制環(huán)境污染的成本大大降低。除了監(jiān)視氣體排放，望遠(yuǎn)鏡還會(huì)在夜間觀察紐約市的照明情況。Federica Bianco 介紹說，通過測量亮燈地區(qū)的規(guī)模和持續(xù)時(shí)間，他們可以估算城市照明需要耗費(fèi)多少能源，以及會(huì)對(duì)環(huán)境造成多大負(fù)擔(dān)。除此之外還有一些有趣的發(fā)現(xiàn)，比如一過晚上 12 點(diǎn)立刻關(guān)燈睡覺的曼哈頓人只有 6%。

“我已經(jīng)把自己的天文學(xué)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用在了城市科學(xué)之中，現(xiàn)在正在嘗試把在城市科學(xué)中學(xué)到的東西應(yīng)用于天文學(xué)之中。”Federica Bianco 說，她發(fā)現(xiàn)超新星 A 的光回波的運(yùn)動(dòng)軌跡非常類似于建筑物上飄逸出的氣體。之前她為紐約搭建的觀測模型或許下一步會(huì)被應(yīng)用在太空之中。聯(lián)合國預(yù)測，在接下來的三十年中，世界上幾乎所有的人口增長都將發(fā)生在城市中心。到 2050 年，地球上將有多達(dá) 1/7 的人口居住在城市地區(qū)。了解城市的運(yùn)行法則，讓這臺(tái)巨大的機(jī)器有效運(yùn)轉(zhuǎn)，將會(huì)是一個(gè)更大的需求。

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