天目Tech+专访丨青海冷湖登上《自然》这片“天文乐土”为何受到关注?

在青海省海西州茫崖市冷湖镇,一座世界级的天文台基地正在拔地而起。

站在冷湖镇海拔4200米的赛什腾山四下望去,戈壁滩荒凉无垠,远处群山一眼看尽,阵阵呼啸的“风斧”裹挟着飞沙,“雕刻”出形态万千的风蚀土林群……

为何要在这里建设天文台基地?选址过程中,科研人员都经历了什么?这里又将建设出怎样的天文设施?北京时间8月19日,相关研究登上《自然》杂志,《天目Tech 》专访了论文第一作者、国家天文台创新团组首席研究员邓李才。

天目Tech+专访丨青海冷湖登上《自然》这片“天文乐土”为何受到关注?

冷湖研究登上《自然》 图片截自《自然》官网

三年观测得数据

冷湖选址“视力”有多强?

在天文学家的眼中,海拔对天文台选址而言具有特殊的意义。

天文观测需要透过地球大气获取数据,越高的地方大气厚度越小,大气吸收和其它干扰因素越小,因此,高海拔是地基天文观测的基础要素。

早在2000年,中国的天文学家就开始了西部天文选址,海拔4200米的冷湖地点也很早进入了目标范围,“这里除了夜空晴朗、日照充沛,还有相对优越的交通和区域安全。”邓李才说。

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冷湖实景。采访对象 供图

然而,对于天文台址的选择,不仅需要主观判断,更需要科学数据支撑。2018年至2020年,科研人员对冷湖选址进行了长达三年的连续监测,获取了大批科学数据。

根据论文,在观测中,科学家明确了冷湖选址的气象、天光背景、晴夜数量和天文大气总视宁度(DIMM测量)等重要参数。

例如,根据观测,团队在冷湖选址收集了近50万个数据点,验证了冷湖的“总视宁度”中值为0.75角秒(一个园周分成360份为1度,1角秒时1度为1/3600),“视力”条件可与夏威夷的莫纳克亚、智利的帕拉纳尔、西班牙拉的拉帕尔马岛等世界一流天文台址相媲美,是青藏高原上的绝佳选择。

又如,研究中,团队收集了756天的临时天气数据。“现场的平均风速为4.5米每秒,55%的观测夜时间可沉降水汽值低于2毫米,表明现场地表空气非常稳定,大气含水量也很低。”邓李才说。

总体而言,数据显示,冷湖台址的优质可观测时间长、视宁度好、风速低、能见度高,非常适宜设置大型天文观测设施,以获取探索宇宙的原创性科学成果。

登上海拔4000多米

选址过程经历了什么?

冷湖镇东部的赛什腾山是建设天文设施的首选目标,高处海拔可达4500米左右。

从山上获得的数据有多让人兴奋,获取数据的过程就有多履险蹈难。

一开始,在海西州政府的帮助下,直升机担重任,往山上运送了不少设备和基建材料。

然而,没有道路通达选址点,后期的选址设备运行与维护,就没那么轻松了。赛什腾山怪石嶙峋,上山尤为艰难。从3000多米的山脚到4000多米的山上,虽然只有6公里路程,但步行至少需要3个半小时,团队人员只能靠双腿攀登。

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科研人员在山中考察。采访对象 供图

“每个人都至少上山过几十次,去时常要背负10公斤以上的给养和物料。”邓李才说。

2018年秋冬的一天下午,团队成员运设备上山,以为天黑前能到目的地。然而,选址工作刚启动不久,大家对地势还不甚熟悉,中间走错了方向,眼看太阳快落山了还困在半山腰。

“山上地势复杂、环境恶劣,无奈中,大家只好找了个避风的山沟,点起火堆,苦撑了一夜。”邓李才回忆,当时不觉害怕,后来知道山中时有野狼出没才备感惊心。

山上温度低,尤其在秋冬及夜晚,曝露在自然环境的仪器容易出故障,尤其是验证 “视力”环境用的差分图像运动测量仪。“遇到大雪天,室外气温近零下30度。人在山上时,半夜醒来,总要忍寒挨冻再去看看。”邓李才说。

“三年下来,好在我们运气不错,平安完成了所有监测任务。” 邓李才说。

目标世界最大

哪些项目落地冷湖?

一千多个日夜中,邓李才和团队们在冷湖见到了瑰丽的星河、壮丽的戈壁,也似乎见到了中国光学天文领域一往无前的步伐。

天文望远镜项目正如雨后春笋般拔地而起。目前,中国科学家已在赛什腾山勘察到A-B、C和X三个平台适宜建设大型天文观测基础设施,多个项目已经签约落地,大部分已经进入建设阶段。

今年5月上旬,为2.5米口径光学望远镜,中国科学技术大学-中国科学院紫金山天文台大视场巡天望远镜(WFST)正式开工。

5月下旬,清华大学6.5米口径宽视场(光谱)建设巡天望远镜(MUST)签约落户,将用7年左右的时间建设完成,是目前已明确落地项目中口径最大的天文望远镜。

同时,国家天文台实施的SONG望远镜和一米太阳中红外AIMS项目、西华师范大学的50厘米双筒望远镜(50BiN)、紫金山天文台实施的多应用巡天望远镜阵MASTA项目、中科院地质与地球物质研究所实施的行星科学望远镜TINTIN和PAST项目等也已落户。

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建设中的天文观测基地。采访对象 供图

在冷湖,有的项目已经开始工作运行。2020年12月,由西华师范大学与国家天文台合作打造,50厘米双筒望远镜实现科学观测,这也是第一台在C平台建成投运的科学级望远镜。

邓李才透露,至少数十台天文望远镜已在冷湖有所规划。冷湖赛什腾山正在成为中国光学天文的乐土,这里将毫无疑问地成为中国,乃至世界最大的天文望远镜基地之一。

“这片‘天文沃土’,一定会为中国人在征服星辰大海的事业中做出巨大贡献。”邓李才说。