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踏入無人區(qū)在海拔4200米選址 3年連續(xù)監(jiān)測結(jié)果令人驚喜

2021-08-19 13:46:50 來源：中國科學(xué)報(bào)

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

8月18日，《自然》在線刊發(fā)了中國科學(xué)院國家天文臺創(chuàng)新團(tuán)組首席研究員鄧?yán)畈艌F(tuán)隊(duì)的最新發(fā)現(xiàn)——青藏高原上的“冷湖”，有一個(gè)高質(zhì)量的天文觀測點(diǎn)，這里足以安裝和運(yùn)行下一代任何口徑的望遠(yuǎn)鏡。

踏入“無人區(qū)”在海拔4200米選址

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

論文通訊作者鄧?yán)畈鸥嬖V記者，光學(xué)和紅外觀測臺址是極其寶貴的戰(zhàn)略性稀缺資源，目前國際公認(rèn)的最佳臺址只有智利北部山區(qū)、美國夏威夷莫納克亞峰及南極內(nèi)陸冰穹地區(qū)。

因擁有大面積極佳觀測臺址，智利將發(fā)展天文作為國策大力推動，目前全世界68%的地基光學(xué)/紅外、高頻射電天文觀測設(shè)施都坐落在智利，其在前沿研究、尖端技術(shù)、社會經(jīng)濟(jì)等方面獲得巨大的發(fā)展機(jī)遇和空間。

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

在天文學(xué)家的眼中，青藏高原具有特殊的意義。鄧?yán)畈耪f，任何地基的天文觀測都需要透過地球大氣獲取數(shù)據(jù)，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(chǔ)要素。

青藏高原上有個(gè)“無人區(qū)”冷湖，它位于青海省海西蒙古族藏族自治州。2017年開始，鄧?yán)畈艌F(tuán)隊(duì)利用在青海執(zhí)行科研項(xiàng)目的機(jī)會，與謀求轉(zhuǎn)型發(fā)展的當(dāng)?shù)卣芮泻献鳎诤Ｎ髦菸鞑?ldquo;無人區(qū)”開始臺址搜尋工作。

冷湖地區(qū)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(qū)的實(shí)地考察，研究團(tuán)隊(duì)依據(jù)沙塵垂向呈指數(shù)分布的特性，確定在山區(qū)4200米海拔標(biāo)高點(diǎn)（賽什騰C區(qū)）進(jìn)行定點(diǎn)選址。

3年連續(xù)監(jiān)測結(jié)果令人驚喜

2018年1月16日，選址團(tuán)隊(duì)正式對該地域的晴夜數(shù)量、晴夜背景亮度和氣象進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。當(dāng)年5月起，團(tuán)隊(duì)在海西州政府支持下通過直升機(jī)吊運(yùn)，于賽什騰山4200米標(biāo)高監(jiān)測點(diǎn)初步建成基礎(chǔ)設(shè)施。

鄧?yán)畈呕貞浾f，當(dāng)時(shí)，山區(qū)尚無道路可以通達(dá)監(jiān)測地，選址團(tuán)隊(duì)以人力背負(fù)各種儀器設(shè)施，穿越崇山峻嶺，克服重重困難，經(jīng)歷生死考驗(yàn)，建成了所有關(guān)鍵臺址參數(shù)的測量平臺并開始運(yùn)行。為保障參數(shù)測量的連續(xù)性，團(tuán)隊(duì)人員數(shù)十次冒險(xiǎn)攀登，對設(shè)備進(jìn)行升級和維護(hù)。

終于，在全體成員的努力下，團(tuán)隊(duì)獲得了關(guān)于賽什騰山臺址區(qū)域的各種參數(shù)，包括氣象、天光背景、晴夜數(shù)量和天文大氣總視寧度等所有參數(shù)的95%連續(xù)覆蓋率，獲得了對賽什騰山光學(xué)、紅外觀測條件的結(jié)論性數(shù)據(jù)。為避免各種非科學(xué)因素對大型天文觀測設(shè)施選址產(chǎn)生干擾，保證數(shù)據(jù)的可靠性和公正性，所有的原始數(shù)據(jù)在整個(gè)選址過程中實(shí)時(shí)公開。

不過，鄧?yán)畈盘钩校浜x址唯一一個(gè)令人擔(dān)憂的問題是“沙塵”。

“這里是雅丹地貌，靠近塔克拉瑪干沙漠，沙塵沙暴天氣較為嚴(yán)重。”為此，鄧?yán)畈艌F(tuán)隊(duì)購置了粉塵儀，對賽什騰山C區(qū)臺址的顆粒物和氣溶膠進(jìn)行了長期監(jiān)測，結(jié)果令人鼓舞。

“可喜的是，沙塵是隨高程呈指數(shù)下降分布的，對于海拔4200米的賽什騰山，沙塵天氣可以‘忽略’。”鄧?yán)畈耪f，“至少柴達(dá)木地區(qū)內(nèi)肆虐的風(fēng)沙對4000米以上的地區(qū)沒有影響，此外，冷湖的PM10指數(shù)通常只有個(gè)位數(shù)。”

2020年底，主要臺址數(shù)據(jù)監(jiān)測已達(dá)3年。選址團(tuán)隊(duì)的統(tǒng)計(jì)分析顯示，冷湖臺址的視寧度中值為0.75角秒。這個(gè)參數(shù)與國際最佳臺址同期數(shù)據(jù)大致相同，全面優(yōu)于其他臺址。這些結(jié)果令鄧?yán)畈攀煮@喜。

同時(shí)，在紅外觀測條件上，對“物質(zhì)起源”和“生命起源”等極端科學(xué)目標(biāo)而言，最重要的臺址指標(biāo)是可沉降水汽，冷湖賽什騰臺址是所有國際一流臺址中最為優(yōu)越的。按可觀測時(shí)間和視寧度進(jìn)行綜合量化分析，賽什騰山的指標(biāo)優(yōu)于青藏高原其他選址點(diǎn)，與夏威夷莫納克亞峰和智利各天文臺相比，基本持平。

一流臺址打破天文發(fā)展瓶頸

冷湖國際一流臺址的發(fā)現(xiàn)，打破了長期制約我國光學(xué)天文觀測發(fā)展的瓶頸，為我國光學(xué)天文發(fā)展創(chuàng)造了重大機(jī)遇。

國際同行之所以興奮，在于冷湖所在的地理經(jīng)度區(qū)域，尚屬世界大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的空白區(qū)，而天文觀測常常需要時(shí)域、空域的接力觀測。因此，這也是國際光學(xué)天文發(fā)展的寶貴資源。

2020年12月19日，西華師范大學(xué)與中國科學(xué)院國家天文臺合作的50厘米雙筒望遠(yuǎn)鏡（50BiN）已率先開始工作，第一幅科學(xué)圖像上恒星的半高全寬為0.68角秒。

如今，冷湖鎮(zhèn)正在建設(shè)世界級天文研究中心，發(fā)展“天文+科普+旅游”新模式，在這個(gè)過程中，鄧?yán)畈诺戎袊茖W(xué)家發(fā)揮了重要的推動作用。

接下來，中國科學(xué)院將與青海省政府合作，一方面，盡快對臺址資源進(jìn)行保護(hù)，避免燈光、粉塵、震動等的影響；另一方面，統(tǒng)一規(guī)劃和布局未來重大觀測設(shè)施的建設(shè)。同時(shí)，力促冷湖天文臺址的國際合作和開放，吸引國際領(lǐng)先的觀測設(shè)施落戶，使之成為國際光學(xué)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(chuàng)性科學(xué)成果的重要策源地。

標(biāo)簽：連續(xù)監(jiān)測紅外觀測臺址戰(zhàn)略性稀缺資源天文學(xué)家