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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

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)新團組首席研究員鄧李才團隊的最新發(fā)現(xiàn)——青藏高原上的“冷湖”，有一個高質(zhì)量的天文觀測點，這里足以安裝和運行下一代任何口徑的望遠鏡。

踏入“無人區(qū)”在海拔4200米選址

“Congratulation（祝賀）！”在收到這篇論文時，《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)濟等方面獲得巨大的發(fā)展機遇和空間。

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。鄧李才說，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“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，鄧李才團隊利用在青海執(zhí)行科研項目的機會，與謀求轉(zhuǎn)型發(fā)展的當?shù)卣芮泻献?，在海西州西?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)的實地考察，研究團隊依據(jù)沙塵垂向呈指數(shù)分布的特性，確定在山區(qū)4200米海拔標高點（賽什騰C區(qū)）進行定點選址。

3年連續(xù)監(jiān)測結(jié)果令人驚喜

2018年1月16日，選址團隊正式對該地域的晴夜數(shù)量、晴夜背景亮度和氣象進行連續(xù)監(jiān)測。當年5月起，團隊在海西州政府支持下通過直升機吊運，于賽什騰山4200米標高監(jiān)測點初步建成基礎(chǔ)設(shè)施。

鄧李才回憶說，當時，山區(qū)尚無道路可以通達監(jiān)測地，選址團隊以人力背負各種儀器設(shè)施，穿越崇山峻嶺，克服重重困難，經(jīng)歷生死考驗，建成了所有關(guān)鍵臺址參數(shù)的測量平臺并開始運行。為保障參數(shù)測量的連續(xù)性，團隊人員數(shù)十次冒險攀登，對設(shè)備進行升級和維護。

終于，在全體成員的努力下，團隊獲得了關(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”。

“這里是雅丹地貌，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(qū)臺址的顆粒物和氣溶膠進行了長期監(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’。”鄧李才說，“至少柴達木地區(qū)內(nèi)肆虐的風沙對4000米以上的地區(qū)沒有影響，此外，冷湖的PM10指數(shù)通常只有個位數(shù)。”

2020年底，主要臺址數(shù)據(jù)監(jiān)測已達3年。選址團隊的統(tǒng)計分析顯示，冷湖臺址的視寧度中值為0.75角秒。這個參數(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)果令鄧李才十分驚喜。

同時，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)目標而言，最重要的臺址指標是可沉降水汽，冷湖賽什騰臺址是所有國際一流臺址中最為優(yōu)越的。按可觀測時間和視寧度進行綜合量化分析，賽什騰山的指標優(yōu)于青藏高原其他選址點，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)望遠鏡的空白區(qū)，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(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，在這個過程中，鄧李才等中國科學(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，盡快對臺址資源進行保護，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，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