祝賀!這裏能建世界最棒的天文台

2021年08月19日09:50

  作者 | 韓揚眉

  2020年冬季賽什騰山的雪後夕陽,天文台籠罩在落日餘暉中。鄧李才供圖

  中國科學家在北半球、大西洋東岸找到了一處國際一流的天文台台址,這將是世界天文學家和粒子物理學家的“福音”。

  8月18日,《自然》在線刊發了中國科學院國家天文台創新團組首席研究員鄧李才團隊的最新發現——青藏高原上的“冷湖”,有一個高質量的天文觀測點,這裏足以安裝和運行下一代任何口徑的望遠鏡。

  踏入“無人區”在海拔4200米選址

  “Congratulation(祝賀)!”在收到這篇論文時,《自然》的編輯和兩位審稿人十分興奮,不約而同地表達了他們的欣喜。

  論文通訊作者鄧李才告訴《中國科學報》,光學和紅外觀測台址是極其寶貴的戰略性稀缺資源,目前國際公認的最佳台址只有智利北部山區、美國夏威夷莫納克亞峰及南極內陸冰穹地區。

  因擁有大面積極佳觀測台址,智利將發展天文作為國策大力推動,目前全世界68%的地基光學/紅外、高頻射電天文觀測設施都坐落在智利,其在前沿研究、尖端技術、社會經濟等方面獲得巨大的發展機遇和空間。

  我國天文界長期高度重視光學天文選址工作,上世紀九十年代開始,就在我國西部地區部署選址工作。

  在天文學家的眼中,青藏高原具有特殊的意義。鄧李才說,任何地基的天文觀測都需要透過地球大氣獲取數據,越高的地方大氣越稀薄,因此,高海拔是地基天文觀測有利的基礎要素。

  青藏高原上有個“無人區”冷湖,它位於青海省海西蒙古族藏族自治州。2017年開始,鄧李才團隊利用在青海執行科研項目的機會,與謀求轉型發展的當地政府密切合作,在海西州西部“無人區”開始台址搜尋工作。

  冷湖地區日照豐沛、降水極低、夜空晴朗,歷史記錄的天氣條件非常良好。通過對冷湖賽什騰山區的實地考察,研究團隊依據沙塵垂向呈指數分佈的特性,確定在山區4200米海拔標高點(賽什騰C區)進行定點選址。

  3年連續監測結果令人驚喜

  2018年1月16日,選址團隊正式對該地域的晴夜數量、晴夜背景亮度和氣象進行連續監測。當年5月起,團隊在海西州政府支援下通過直升機吊運,於賽什騰山4200米標高監測點初步建成基礎設施。

  鄧李才回憶說,當時,山區尚無道路可以通達監測地,選址團隊以人力背負各種儀器設施,穿越崇山峻嶺,克服重重困難,經曆生死考驗,建成了所有關鍵台址參數的測量平台並開始運行。

  為保障參數測量的連續性,團隊人員數十次冒險攀登,對設備進行升級和維護。

  終於,在全體成員的努力下,團隊獲得了關於賽什騰山台址區域的各種參數,包括氣象、天光背景、晴夜數量和天文大氣總視寧度等所有參數的95%連續覆蓋率,獲得了對賽什騰山光學、紅外觀測條件的結論性數據。

  為避免各種非科學因素對大型天文觀測設施選址產生干擾,保證數據的可靠性和公正性,所有的原始數據在整個選址過程中實時公開。

  不過,鄧李才坦承,冷湖選址唯一一個令人擔憂的問題是“沙塵”。

  “這裏是雅丹地貌,靠近塔克拉瑪干沙漠,沙塵沙暴天氣較為嚴重。”為此,鄧李才團隊購置了粉塵儀,對賽什騰山C區台址的顆粒物和氣溶膠進行了長期監測,結果令人鼓舞。

  “可喜的是,沙塵是隨高程呈指數下降分佈的,對於海拔4200米的賽什騰山,沙塵天氣可以‘忽略’。”鄧李才說,“至少柴達木地區內肆虐的風沙對4000米以上的地區沒有影響,此外,冷湖的PM10指數通常只有個位數。”

  2020年底,主要台址數據監測已達3年。選址團隊的統計分析顯示,冷湖台址的視寧度中值為0.75角秒。

  這個參數與國際最佳台址同期數據大致相同,全面優於其他台址。這些結果令鄧李才十分驚喜。

  同時,在紅外觀測條件上,對“物質起源”和“生命起源”等極端科學目標而言,最重要的台址指標是可沉降水汽,冷湖賽什騰台址是所有國際一流台址中最為優越的。

  按可觀測時間和視寧度進行綜合量化分析,賽什騰山的指標優於青藏高原其他選址點,與夏威夷莫納克亞峰和智利各天文台相比,基本持平。

  一流台址打破天文發展瓶頸

  冷湖國際一流台址的發現,打破了長期製約我國光學天文觀測發展的瓶頸,為我國光學天文發展創造了重大機遇。

  國際同行之所以興奮,在於冷湖所在的地理經度區域,尚屬世界大型光學望遠鏡的空白區,而天文觀測常常需要時域、空域的接力觀測。因此,這也是國際光學天文發展的寶貴資源。

  2020年12月19日,西華師範大學與中國科學院國家天文台合作的50釐米雙筒望遠鏡(50BiN)已率先開始工作,第一幅科學圖像上恒星的半高全寬為0.68角秒。

  如今,冷湖鎮正在建設世界級天文研究中心,發展“天文+科普+旅遊”新模式,在這個過程中,鄧李才等中國科學家發揮了重要的推動作用。

  接下來,中國科學院將與青海省政府合作,一方面,盡快對台址資源進行保護,避免燈光、粉塵、震動等的影響;另一方面,統一規劃和佈局未來重大觀測設施的建設。

  同時,力促冷湖天文台址的國際合作和開放,吸引國際領先的觀測設施落戶,使之成為國際光學天文研究的重要基地,使冷湖成為人類探索宇宙奧秘、培育原創性科學成果的重要策源地。

  相關論文信息:

  https://www.nature.com/articles/s41586-021-03711-z

  《中國科學報》 (2021-08-19 第1版 要聞 原標題為《新的一流天文台址,在中國!》)

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