每年，數百萬遊客參觀巴黎盧浮宮，瞻仰可能是歷史上最具代表性的藝術作品：列奧納多·達·芬奇的蒙娜麗莎。大多數遊客被這幅畫作神秘的光環所吸引。但有些人也看到了更深層次的美——蒙娜麗莎朦朧的風景和迷人的表情都源於列奧納多使用的暈塗法，這是一種複雜的技術，其中柔和的輪廓從許多層精緻的顏料中浮現出來，就像從霧中走出來的人物一樣。科學家在2010年表明，蒙娜麗莎的一些圖層比普通人的頭髮薄10倍。
總的來說，人類天生會對他們的主要感官做出反應——其中，視覺通常被認為是最強大的。當然，這是像蒙娜麗莎這樣的單張影像能夠如此發自內心、充滿情感力量的根本原因。在天文學中，標誌性的影像，如“創生之柱”或黑洞事件視界，既美麗又令人敬畏，但我們所看到的本質上是由數字而不是難以察覺的薄薄的顏料層構成的。這些天體景觀的“視覺”部分通常只佔天文學家用來研究天空的美麗資料的一小部分，正是無限的數字資料教會了我們關於宇宙的知識。
例如，考慮最近的一項研究，該研究揭示了一顆附近的類太陽恆星正在圍繞一個小黑洞執行。這對星體被鎖定在距離地球僅1565光年的旋轉舞蹈中，這意味著我們現在觀測到的恆星發出的光是在羅馬帝國衰落之前發出的。這一發現打破了有史以來發現的最近黑洞的記錄，並表明銀河系內潛伏著大量類似的黑暗天體。然而，沒有人直接觀察到這個黑洞，它對我們的望遠鏡和眼睛都是不可見的。它將永遠是一個看不見的伴侶，擺動著其伴星的軌道。天文學家透過分析來自蓋亞衛星的極其精確的資料，探測到了這些幽靈般的旋轉，揭示了伴星的週期性運動。與配備多個精密相機以產生絢麗天體煙火影像的詹姆斯·韋伯和哈勃太空望遠鏡不同，蓋亞主要產生純粹的數字資料。然而，正是從這些沉默的、看不見的數字中，天文學家仍然使用數學模型來描述現實，從而做出美麗的、改變世界的發現。
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮支援我們屢獲殊榮的新聞報道，方式是 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們今天世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
這一事實不僅適用於現代世界。1846年，約翰·戈特弗裡德·加勒根據法國天文學家勒維耶在前一年做出的預測，發現了海王星，我們太陽系的第八顆行星。勒維耶注意到，當時最遙遠的行星天王星的軌道受到了一個神秘質量的奇怪擾動，然後透過艱苦的數值計算，精確地指出了這個看不見的擾動者的軌道以及該天體應該出現在天空中的位置。當加勒將他的望遠鏡指向那裡時，他觀察到海王星是一個顫動的點，在背景恆星中移動。突然，太陽系增加了一個全新的世界。
然而，無論過去還是現在，影像仍然是宣傳科學發現的主要形式——即使在天文學之外也是如此。在科學教堂中，資料可能是神聖不可侵犯的，但影像才是真正的信徒，因為眼見為實。透過比較最近的兩項開創性發現，這一事實顯而易見：2016年2月宣佈的首次探測到引力波，以及2019年4月首次拍攝到黑洞事件視界的影像。這兩項突破都發生在相近的時間，並且都是革命性的。前者主要產生數值資料，並很快獲得了諾貝爾獎，而後者則在許多其他資料中製作了一張“影像”。不出所料，黑洞的影像產生的網際網路流量幾乎是引力波探測的七倍——即使在考慮到網際網路上對黑洞而不是引力波的搜尋背景更高的情況下。
天文影像有什麼特別之處？公眾和科學家當然有不同的方法和目標。對於天文學家來說，任何和所有的圖片也都是數值資料；例如，一顆恆星可能僅僅表現為望遠鏡相機上的一堆畫素，但即使是那個孤零零的點也可以揭示恆星的內在光度和溫度。仙女座星座中壯麗星系的廣闊多千兆畫素全景圖，例如仙女座星系中的那張，當然可以激發人們對我們在宇宙中位置的沉思和敬畏。但除此之外，天文學家還可以使用這些影像來測量星系的基本屬性，例如它的大小，甚至更微妙的東西，比如它的自轉或它的恆星型別和分佈。
最終，視覺和非視覺資料都描述了我們世界的現實。區別在於非視覺資料需要一個介面，一個數學模型來敘述現實。如果沒有引力理論的支援，代表恆星和黑洞華爾茲的資料將毫無意義。如果沒有愛因斯坦的廣義相對論，導致引力波探測的精確干涉資料將是無法理解的。
在他的有影響力的文章“成為蝙蝠是什麼感覺？”中，美國哲學家托馬斯·內格爾認為，“閃電具有客觀的特性，這種特性並不僅限於它的視覺外觀，而且一個沒有視覺的火星人也可以對此進行研究。確切地說，它具有比其視覺外觀所揭示的更客觀的特性。”（原文強調）閃電的外觀和電磁場變化的數學模型描述的是同一個現實。
科學家接受訓練，透過模型的介面來理解現實。對於天文學家來說，一張帶有蜿蜒曲線的圖表，這張圖表構成了引力波在探測器中漣漪的證據，可以像看到一段視覺化兩個黑洞合併的電影一樣令人興奮。
這一事實將討論擴充套件到另一個層面：天文學家在與公眾溝通中的作用是什麼？最終，它是透過讓每個人都能理解的方式來展示和表達我們宇宙的美麗。這種事業有時需要解釋科學研究的複雜性，而這些複雜性往往遠遠超出宏偉的影像。正如時鐘因其複雜的鐘表裝置而能有效地測量時間一樣，太空照片的全部美麗也建立在複雜的數學之上。這些影像隱藏的數字本身就具有獨特的魅力。
這是一篇觀點和分析文章，作者或作者表達的觀點不一定代表大眾科學的觀點。