世界級天文臺址『落戶』青海冷湖’或再次刷新『全球望遠(yuǎn)鏡之最』

青海冷湖營地 ，感受火星地表

青海冷湖，一個因能源枯竭而接近荒廢的城市，似乎很難想象，有朝一日它會作為世界級的天文觀測臺址而重新回到人們的視線。

近日，中國科學(xué)院國家天文臺（NAOC）在青海冷湖地區(qū)發(fā)現(xiàn)國際頂級光學(xué)天文臺址，對于天文觀測來說，此類站點向來是可遇而不可求。除了需要提供良好的天空視野外，還必須滿足良好天氣、可達(dá)性、空氣穩(wěn)定性等各種“苛刻”條件。

目前，國際公認(rèn)的最佳天文臺址只有三處，其中包括寒冷的南極高原。而冷湖或許便是下一個符合要求的大型天文觀測站點。

由著名天文學(xué)家、中科院國家天文臺創(chuàng)新團(tuán)組首席研究員鄧?yán)畈艙?dān)任第一作者和通訊作者。

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下一代大型天文觀測臺址誕生

冷湖天文基地進(jìn)行觀測測試

中國渴望在自己的土地上擁有世界一流的下一代望遠(yuǎn)鏡，而想要實現(xiàn)該愿景的先行條件，最重要的顯然是解決臺址選擇的難題。

事實上，從20世紀(jì)90年代開始，中國天文界就已經(jīng)開始部署相應(yīng)的選址工作。2017年，鄧?yán)畈艌F(tuán)隊通過長時間的實地考察，最終確定在青海省冷湖賽什騰山區(qū)進(jìn)行定點選址。

冷湖遺址位于阿爾金山脈以東、柴達(dá)木盆地北緣的賽什騰山的局部山峰上。地理坐標(biāo)為北緯38.6068°，東經(jīng)93.8961°，海拔4200米。根據(jù)當(dāng)?shù)厝齻€氣象站過去30年的氣候記錄，冷湖年平均降水量約18毫米，年日照時間超過3500小時。

此外，相比青藏高原普遍的高海拔來說，冷湖鎮(zhèn)區(qū)海拔不到3000米，距天文觀測場地較近，為場地的配套基地提供了舒適的條件，最近的國際機(jī)場、高速公路通道和敦煌貨運(yùn)火車站都在鎮(zhèn)內(nèi)250公里范圍內(nèi)。這種基礎(chǔ)設(shè)施為未來天文觀測活動提供了良好的物流保障。

據(jù)了解，2018年5月，該團(tuán)隊初步完成基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，測量平臺開始運(yùn)行，目前這項工作已持續(xù)3年，并最終獲得了對賽什騰山光學(xué)以及紅外觀測條件的結(jié)論性數(shù)據(jù)。一旦建成，新望遠(yuǎn)鏡或?qū)碛虚L達(dá)30米的超大孔徑，而這也是世界上最大的孔徑。

值得一提的是，為了評估冷湖的可觀測時間，該團(tuán)隊使用了自制的全天相機(jī)（LHCam）和為該站點定制的12毫米魚眼鏡頭，借以保證全天候的觀測。

總的來說，冷湖遺址在東半球占據(jù)了獨(dú)特的地理位置，彌合了莫納克亞山、阿塔卡馬和加那利群島之間的巨大差距，形成一個完美的地面高質(zhì)量天文臺網(wǎng)絡(luò)。

“利用該站點將填補(bǔ)科學(xué)家現(xiàn)有全球高海拔、高口徑天文臺網(wǎng)絡(luò)的空白，從而可以更可靠地監(jiān)測快速變化的現(xiàn)象，包括尋找系外行星上的生命跡象、引力波爆發(fā)的電磁對應(yīng)物等?！编?yán)畈疟硎尽?/p>

冷湖天文觀測環(huán)境得天獨(dú)厚

該團(tuán)隊指出，冷湖氣候干燥，天空異常晴朗。迄今為止的測試表明，夜間天空大約有70%的時間是晴朗的。另外該地區(qū)的天氣也相對穩(wěn)定，溫度變化不大，先天觀測環(huán)境優(yōu)越。

落日余暉中的賽什騰天文臺

第一，光污染程度較低

對于任何用于夜間光學(xué)、紅外天文學(xué)和行星科學(xué)的現(xiàn)代天文臺來說，首先要考慮的因素?zé)o疑是夜晚的清晰度，其次是無其它光源干擾的黑暗夜空。但是在這個過程中，光污染總是難以避免，并因此成為制約天文臺選址的重要因素。

但是在青海冷湖，這個問題卻是迎刃而解。由于光污染主要產(chǎn)自人類活動，而坐落于青藏高原上的青海省地廣人稀，因此，目前并不存在能干擾到夜空的人造光源。

另一方面，當(dāng)?shù)厥姓?017年頒布了可執(zhí)行的長期夜空保護(hù)政策，依法保障冷湖區(qū)域的“璀璨”夜空，先天上消除了天文觀測的潛在威脅。

第二，良好的自然視覺

良好的自然視覺是自適應(yīng)光學(xué)工作的關(guān)鍵要求，尤其是大口徑望遠(yuǎn)鏡，更需要這樣的外在條件。

在物理學(xué)和天文學(xué)領(lǐng)域，往往有一些極端的觀測要求，比如觀察非常微弱或者高紅移目標(biāo)，此時，就需要高空間分辨率和長時間曝光，而冷湖可以說是青藏高原上最好的站點。就總能見度而言，冷湖可與智利、夏威夷和加那利群島等地區(qū)的觀測站點相媲美。

在考慮潛在的觀測站點時，在可視時間和晴朗時間方面都有利的可觀測時間長度是確定站點的關(guān)鍵參數(shù)，而冷湖在該方面的分?jǐn)?shù)為 65%，與智利帕瑞納山的66%不相伯仲。

第三，極強(qiáng)的空氣穩(wěn)定性

據(jù)了解，夜間溫度變化是構(gòu)成總能見度的基本要素之一。該團(tuán)隊根據(jù)天氣數(shù)據(jù)進(jìn)行局部分析，最終發(fā)現(xiàn)冷湖區(qū)域的空氣保持著高強(qiáng)度的穩(wěn)定性。

自2018年3月以來，無論天氣狀況如何，該團(tuán)隊基本保持白天每20分鐘拍攝一次全天圖像，黃昏和黎明之間每5分鐘拍攝一次的持續(xù)觀測。包括風(fēng)、溫度以及兩者的空間和時間變化，這些因素都會動態(tài)地影響當(dāng)?shù)氐目諝夥€(wěn)定性。而冷湖空氣的動態(tài)活動相當(dāng)?shù)?，另外，冷湖日?nèi)溫度變化的平均振幅僅為5.6K，黃昏至黎明之間的觀測時間平均振幅僅為2.4K。

不過需要注意的是，科學(xué)研究和工業(yè)發(fā)展之間的潛在沖突依舊是迫切需要解決的一大難題。鄧?yán)畈胖赋?，未來隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展，如果冷湖人口隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展而增長，那么對光污染的控制可能會失去。