青藏高原星空中的天文奧秘

目前，世界上著名的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡建造地有美國(guó)夏威夷的莫納克亞山以及智利的帕瑞納山。歐美日等國(guó)家在這些臺(tái)址建造了許多大口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，數(shù)十年間已經(jīng)取得了豐碩的科學(xué)研究成果。

那么，除了這些地方，在中國(guó)有沒(méi)有適合建造大口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的地方呢？答案是有！不僅是有，它還是全世界數(shù)一數(shù)二的臺(tái)址候選地，簡(jiǎn)直就是天文學(xué)中光學(xué)觀測(cè)的天選之地，這就是中國(guó)的青藏高原！

左圖和右圖分別是在遠(yuǎn)離光污染地區(qū)和城市地區(qū)拍攝到的獵戶座星座（供圖/ 袁懋）

視寧度不同條件下對(duì)木星的觀測(cè)對(duì)比圖（供圖/ 袁懋）

什么因素會(huì)影響光學(xué)觀測(cè)？

自400年前，意大利天文學(xué)家伽利略發(fā)明第一架光學(xué)望遠(yuǎn)鏡以來(lái)，人類已經(jīng)在地表上建立了一批又一批的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，幫助我們不斷探索廣袤宇宙。隨著科技進(jìn)步，我們的望遠(yuǎn)鏡性能不斷提高，同時(shí)對(duì)建造望遠(yuǎn)鏡的臺(tái)址要求也越來(lái)越嚴(yán)苛。那么，科學(xué)家們?yōu)槭裁匆贿h(yuǎn)千里、翻山越嶺去荒無(wú)人煙的地方選址建造天文望遠(yuǎn)鏡，而不選在城市呢？

首先，城市中有可見(jiàn)光的光污染問(wèn)題。我們所在的生活區(qū)，無(wú)可避免地充斥著各種人造光源。這些來(lái)自各個(gè)方向、包含各種波長(zhǎng)的光污染源，對(duì)于聚焦光線的望遠(yuǎn)鏡來(lái)說(shuō)無(wú)疑是個(gè)災(zāi)難。大量的光污染會(huì)干擾甚至覆蓋宇宙深空里天體發(fā)出的光。因此，光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡需要盡可能遠(yuǎn)離人造光覆蓋區(qū)域。

其次，某些氣象因素也會(huì)嚴(yán)重影響光學(xué)天文觀測(cè)的效果，其一就是視寧度。視寧度是指大氣湍流對(duì)天文圖像質(zhì)量的影響——這些湍流會(huì)讓恒星閃爍。我們看到星星“眨眼睛” ，就是大氣湍流造成星星忽明忽暗的閃爍效應(yīng)。在視寧度好的條件下，觀測(cè)恒星因?yàn)榇髿馔牧鲙?lái)的抖動(dòng)比較小，所以照片上星象更加銳利清晰。

那么“遠(yuǎn)離城市、遁入高山”是否就能建造光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡呢？其實(shí)不然，還有部分氣象指數(shù)也是科學(xué)家們選定天文臺(tái)址的一個(gè)重要考慮因素，比如晴天數(shù)、空氣濕度、透明度等等。

青藏高原為什么是上上之選？

一個(gè)合適的光學(xué)觀測(cè)環(huán)境，應(yīng)該至少滿足幾個(gè)條件：沒(méi)有光污染、天氣晴多云少、大氣氣流穩(wěn)定、空氣干燥稀薄且顆粒物少。美國(guó)夏威夷和智利兩地的天文臺(tái)無(wú)疑在這些方面都能滿足。而完美契合這些條件的青藏高原，更是上上之選。

首先，青藏高原是地球上海拔最高的陸地，平均海拔高出地平線4500多米，能有效遮擋地面絕大部分光源傳播。而且這里人跡罕至，幾乎不存在光污染。

其次，由于高海拔，青藏高原空氣稀薄，大氣分子密度低;又因?yàn)榛臒o(wú)人煙、冰原覆蓋廣泛，導(dǎo)致空氣中塵埃顆粒極低，透明度極高，大大降低空氣對(duì)光線的擾動(dòng)和吸收。

圖中橙黃色區(qū)域是地球上海拔最高的地區(qū)——青藏高原，它能有效遮擋地面絕大部分光源傳播

再者，青藏高原大多數(shù)地區(qū)干旱少雨，空氣濕度低，背靠喜馬拉雅山脈，大氣湍流較弱，有效保證了觀測(cè)到的光源的穩(wěn)定性。

不僅僅是天文光學(xué)波段，青藏高原同時(shí)也是天文其他電磁波段或其他科學(xué)設(shè)備的理想之地。目前，中國(guó)科學(xué)院高能粒子物理研究所已經(jīng)在青藏高原建造了羊八井國(guó)際宇宙線觀測(cè)站，用來(lái)探測(cè)高能宇宙射線。還有一批其他領(lǐng)域的科學(xué)實(shí)驗(yàn)室也將陸續(xù)進(jìn)駐青藏高原，比如原初引力波探測(cè)、空間碎片監(jiān)測(cè)、亞毫米波望遠(yuǎn)鏡等。