北京時(shí)間8月18日，國際科學(xué)期刊《自然》發(fā)布了中國科學(xué)院國家天文臺鄧?yán)畈叛芯繄F(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)重大科學(xué)進(jìn)展。在青海省地方政府支持下，研究團(tuán)隊(duì)自2018年1月啟動青海冷湖地區(qū)的天文選址工作。研究團(tuán)隊(duì)克服野外高海拔等重重困難，建成所有關(guān)鍵臺址參數(shù)的測量平臺，經(jīng)過3年連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，冷湖臺址的光學(xué)觀測條件比肩國際一流大型天文臺。這一發(fā)現(xiàn)為我國光學(xué)天文發(fā)展創(chuàng)造了重大機(jī)遇，也為國際光學(xué)天文發(fā)展提供了寶貴的戰(zhàn)略資源。

何處覓星光？選臺址可能是天文領(lǐng)域中最艱苦的工作之一。城市快速發(fā)展，燈光污染、空氣污染等都對天文觀測造成影響，天文學(xué)家也將目光投向了條件更好的西部。2003年，國家天文臺部署啟動了重大科研計(jì)劃——中國西部天文戰(zhàn)略選址，針對我國西部地區(qū)潛在的優(yōu)良天文臺址進(jìn)行考察和選擇。

除去對地形、地質(zhì)、運(yùn)行支撐等天文選址需要考察的內(nèi)容外，臺址選擇還需考慮諸多天文觀測的相關(guān)影響因素，包括晴夜數(shù)、視寧度、氣象條件等……我國現(xiàn)代夜天文光學(xué)觀測臺址發(fā)展至今，諸多優(yōu)秀臺址破土動工，新的中大型望遠(yuǎn)鏡即將落戶！

日落賽什騰山

為什么偏偏是冷湖？

青海，冷湖，賽什騰山，最高海拔4576米，此地不僅苦寒，而且干旱少雨、日照強(qiáng)烈。然而，越是這樣的環(huán)境，越有可能成為觀測天文學(xué)家的心儀之地。

適宜設(shè)置光學(xué)天文臺的地方被業(yè)界稱為臺址，需要多個(gè)指標(biāo)的考量，比如晴夜數(shù)、天光背景亮度、視寧度，還有一些氣象細(xì)節(jié)的要求，比如風(fēng)力、顆粒物、水汽等指標(biāo)。鋪開包含這些信息的多維度中國的地圖，可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)顯而易見的事實(shí)，滿足光害少、晴夜多、視寧度好的區(qū)域，大多分布在西藏、青海、新疆南部、云南北部、川西一帶。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，我國最適合架設(shè)大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的區(qū)域位于青藏高原寒冷干旱的高原山地、新疆帕米爾高原和橫斷山區(qū)。然而位于青藏高原北沿的冷湖，卻給了天文學(xué)家一個(gè)意外的驚喜。

無人區(qū)中央的冷湖，曾經(jīng)因?yàn)槭痛箝_發(fā)成為資源型區(qū)域。隨著石油資源枯竭和常駐人口的流失，冷湖處在了歷史的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。冷湖政府規(guī)劃利用冷湖的星空資源發(fā)展文旅產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和可持續(xù)性發(fā)展。于是專程找到當(dāng)時(shí)在德令哈工作的國家天文臺找鄧?yán)畈叛芯繂T商談在冷湖地域開展光學(xué)臺址的尋址的可能性。天文學(xué)界對臺址的需求和地方發(fā)展的需求不謀而合。

金色的夕陽，賽什騰山又迎來一個(gè)晴朗的夜晚

賽什騰山，與狼共舞

現(xiàn)代天文臺所在之處，大多人跡罕至，其實(shí)相比于很多野外臺站，位于冷湖的賽什騰山雖然險(xiǎn)峻，但修建道路可實(shí)現(xiàn)良好的可達(dá)性。同時(shí)，冷湖與敦煌相距僅250千米，人員往來和運(yùn)輸成本低可控，這也是優(yōu)良臺址的要素之一。

最初的勘測就是人與自然的故事。在直升飛機(jī)離開之后，只能靠人力，那時(shí)沒有到山頂選址點(diǎn)的路徑，第一次只能沿著山脊往上爬，極其危險(xiǎn)。冷湖地方政府的田才讓和鄧?yán)蠋煹膶ｉT徒步登山，在蠻荒中標(biāo)定路線，為后續(xù)的登山作業(yè)提供些許安全保障。高原缺氧，陡峭，積雪，山體表面風(fēng)化的碎石，寒冷……都為攀爬帶來的巨大的難度，每走一步都是跟自身極限的博弈。我是項(xiàng)目組爬山最多的一個(gè)，感受良多。相比之下，在4000多米、零下20多度的山頂安裝設(shè)備、調(diào)試機(jī)器和執(zhí)行觀測任務(wù)這些貌似辛苦的活都變得不是個(gè)事兒。

在早期勘測工作時(shí)，因?yàn)樯缴蠜]有路，很多設(shè)備只能靠人力背負(fù)上山在爬山時(shí)，這幫天文學(xué)家，一個(gè)個(gè)都變成了重裝野外探險(xiǎn)家。

作者在山頂進(jìn)行技術(shù)維護(hù)

頂著嚴(yán)寒收集數(shù)據(jù)，苦中作樂

晴夜，星空的寧靜

通過監(jiān)測我們發(fā)現(xiàn)賽什騰C點(diǎn)的氣溫在-25至15攝氏度之間，空氣干燥，風(fēng)速的中值4.1米/秒。大風(fēng)會影響觀測設(shè)備的穩(wěn)定性，而相對較低的風(fēng)速可以保證光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的正常工作時(shí)間。天光背景是衡量一個(gè)光學(xué)臺址質(zhì)量好壞的關(guān)鍵因素之一，背景越暗，望遠(yuǎn)鏡才能發(fā)現(xiàn)更暗弱天體，如果天光背景太亮，那么就無法完全發(fā)揮出望遠(yuǎn)鏡的觀測能力。經(jīng)過長期監(jiān)測我們發(fā)現(xiàn)賽什騰山在無月夜天光背景亮度（SQM星等值）暗于22.3，即不存在人造光源污染，接近了地面天光背景的理論極限。

同時(shí)由于賽什騰山地處無人區(qū)，最近的冷湖鎮(zhèn)直線距離也有40千米，常駐居民堪堪過百，完全不存在城市發(fā)展導(dǎo)致的天光背景亮化的風(fēng)險(xiǎn)。我們對臺址地從2018年4月至2021年6月23日的天光背景進(jìn)行了持續(xù)觀測紀(jì)錄，并對夜間晴朗時(shí)間加以統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示接近83%的時(shí)間為可觀測時(shí)間，足以保證未來的大科學(xué)裝置的持續(xù)高效運(yùn)行。

視寧度是光學(xué)天文觀測中極其重要的一個(gè)指標(biāo)，反映了望遠(yuǎn)鏡中星象的銳度。截至2020年12月31日，361258次合格的采樣結(jié)果出來了：視寧度統(tǒng)計(jì)中值為0.75″！我們可以對比下，世界公認(rèn)的最佳大型天文臺包括南美洲阿塔卡馬沙漠地區(qū)、夏威夷大島和西班牙的拉帕爾馬島視寧度為0.6-0.8角秒，地球上最優(yōu)的臺址地在南極洲，極端視寧度中位數(shù)達(dá)0.3角秒。而一般光學(xué)天文臺的視寧度都比1角秒還要差。

得知冷湖的選址結(jié)果，國內(nèi)望遠(yuǎn)鏡建設(shè)的專家看到這些數(shù)據(jù)頗為興奮。85歲高齡的蘇定強(qiáng)院士堅(jiān)持前往冷湖，要親眼看看視寧度是否像測量的那般優(yōu)良。那天晚上，賽什騰山上架起了30厘米口徑的視寧度監(jiān)測望遠(yuǎn)鏡。助手們沒有安裝數(shù)字后端，而是為蘇院士專門配上了目視用的目鏡。目鏡中，土星環(huán)銳利、星像穩(wěn)定，6個(gè)衍射環(huán)清晰可見。蘇院士感概：巡天不愁矣！

已建成的圓頂，夜空中斗轉(zhuǎn)星移

開門宴賓客

臺址參數(shù)的優(yōu)勢，尤其是卓越的視寧度，讓冷湖觀測站名聲在外。很快，1.8米大口徑行星望遠(yuǎn)鏡TINTIN就確定落戶于此。有了賽什騰山上優(yōu)良視寧度的加持，這種專用于高分辨成像的望遠(yuǎn)鏡有了用武之地。利用星冕儀裝置，可以對行星以及衛(wèi)星的大氣活動結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測，還可以得到行星大氣環(huán)境的觀測結(jié)果。

已建成的50BiN望遠(yuǎn)鏡

早在十余年前，西華師范大學(xué)的50厘米雙筒望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)（50BiN）就落戶青海，其主要的科學(xué)目標(biāo)是恒星的時(shí)域問題研究，將開展雙星、恒星活動、系外行星搜尋等天體物理前沿課題研究。

另一臺早已落戶青海的SONG望遠(yuǎn)鏡是全球聯(lián)測望遠(yuǎn)鏡之一，擁有1米口徑的高分辨率光譜望遠(yuǎn)鏡，通過測量視向速度精確測量進(jìn)行星震學(xué)研究。

如今，“中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)—紫金山天文臺2.5米大視場巡天望遠(yuǎn)鏡WFST”基建工程已經(jīng)在冷湖天文觀測基地正式開工，建成后將成為北半球具備最高巡天能力的光學(xué)時(shí)域巡測設(shè)備，預(yù)期可以在時(shí)域天文、外太陽系天體搜尋、銀河系結(jié)構(gòu)和近場宇宙學(xué)等領(lǐng)域取得突破性成果。

清華大學(xué)即將建設(shè)的寬視場光譜巡天望遠(yuǎn)鏡（MUST） 是一架計(jì)劃6 . 5 米口徑的望遠(yuǎn)鏡。配合未來的全波段巡天設(shè)備，MUST有望在暗能量演化、星系宇宙學(xué)、引力波宇宙學(xué)等方向取得突破，使我國在地基天文觀測和相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域達(dá)到國際一流或領(lǐng)先水平。

不久前鄧?yán)畈爬蠋煶霾罨貋恚灰姷浇M里的同事就難掩興奮：“你知道昨晚冷湖的視寧度多少嗎？0.34角秒！這回我可是親眼看到的！”這是一個(gè)接近了半米口徑望遠(yuǎn)鏡衍射極限的數(shù)字。對于鄧?yán)畈爬蠋熀臀业耐聜儊碚f，現(xiàn)在倒是有一件頗為頭疼的事情，那就是望遠(yuǎn)鏡來的太多怎么辦，如果以后還有更大的裝置來山上該怎么辦？如何規(guī)劃，才能將這一臺址的優(yōu)勢，發(fā)揮到最大化呢？愿蒼天庇佑冷湖賽什騰山！你究竟能以如何的胸懷，來迎接慕名星空而來探索宇宙的客人們呢？

星軌、繁星與銀河，賽什騰山的夜空即將揭示多少宇宙奧秘？

作者簡介：楊帆，國家天文臺助理研究員。恒星與恒星系統(tǒng)研究團(tuán)組成員。在參與選址工作之前從事利用lamost光譜數(shù)據(jù)研究銀河系結(jié)構(gòu)的相關(guān)工作。

文稿編輯：趙宇豪