在“干極”阿塔卡馬沙漠摘星

阿塔卡馬沙漠被認(rèn)為是地球上最像火星的地方之一，平均年降水量不足5厘米，是全世界除兩極之外最干燥的地區(qū)，被人們稱為“世界干極”。 有研究稱，在這里的某些地方，甚至連細(xì)菌都活不下去。然而就在這樣看似極度荒蕪的世界角落，卻是觀星的天堂。

世界上最干旱的角落

為何僅一山之隔的亞馬孫平原遍布熱帶雨林，這里離海岸不遠(yuǎn)，卻如此干燥？這是因為帶著水汽的大西洋暖濕氣流會被高大的安第斯山脈阻攔，阿塔卡馬沙漠的西部又有強大的秘魯寒流經(jīng)過，產(chǎn)生減溫減濕的影響，而這里常年盛行的東南信風(fēng)又是從大陸吹向海洋，無法為大陸帶來水汽。加之這里地處低緯度，全年受副熱帶高氣壓帶控制，氣溫高且蒸發(fā)量大，盛行的下沉氣流使空氣變得非常干燥。

但這干極之上，卻有著全世界最大的天文觀測區(qū)，一架架望遠(yuǎn)鏡仰望蒼穹，參悟著宇宙古往今來的密碼。

出發(fā)，到南半球去！

第二次世界大戰(zhàn)后，美國登上了天文學(xué)研究領(lǐng)域的巔峰，不服氣的歐洲天文學(xué)家決定聯(lián)合起來在南半球建立一個天文臺，因為當(dāng)時天文界對南天的觀測不夠充分。在南非3個世紀(jì)以來的天文觀測經(jīng)歷也讓他們認(rèn)識到，那里的觀測條件遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過歐洲，所以一開始，他們把目光放在了南非的沙漠中。

無論是稠密的大氣還是大氣中的水分子，都會讓望遠(yuǎn)鏡接收到的星光出現(xiàn)衰減，所以天文臺的選址不只要足夠黑暗，也要高、要干，更要晴天多。還要大氣足夠穩(wěn)定，以保證足夠的視寧度，嚴(yán)格控制星光受空氣流動影響而發(fā)生的彎折和抖動幅度。

曾任漢堡大學(xué)天文系主任的?？寺鼜乃瑯用χo天文臺選址的美國學(xué)生那里聽說，安第斯山脈腳下的智利，無論是視寧度、夜間溫度變化幅度、晴夜數(shù)等，都比南非更有優(yōu)勢。

于是，歐洲南方天文臺（簡稱歐南臺，縮寫為ESO）的籌建者們開著破舊的吉普車進了阿塔卡馬沙漠，最終確認(rèn)拉西拉山作為臺址（La Silla，西班牙語意為鞍狀山）。接下來，歐南臺從智利政府那里買下了一塊以拉西拉山為中心的800平方公里的土地，智利政府僅象征性地收取了8000美元。很快，這里成了世界三大天文臺址之一——另兩個分別在夏威夷的莫納克亞山和大西洋上的加納利群島。

和莫納克亞山相比，阿塔卡馬沙漠中的天文臺站分布更廣。歐南臺由南到北先后建成了拉西拉天文臺、帕瑞納天文臺（Paranal Observatory）、查南托天文臺（Chajnantor Observatory），橫跨5個緯度。3個天文臺不但越修越遠(yuǎn)，而且越修越高，從2400米一路攀升到5080米。

如今，歐南臺的合作方有16個歐洲國家，真正整合了歐洲的天文觀測力量，除此之外還有巴西和智利。

歐南臺的望遠(yuǎn)鏡們

拉西拉天文臺的第一批設(shè)備是僅僅1米量級的中小口徑望遠(yuǎn)鏡。1976年投入使用的3.6米望遠(yuǎn)鏡，才標(biāo)志著歐南臺真正形成“戰(zhàn)斗力”。現(xiàn)在，拉西拉觀測站已經(jīng)擁有20多臺天文望遠(yuǎn)鏡，被稱為“望遠(yuǎn)鏡公園”。

歐南臺目前最大的望遠(yuǎn)鏡在拉西拉天文臺以北600公里的帕瑞納天文臺。這里的空氣非常干凈，能見度極好，一年當(dāng)中有350個晴天可以進行觀測，方圓幾公里內(nèi)沒有城鎮(zhèn)和村莊。

1987年12月8日，歐南臺當(dāng)時的8個成員國一致決定，要建成一個“非常大”的望遠(yuǎn)鏡（Very Large Telescope），后來我們把它翻譯為甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）。名字看似隨性，但它的性能可不一般，它是4架口徑8.2米的望遠(yuǎn)鏡以及4臺口徑1.8米的可移動輔助望遠(yuǎn)鏡的組合。當(dāng)它們處于“合體”工作狀態(tài)時，聚光能力相當(dāng)于一臺口徑16米的望遠(yuǎn)鏡，超越了之前世界上最大的單體望遠(yuǎn)鏡凱克Ⅰ和凱克Ⅱ望遠(yuǎn)鏡（口徑10米）。其聚光能力比凱克望遠(yuǎn)鏡高2.5倍。角分辨率可達(dá)0.0005弧秒，這意味著可以分辨64萬公里遠(yuǎn)處的轎車的兩個前車燈。

甚大望遠(yuǎn)鏡的每個主鏡鏡片重22噸，外形為新月形，為了保證鏡片在不同的位置、風(fēng)力、溫度的情況下都不會變形，望遠(yuǎn)鏡由150個用計算機控制的支撐點來調(diào)節(jié)鏡面，使其能夠永遠(yuǎn)保持所需要的理想形狀，這一技術(shù)就是所謂的“主動光學(xué)系統(tǒng)”。另外，它還裝備了“自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)”，用以消除大氣引起的星像抖動。

為了尊重原住民的文化，4架望遠(yuǎn)鏡的名字來自當(dāng)?shù)赝琳Z，名為Antu（太陽）、Kueyen（月亮）、Melipal（南十字）和Yepun（金星）。最后建成的“金星”，也是主鏡質(zhì)量最好的一架，其表面精度達(dá)到了8.5納米。人類驗證愛因斯坦廣義相對論預(yù)測的黑洞周圍強引力場中恒星的運動軌跡，以及人類拍攝第一張系外行星照片，都離不開它的貢獻。

接下來，阿塔卡馬沙漠又在2013年迎來了阿塔卡瑪大型毫米波/亞毫米波天線陣（ALMA），它由美國、歐盟和日本聯(lián)合建造，歷時15年，耗資超過 10億歐元，位于位置更靠北的查南托天文臺，其所在地海拔不但是最高的，且濕度很低，為亞毫米和中紅外天文觀測創(chuàng)造了絕佳的條件，也正是如此，它也在人類拍攝第一張黑洞照片時發(fā)揮了不可替代的作用。

與我們之前介紹過的阿雷西博不同，它更有群狼戰(zhàn)術(shù)的范兒：ALMA由66 個口徑為7米和12米、平均造價在1000萬美元以上的高精度大型射電望遠(yuǎn)鏡組成，遠(yuǎn)遠(yuǎn)看上去就像一個個太陽灶，相比之下阿雷西博的直徑僅有305米。它的660 多個接收器靈敏度極高，如果將組成ALMA的射電望遠(yuǎn)鏡任意選擇一架放在我國的最北方漠河，它可以聽到海南三亞一枚硬幣落地的響動。

地表最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡

正是因為良好的觀測條件，地面天文項目的投資正在源源不斷地涌入這片不毛之地，2014年，一架空前的“極大望遠(yuǎn)鏡”（ELT）在帕瑞納天文臺20公里外一個3046米高的山頂安家。

這是一個空前的巨無霸，圓頂寬80米，最大直徑88米，望遠(yuǎn)鏡可移動質(zhì)量高達(dá)3000噸，穹頂總質(zhì)量5000噸，這在全世界光學(xué)望遠(yuǎn)鏡大家庭里堪稱空前。

它通過5塊不同的鏡片分別執(zhí)行收集、反射和校正光線任務(wù)，最后在接收終端成像，其中最大的主鏡由798個厚5厘米、寬1.4米的六邊形鏡片拼接而成，直徑達(dá)到了驚人的39.3米。其他4塊鏡片中，很特別的一個，是直徑2.4米的自適應(yīng)光學(xué)鏡面，這是一塊只有2毫米厚的柔性鏡面，相當(dāng)于一枚一元硬幣，但卻配備有超過5000個驅(qū)動器，每秒能做出1000次調(diào)整，精度達(dá)到幾十納米，用于改變鏡面形狀，以校正大氣湍流造成的成像失真。

預(yù)計于2028年投入使用的它將成為地表最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，它將能使人類探索宇宙中更遠(yuǎn)的物體，比如宇宙中第一個星系的光，同時也使我們能夠以無與倫比的分辨率來探索天體，包括直接對系外行星進行成像等。

大型天文望遠(yuǎn)鏡的未來

由于莫納克亞山建設(shè)大望遠(yuǎn)鏡的空間嚴(yán)重受限，全球大多數(shù)大型望遠(yuǎn)鏡都建在智利，有說法稱，2024年，這片沙漠將接納70%以上全球地面天文觀測項目的投資?，F(xiàn)在的阿塔卡馬沙漠，除了歐南臺的3個大型天文臺外，美國等國家也在這里修建了多座天文臺。

雙子座天文望遠(yuǎn)鏡，由兩個設(shè)計完全一致、口徑8.1米的望遠(yuǎn)鏡組成，其中的“北雙子”建在莫納克亞山頂，而“南雙子”就在阿塔卡馬沙漠。擁有世界上最強大光學(xué)相機的大型綜合巡天望遠(yuǎn)鏡（LSST）也將在這里落成，其像素高達(dá)32億，每夜巡天獲取的2000幅圖像，約120TB的原始數(shù)據(jù)。等效口徑25.4米的巨型麥哲倫望遠(yuǎn)鏡也已經(jīng)開始建設(shè)……

在距ELT僅30公里處的文特峰，正在建設(shè)中的中科院南美天文中心文特峰觀測臺站已初具雛形。

阿塔卡馬雖然是世界干極，但大雨過后，沙漠中也會綻開艷麗的花朵，這里的一架架望遠(yuǎn)鏡，也將摘下宇宙中最美麗的花朵。

（責(zé)編：劉婕）

阿塔卡馬沙漠是南美洲西海岸中部一片超10萬平方公里的沙漠，跨越智利、秘魯、玻利維亞和阿根廷，主體在智利境內(nèi)，南北長一千多公里，東西寬百余公里，從太平洋海岸一直延伸到安第斯山脈西麓。