世界級天文臺址“落戶”青海冷湖，或再次刷新“全球望遠(yuǎn)鏡之最”

青海冷湖營地，感受火星地表

青海冷湖，一個因能源枯竭而接近荒廢的城市，似乎很難想象，有朝一日它會作為世界級的天文觀測臺址而重新回到人們的視線。

近日，中國科學(xué)院國家天文臺（NAOC）在青海冷湖地區(qū)發(fā)現(xiàn)國際頂級光學(xué)天文臺址，對于天文觀測來說，此類站點(diǎn)向來是可遇而不可求。除了需要提供良好的天空視野外，還必須滿足良好天氣、可達(dá)性、空氣穩(wěn)定性等各種“苛刻”條件。

目前，國際公認(rèn)的最佳天文臺址只有三處，其中包括寒冷的南極高原。而冷湖或許便是下一個符合要求的大型天文觀測站點(diǎn)。

由著名天文學(xué)家、中科院國家天文臺創(chuàng)新團(tuán)組首席研究員鄧?yán)畈艙?dān)任第一作者和通訊作者。

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冷湖天文基地進(jìn)行觀測測試

中國渴望在自己的土地上擁有世界一流的下一代望遠(yuǎn)鏡，而想要實(shí)現(xiàn)該愿景的先行條件，最重要的顯然是解決臺址選擇的難題。

事實(shí)上，從20世紀(jì)90年代開始，中國天文界就已經(jīng)開始部署相應(yīng)的選址工作。2017年，鄧?yán)畈艌F(tuán)隊通過長時間的實(shí)地考察，最終確定在青海省冷湖賽什騰山區(qū)進(jìn)行定點(diǎn)選址。

冷湖遺址位于阿爾金山脈以東、柴達(dá)木盆地北緣的賽什騰山的局部山峰上。地理坐標(biāo)為北緯38.6068°，東經(jīng)93.8961°，海拔4200米。根據(jù)當(dāng)?shù)厝齻€氣象站過去30年的氣候記錄，冷湖年平均降水量約18毫米，年日照時間超過3500小時。

此外，相比青藏高原普遍的高海拔來說，冷湖鎮(zhèn)區(qū)海拔不到3000米，距天文觀測場地較近，為場地的配套基地提供了舒適的條件，最近的國際機(jī)場、高速公路通道和敦煌貨運(yùn)火車站都在鎮(zhèn)內(nèi)250公里范圍內(nèi)。這種基礎(chǔ)設(shè)施為未來天文觀測活動提供了良好的物流保障。

據(jù)了解，2018年5月，該團(tuán)隊初步完成基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，測量平臺開始運(yùn)行，目前這項工作已持續(xù)3年，并最終獲得了對賽什騰山光學(xué)以及紅外觀測條件的結(jié)論性數(shù)據(jù)。一旦建成，新望遠(yuǎn)鏡或?qū)碛虚L達(dá)30米的超大孔徑，而這也是世界上最大的孔徑。

值得一提的是，為了評估冷湖的可觀測時間，該團(tuán)隊使用了自制的全天相機(jī)（LH-Cam）和為該站點(diǎn)定制的12毫米魚眼鏡頭，借以保證全天候的觀測。

總的來說，冷湖遺址在東半球占據(jù)了獨(dú)特的地理位置，彌合了莫納克亞山、阿塔卡馬和加那利群島之間的巨大差距，形成一個完美的地面高質(zhì)量天文臺網(wǎng)絡(luò)。

“利用該站點(diǎn)將填補(bǔ)科學(xué)家現(xiàn)有全球高海拔、高口徑天文臺網(wǎng)絡(luò)的空白，從而可以更可靠地監(jiān)測快速變化的現(xiàn)象，包括尋找系外行星上的生命跡象、引力波爆發(fā)的電磁對應(yīng)物等?！编?yán)畈疟硎尽?h3>冷湖天文觀測環(huán)境得天獨(dú)厚

該團(tuán)隊指出，冷湖氣候干燥，天空異常晴朗。迄今為止的測試表明，夜間天空大約有70%的時間是晴朗的。另外該地區(qū)的天氣也相對穩(wěn)定，溫度變化不大，先天觀測環(huán)境優(yōu)越。

落日余暉中的賽什騰天文臺

第一，光污染程度較低

對于任何用于夜間光學(xué)、紅外天文學(xué)和行星科學(xué)的現(xiàn)代天文臺來說，首先要考慮的因素?zé)o疑是夜晚的清晰度，其次是無其它光源干擾的黑暗夜空。但是在這個過程中，光污染總是難以避免，并因此成為制約天文臺選址的重要因素。

但是在青海冷湖，這個問題卻是迎刃而解。由于光污染主要產(chǎn)自人類活動，而坐落于青藏高原上的青海省地廣人稀，因此，目前并不存在能干擾到夜空的人造光源。

另一方面，當(dāng)?shù)厥姓?017年頒布了可執(zhí)行的長期夜空保護(hù)政策，依法保障冷湖區(qū)域的“璀璨”夜空，先天上消除了天文觀測的潛在威脅。

第二，良好的自然視覺

良好的自然視覺是自適應(yīng)光學(xué)工作的關(guān)鍵要求，尤其是大口徑望遠(yuǎn)鏡，更需要這樣的外在條件。

在物理學(xué)和天文學(xué)領(lǐng)域，往往有一些極端的觀測要求，比如觀察非常微弱或者高紅移目標(biāo)，此時，就需要高空間分辨率和長時間曝光，而冷湖可以說是青藏高原上最好的站點(diǎn)。就總能見度而言，冷湖可與智利、夏威夷和加那利群島等地區(qū)的觀測站點(diǎn)相媲美。

在考慮潛在的觀測站點(diǎn)時，在可視時間和晴朗時間方面都有利的可觀測時間長度是確定站點(diǎn)的關(guān)鍵參數(shù)，而冷湖在該方面的分?jǐn)?shù)為65%，與智利帕瑞納山的66%不相伯仲。

第三，極強(qiáng)的空氣穩(wěn)定性

據(jù)了解，夜間溫度變化是構(gòu)成總能見度的基本要素之一。該團(tuán)隊根據(jù)天氣數(shù)據(jù)進(jìn)行局部分析，最終發(fā)現(xiàn)冷湖區(qū)域的空氣保持著高強(qiáng)度的穩(wěn)定性。

自2018年3月以來，無論天氣狀況如何，該團(tuán)隊基本保持白天每20分鐘拍攝一次全天圖像，黃昏和黎明之間每5分鐘拍攝一次的持續(xù)觀測。包括風(fēng)、溫度以及兩者的空間和時間變化，這些因素都會動態(tài)地影響當(dāng)?shù)氐目諝夥€(wěn)定性。而冷湖空氣的動態(tài)活動相當(dāng)?shù)?，另外，冷湖日?nèi)溫度變化的平均振幅僅為5.6K，黃昏至黎明之間的觀測時間平均振幅僅為2.4K。

不過需要注意的是，科學(xué)研究和工業(yè)發(fā)展之間的潛在沖突依舊是迫切需要解決的一大難題。鄧?yán)畈胖赋?，未來隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展，如果冷湖人口隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展而增長，那么對光污染的控制可能會失去。（綜合整理報道）（編輯/克珂）