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      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”

      2021-10-03 15:59:12
      海外星云 2021年13期
      關(guān)鍵詞:冷湖天文臺落戶

      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)

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