阿里 | 世界屋脊上的天文臺

        中國國家天文 2021-08-20 13:30:04

        作者錢璇

        何處覓星光?選臺址可能是天文領域中最艱苦的工作之一。城市快速發展,燈光污染、空氣污染等都對天文觀測造成影響,天文學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劃——中國西部天文戰略選址,針對我國西部地區潛在的優良天文臺址進行考察和選擇。

        除去對地形、地質、運行支撐等天文選址需要考察的內容外,臺址選擇還需考慮諸多天文觀測的相關影響因素,包括晴夜數、視寧度、氣象條件等……我國現代夜天文光學觀測臺址發展至今,諸多優秀臺址破土動工,新的中大型望遠鏡即將落戶!

        阿里站A1點全景

        / 走進第三極

        選址最初,選址隊利用全國地面、探空氣象數據開展遠程研究,繼而開展實地踏勘,并進行短期測量,最終選擇固定臺址進行長期測量。基于前期全國范圍的遠程研究和踏勘考察,天文學家選擇了新疆帕米爾高原卡拉蘇和西藏阿里地區物瑪建立觀測站,用氣象站、全天相機、視寧度儀、云量儀、水汽儀、夜天光儀等設備開展監測。

        2002-2004年,選址隊收集整理了中國西部地區的氣象資料,包含西藏、新疆、青海、云南、甘肅、內蒙古,并結合衛星云圖,通過資料分析和實地考察,2005-2006年開始在兩個站址開展長期測量,包括新疆帕米爾高原的卡拉蘇和西藏的物瑪。

        2005-2006年一期選址監測結果顯示,物瑪的云量和水汽條件優于卡拉蘇,具備與國際優秀臺站可比擬的觀測條件。2008-2010年再次對物瑪點實施了二期選址監測,確認其可用夜75%、水汽含量1.0mm左右、視寧度優于0.8″的優良觀測條件。

        歷經近十年的選址歷程,西部天文戰略選址的長期推進取得了豐富的成果和研究積累。按照國際選址常規,深入選址工作需搭建高端選址設備和小型望遠鏡設備,通過科學觀測和實際運行驗證臺址條件,避免大型望遠鏡設備直接投入的風險,意味著需啟動基礎設施的初步投入和臺站建設,開展更加廣泛的與國際優秀臺站觀測條件的比較定位。通過切實考察可行的臺址條件,2011年在西藏阿里地區獅泉河鎮以南的山脊搭建了選址觀測平臺——阿里站。

        阿里暗夜公園

        / 阿里,手可摘星辰

        阿里站地處藏西南優良區域中的較好位置,具備便利的交通、供電和通訊條件,便于支撐選址監測和望遠鏡觀測運行。2012年4月國家天文臺召開的西部選址東亞核心天文臺聯盟評估會上,來自中國大陸、臺灣地區、日本、韓國和法國的資深專家組成的專家評議委員會一致肯定了西藏阿里站選點處于優良區域的較好位置,委員會認為阿里地區西南部是非常有發展前景的優良天文臺址,現有的結果已暗示藏西南將有望成為世界上最好的紅外、亞毫米觀測地點之一,其地理經度和海拔高度對于天文觀測研究具有獨特優勢,以國際標準化設備進一步優選最佳天文臺址,對于通用性的天文觀測和東亞地區合作都將起到重要的作用。

        2012年9月美國SCIENCE 雜志專題報道了阿里站——“世界屋脊上立起的世界級天文臺”。2013年6月,國際天文學聯合會主席海部宣男帶隊考察了阿里站,給予了積極的肯定和評價,海部認為阿里站是世界水平的優秀天文臺址,中國科學院和國際社會都應給予大力支持。

        阿里站(北緯32°19′18″,東經80°01′39″),海拔5050-5350米(A1、B1、C1點),緯度在北緯32°附近,經度上處于全球望遠鏡分布空乏區,其地理經度和海拔高度對于天文與空間觀測具有獨特優勢。

        基于2013年6月-2014年10月間的測量統計結果,阿里站夜間視寧度0.8″左右,全晴概率64%,可用概率81%;大氣水汽含量1.0mm左右,水汽條件優于美國莫納克亞和智利阿瑪遜斯山;常年氣候干燥,降水少,對于紅外及亞毫米觀測具有明顯優勢。

        基于2016年探空觀測和數值模式的結果,阿里站的視寧度中值在0.5″以下,大氣水汽含量中值2mm左右。綜合來看,阿里站處于國內天文觀測條件的優良區域,與國際一流臺址的綜合條件相當。

        阿里站ABC三點的全景圖及道路

        阿里站晴日數多、透明度高、水汽含量低、視寧度好,是極其寶貴的空天科技與國防戰略資源,絕佳的觀測條件和優勢的地理位置得到了空天專業領域和國防應用領域的極大關注,相關考察與落地項目紛至沓來。

        觀測平臺建設已向東面坡地拓展布局,高能宇宙線和亞毫米波大型觀測裝置計劃已在臨近區域選擇海拔6000米的臺址,以“量子隱態傳輸”“原初引力波探測”“空間碎片監測”為代表的“小工程、大科學”探索研究,正逐步轉向 “大工程、大科學”發展模式。

        阿里站量子隱態傳輸

        阿里站CMB原初引力波探測

        空間碎片監測項目

        超高海拔宇宙線水立方觀測計劃

        美國全球望遠鏡網絡LCOGT阿里節點1米望遠鏡

        50cm中日HinOTORI望遠鏡

        自阿里站建站以來,歷經十年的臺站建設、運行和發展,基礎設施建設進展順利,已設置多座圓頂和相關望遠鏡設備及視頻監控設備,完成安裝各項選址測量設備,積累了各項站址評價資料。

        阿里站臺址臨近的獅泉河鎮是西藏阿里地區行署所在地,海拔4255米,生活設施完善,具備便捷的周邊交通運輸條件,臺站支撐保障條件優越。當地政府秉持的邊區發展策略,已有暗夜保護區規劃控制光污染,確保天文觀測環境。

        2014年,阿里地區啟動建設了暗夜公園,既實施暗夜保護和天文科普教育,也助力天文與空間探測研究。

        阿里站將建設成為國際一流的現代化天文科研基地,既是我國建設科技強國的標志之一,也是阿里地區融高端科技教育高原特色文化旅游的世界級名片。

        A1點一角:Lusci湍流監測、FTS水汽監測(前段左右)、HinOTORI圓頂(右)、30米測風塔(后)。

        A1點一角:與騰訊合作北冕光學望遠鏡陣列項目基礎設施(左)、華路航天地面接收站基礎設施、南大項目基礎設施(中),原初引力波項目基礎設施(后)。

        銀河下的A1點6米圓頂(左)和8米圓頂(右)。

        作者簡介 /

        錢璇,西藏天文觀測基地團組,主要研究方向為天文技術與方法、大氣光學、天文觀測等。

        來源:中國國家天文

        編輯:陳辰

        責編:陳利

        終審:趙曙光

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