在青藏高原，為天文望遠(yuǎn)鏡尋一個(gè)最理想的家

彭丹妮

8月12日，青海冷湖，賽什騰C區(qū)在七夕前夕觀測(cè)到的銀河拱門。圖/洪文瀚 IC

2018年5月，在一架直升機(jī)將國(guó)家天文臺(tái)研究員鄧?yán)畈乓恍腥怂屯嗪ＣＱ率欣浜?zhèn)賽什騰山頭之前，位于“世界屋脊”青藏高原上這座海拔4200米的山峰尚未有人跡到達(dá)。不過(guò)，就在這片不毛之地，一大批天文望遠(yuǎn)鏡即將在此“安家”，它有望成為下一個(gè)世界級(jí)天文臺(tái)。

根據(jù)8月18日發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文，中國(guó)科學(xué)家在青藏高原尋覓到一個(gè)新的潛在天文觀測(cè)點(diǎn)——冷湖天文觀測(cè)基地，可以和夏威夷莫納卡亞這樣舉世公認(rèn)的極佳天文臺(tái)址比肩。該研究由來(lái)自中科院國(guó)家天文臺(tái)、西華師范大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、中科院紫金山天文臺(tái)青海觀測(cè)站等機(jī)構(gòu)的研究人員聯(lián)合完成。

適宜建設(shè)光學(xué)天文臺(tái)的地點(diǎn)在學(xué)界被稱為臺(tái)址。這項(xiàng)研究之所以重要，在于找到優(yōu)質(zhì)的天文臺(tái)地址并不容易。這種資源是稀缺的，目前，國(guó)際一流的臺(tái)址只有智利北部山區(qū)、美國(guó)夏威夷莫納卡亞峰及南極內(nèi)陸冰穹地區(qū)。擁有大面積極佳觀測(cè)臺(tái)址的智利，容納了全世界68%的地基光學(xué)/紅外、高頻射電天文觀測(cè)裝置。

而中國(guó)，甚至整個(gè)東半球，此前都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)可以與之媲美的極佳臺(tái)址，這成為制約中國(guó)光學(xué)天文學(xué)發(fā)展的瓶頸之一。

在無(wú)人之境尋找天文臺(tái)

找到冷湖天文觀測(cè)基地，是意料之外的驚喜。2009年，中科院國(guó)家天文臺(tái)加入了國(guó)際恒星觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)（SONG），需要搭建一個(gè)望遠(yuǎn)鏡。為此，鄧?yán)畈诺热诵枰獮檫@個(gè)望遠(yuǎn)鏡找一個(gè)“家”，他們調(diào)研了中國(guó)西部的一些天文觀測(cè)點(diǎn)，并花了五年時(shí)間進(jìn)行確認(rèn)，最終選定在青海省海西蒙古族藏族自治州（簡(jiǎn)稱“海西州”）德令哈市的紫金山天文臺(tái)青海觀測(cè)站。

2013年，這臺(tái)一米的望遠(yuǎn)鏡已安置于此。但超出科研人員考慮的因素是，隨著當(dāng)?shù)睾芸爝M(jìn)入一個(gè)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展時(shí)期，到2017年，因快速的城市化，德令哈的亮化程度已經(jīng)增加了近1000倍，直接影響了該望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)。就在這一年，同樣位于青海海西州的冷湖鎮(zhèn)政府工作人員找到他，談起冷湖優(yōu)質(zhì)的星空和雅丹地貌地質(zhì)環(huán)境——當(dāng)?shù)乜赡芫邆涑蔀樘煳呐_(tái)臺(tái)址的潛力，希望引進(jìn)天文項(xiàng)目。

在地面建的天文觀測(cè)裝置，按波段分為射電望遠(yuǎn)鏡和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。光學(xué)望遠(yuǎn)鏡工作在可見(jiàn)光波段，口徑越大越好。而射電望遠(yuǎn)鏡是工作于電磁波譜長(zhǎng)端的那部分，所以不受陰雨天、黑夜的限制。位于貴州黔南喀斯特洼坑中的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）于2016年落成后，使中國(guó)已經(jīng)擁有了目前世界上最大單口徑、最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡。

但在光學(xué)天文觀測(cè)上，中科院院士、國(guó)家天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)常進(jìn)告訴《中國(guó)新聞周刊》，中國(guó)跟國(guó)際上的差距很大，因?yàn)槿?0米級(jí)別的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)有10個(gè)左右，而中國(guó)目前最大的通用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡口徑僅有2.4米。郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）口徑達(dá)到了4～6米級(jí)，但LAMOST是光譜巡天望遠(yuǎn)鏡，不能進(jìn)行成像觀測(cè)。大型設(shè)備未來(lái)有了資金和能力可以解決，但是，常進(jìn)指出，沒(méi)有好的臺(tái)址，建再好的望遠(yuǎn)鏡也發(fā)揮不出應(yīng)有的效果。

歐洲、美國(guó)的光學(xué)天文世界領(lǐng)先。鄧?yán)畈攀墙诎l(fā)表于《自然》那篇論文的第一作者。他告訴《中國(guó)新聞周刊》，歐洲非常重視天文學(xué)的發(fā)展，歐洲16個(gè)國(guó)家早在1960年代就組建了歐洲南天天文臺(tái)（ESO），并在南美洲的智利建設(shè)優(yōu)良的天文臺(tái)，到了1980年代，則開(kāi)始為下一代的、8米級(jí)別望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行天文臺(tái)選址。

無(wú)論是中國(guó)的第一個(gè)現(xiàn)代天文臺(tái)南京紫金山天文臺(tái)，還是位于河北承德的興隆天文觀測(cè)基地，鄧?yán)畈胖赋?，早期的天文臺(tái)選址都因?yàn)樘拷鞘?，受到光污染以及空氣污染，不再適宜口徑更大、靈敏度要求更高的新一代望遠(yuǎn)鏡。另一方面，地基天文觀測(cè)受到大氣厚度影響，海拔越高，大氣越稀薄，受到的影響就越小。

進(jìn)入21世紀(jì)之后，中國(guó)天文學(xué)家們開(kāi)始在青藏高原這樣的高寒處尋找新的天文臺(tái)基地。2003年，國(guó)家天文臺(tái)啟動(dòng)中國(guó)西部天文戰(zhàn)略選址項(xiàng)目。2016年，國(guó)家12米光學(xué)紅外望遠(yuǎn)鏡（LOT）項(xiàng)目立項(xiàng)，并開(kāi)啟選址工作，當(dāng)時(shí)確定的候選目標(biāo)是西藏的阿里、新疆穆斯塔格山峰和四川西部稻城地區(qū)，這三個(gè)選址，有兩處位于青藏高原，一處位于帕米爾高原。但因?yàn)楦鞣N原因，12米望遠(yuǎn)鏡的臺(tái)址沒(méi)有最終確定。

這三個(gè)候選地點(diǎn)，要么靠近邊境，要么被橫斷山脈阻攔。相較而言，冷湖更有區(qū)位優(yōu)勢(shì)。鄧?yán)畈欧治?，冷湖同樣處在青藏高原地區(qū)，但位于甘肅、青海、新疆三省區(qū)交界處，并不算太偏僻，其250公里開(kāi)外是旅游城市敦煌，而敦煌擁有機(jī)場(chǎng)、高鐵、公路，便于大型裝置的運(yùn)輸。

從氣候上來(lái)看，冷湖地區(qū)日照充沛、降水極少、寸草不生、星空明澈。研究小組分析了這里過(guò)去30年的天氣記錄，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)每年的降水量只有18毫米，而年日照時(shí)間有3500小時(shí)，這些數(shù)據(jù)對(duì)于天文學(xué)家來(lái)說(shuō)，堪稱“驚艷”：拿日照時(shí)長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于12個(gè)小時(shí)的白晝里，平均每天就有10小時(shí)日照。

鄧?yán)畈耪f(shuō)，實(shí)際上，上世紀(jì)80年代末～90年代初，中國(guó)曾開(kāi)展過(guò)青藏高原的資源普查，其中就包括未來(lái)是否可以建天文臺(tái)。冷湖因大面積風(fēng)蝕地貌和比鄰塔克拉瑪干沙漠，被認(rèn)為風(fēng)沙太大，因而被排除。事后看來(lái)，情況并非如此。他們團(tuán)隊(duì)實(shí)地勘察后發(fā)現(xiàn)，冷湖選址點(diǎn)與其下方的柴達(dá)木盆地有1000米以上的高差，沙塵很難到達(dá)山頂，即便是山腳發(fā)生沙塵暴，山頂上的天空依然湛藍(lán)。

冷湖曾是中國(guó)重要的石油產(chǎn)地，最繁華時(shí)，這座因石油而建的小鎮(zhèn)人口多達(dá)10萬(wàn)。隨著上世紀(jì)80年代石油資源枯竭，冷湖日漸蕭條，如今大約只有100來(lái)人常住在此。人煙稀少，也就意味著不用擔(dān)心光污染問(wèn)題。2017年7月，當(dāng)冷湖官員邀請(qǐng)鄧?yán)畈湃ダ浜疾焯煳呐_(tái)建設(shè)的可能性時(shí)，因?yàn)榈铝罟煳呐_(tái)的經(jīng)歷，鄧?yán)畈胚€是有些顧慮，不確定冷湖未來(lái)會(huì)不會(huì)重蹈覆轍。一個(gè)星期以后，一位執(zhí)著的地方干部拿著紅頭文件來(lái)找他，承諾冷湖將全域設(shè)為暗夜保護(hù)區(qū)，規(guī)范企業(yè)、市政和家用燈光，打消了他的顧慮。