在“干極”阿塔卡馬沙漠摘星

阿塔卡馬沙漠被認(rèn)為是地球上最像火星的地方之一，平均年降水量不足5厘米，是全世界除兩極之外最干燥的地區(qū)，被人們稱為“世界干極”。 有研究稱，在這里的某些地方，甚至連細(xì)菌都活不下去。然而就在這樣看似極度荒蕪的世界角落，卻是觀星的天堂。

世界上最干旱的角落

為何僅一山之隔的亞馬孫平原遍布熱帶雨林，這里離海岸不遠(yuǎn)，卻如此干燥？這是因?yàn)閹е拇笪餮笈瘽駳饬鲿?huì)被高大的安第斯山脈阻攔，阿塔卡馬沙漠的西部又有強(qiáng)大的秘魯寒流經(jīng)過，產(chǎn)生減溫減濕的影響，而這里常年盛行的東南信風(fēng)又是從大陸吹向海洋，無法為大陸帶來水汽。加之這里地處低緯度，全年受副熱帶高氣壓帶控制，氣溫高且蒸發(fā)量大，盛行的下沉氣流使空氣變得非常干燥。

但這干極之上，卻有著全世界最大的天文觀測(cè)區(qū)，一架架望遠(yuǎn)鏡仰望蒼穹，參悟著宇宙古往今來的密碼。

出發(fā)，到南半球去！

第二次世界大戰(zhàn)后，美國(guó)登上了天文學(xué)研究領(lǐng)域的巔峰，不服氣的歐洲天文學(xué)家決定聯(lián)合起來在南半球建立一個(gè)天文臺(tái)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)天文界對(duì)南天的觀測(cè)不夠充分。在南非3個(gè)世紀(jì)以來的天文觀測(cè)經(jīng)歷也讓他們認(rèn)識(shí)到，那里的觀測(cè)條件遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過歐洲，所以一開始，他們把目光放在了南非的沙漠中。

無論是稠密的大氣還是大氣中的水分子，都會(huì)讓望遠(yuǎn)鏡接收到的星光出現(xiàn)衰減，所以天文臺(tái)的選址不只要足夠黑暗，也要高、要干，更要晴天多。還要大氣足夠穩(wěn)定，以保證足夠的視寧度，嚴(yán)格控制星光受空氣流動(dòng)影響而發(fā)生的彎折和抖動(dòng)幅度。

曾任漢堡大學(xué)天文系主任的海克曼從他同樣忙著給天文臺(tái)選址的美國(guó)學(xué)生那里聽說，安第斯山脈腳下的智利，無論是視寧度、夜間溫度變化幅度、晴夜數(shù)等，都比南非更有優(yōu)勢(shì)。

于是，歐洲南方天文臺(tái)（簡(jiǎn)稱歐南臺(tái)，縮寫為ESO）的籌建者們開著破舊的吉普車進(jìn)了阿塔卡馬沙漠，最終確認(rèn)拉西拉山作為臺(tái)址（La Silla，西班牙語意為鞍狀山）。接下來，歐南臺(tái)從智利政府那里買下了一塊以拉西拉山為中心的800平方公里的土地，智利政府僅象征性地收取了8000美元。很快，這里成了世界三大天文臺(tái)址之一——另兩個(gè)分別在夏威夷的莫納克亞山和大西洋上的加納利群島。

和莫納克亞山相比，阿塔卡馬沙漠中的天文臺(tái)站分布更廣。歐南臺(tái)由南到北先后建成了拉西拉天文臺(tái)、帕瑞納天文臺(tái)（Paranal Observatory）、查南托天文臺(tái)（Chajnantor Observatory），橫跨5個(gè)緯度。3個(gè)天文臺(tái)不但越修越遠(yuǎn)，而且越修越高，從2400米一路攀升到5080米。

如今，歐南臺(tái)的合作方有16個(gè)歐洲國(guó)家，真正整合了歐洲的天文觀測(cè)力量，除此之外還有巴西和智利。

歐南臺(tái)的望遠(yuǎn)鏡們

拉西拉天文臺(tái)的第一批設(shè)備是僅僅1米量級(jí)的中小口徑望遠(yuǎn)鏡。1976年投入使用的3.6米望遠(yuǎn)鏡，才標(biāo)志著歐南臺(tái)真正形成“戰(zhàn)斗力”。現(xiàn)在，拉西拉觀測(cè)站已經(jīng)擁有20多臺(tái)天文望遠(yuǎn)鏡，被稱為“望遠(yuǎn)鏡公園”。

歐南臺(tái)目前最大的望遠(yuǎn)鏡在拉西拉天文臺(tái)以北600公里的帕瑞納天文臺(tái)。這里的空氣非常干凈，能見度極好，一年當(dāng)中有350個(gè)晴天可以進(jìn)行觀測(cè)，方圓幾公里內(nèi)沒有城鎮(zhèn)和村莊。

1987年12月8日，歐南臺(tái)當(dāng)時(shí)的8個(gè)成員國(guó)一致決定，要建成一個(gè)“非常大”的望遠(yuǎn)鏡（Very Large Telescope），后來我們把它翻譯為甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）。名字看似隨性，但它的性能可不一般，它是4架口徑8.2米的望遠(yuǎn)鏡以及4臺(tái)口徑1.8米的可移動(dòng)輔助望遠(yuǎn)鏡的組合。當(dāng)它們處于“合體”工作狀態(tài)時(shí)，聚光能力相當(dāng)于一臺(tái)口徑16米的望遠(yuǎn)鏡，超越了之前世界上最大的單體望遠(yuǎn)鏡凱克Ⅰ和凱克Ⅱ望遠(yuǎn)鏡（口徑10米）。其聚光能力比凱克望遠(yuǎn)鏡高2.5倍。角分辨率可達(dá)0.0005弧秒，這意味著可以分辨64萬公里遠(yuǎn)處的轎車的兩個(gè)前車燈。

甚大望遠(yuǎn)鏡的每個(gè)主鏡鏡片重22噸，外形為新月形，為了保證鏡片在不同的位置、風(fēng)力、溫度的情況下都不會(huì)變形，望遠(yuǎn)鏡由150個(gè)用計(jì)算機(jī)控制的支撐點(diǎn)來調(diào)節(jié)鏡面，使其能夠永遠(yuǎn)保持所需要的理想形狀，這一技術(shù)就是所謂的“主動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)”。另外，它還裝備了“自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)”，用以消除大氣引起的星像抖動(dòng)。

為了尊重原住民的文化，4架望遠(yuǎn)鏡的名字來自當(dāng)?shù)赝琳Z，名為Antu（太陽）、Kueyen（月亮）、Melipal（南十字）和Yepun（金星）。最后建成的“金星”，也是主鏡質(zhì)量最好的一架，其表面精度達(dá)到了8.5納米。人類驗(yàn)證愛因斯坦廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)的黑洞周圍強(qiáng)引力場(chǎng)中恒星的運(yùn)動(dòng)軌跡，以及人類拍攝第一張系外行星照片，都離不開它的貢獻(xiàn)。

接下來，阿塔卡馬沙漠又在2013年迎來了阿塔卡瑪大型毫米波/亞毫米波天線陣（ALMA），它由美國(guó)、歐盟和日本聯(lián)合建造，歷時(shí)15年，耗資超過 10億歐元，位于位置更靠北的查南托天文臺(tái)，其所在地海拔不但是最高的，且濕度很低，為亞毫米和中紅外天文觀測(cè)創(chuàng)造了絕佳的條件，也正是如此，它也在人類拍攝第一張黑洞照片時(shí)發(fā)揮了不可替代的作用。

與我們之前介紹過的阿雷西博不同，它更有群狼戰(zhàn)術(shù)的范兒：ALMA由66 個(gè)口徑為7米和12米、平均造價(jià)在1000萬美元以上的高精度大型射電望遠(yuǎn)鏡組成，遠(yuǎn)遠(yuǎn)看上去就像一個(gè)個(gè)太陽灶，相比之下阿雷西博的直徑僅有305米。它的660 多個(gè)接收器靈敏度極高，如果將組成ALMA的射電望遠(yuǎn)鏡任意選擇一架放在我國(guó)的最北方漠河，它可以聽到海南三亞一枚硬幣落地的響動(dòng)。

地表最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡

正是因?yàn)榱己玫挠^測(cè)條件，地面天文項(xiàng)目的投資正在源源不斷地涌入這片不毛之地，2014年，一架空前的“極大望遠(yuǎn)鏡”（ELT）在帕瑞納天文臺(tái)20公里外一個(gè)3046米高的山頂安家。

這是一個(gè)空前的巨無霸，圓頂寬80米，最大直徑88米，望遠(yuǎn)鏡可移動(dòng)質(zhì)量高達(dá)3000噸，穹頂總質(zhì)量5000噸，這在全世界光學(xué)望遠(yuǎn)鏡大家庭里堪稱空前。

它通過5塊不同的鏡片分別執(zhí)行收集、反射和校正光線任務(wù)，最后在接收終端成像，其中最大的主鏡由798個(gè)厚5厘米、寬1.4米的六邊形鏡片拼接而成，直徑達(dá)到了驚人的39.3米。其他4塊鏡片中，很特別的一個(gè)，是直徑2.4米的自適應(yīng)光學(xué)鏡面，這是一塊只有2毫米厚的柔性鏡面，相當(dāng)于一枚一元硬幣，但卻配備有超過5000個(gè)驅(qū)動(dòng)器，每秒能做出1000次調(diào)整，精度達(dá)到幾十納米，用于改變鏡面形狀，以校正大氣湍流造成的成像失真。

預(yù)計(jì)于2028年投入使用的它將成為地表最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，它將能使人類探索宇宙中更遠(yuǎn)的物體，比如宇宙中第一個(gè)星系的光，同時(shí)也使我們能夠以無與倫比的分辨率來探索天體，包括直接對(duì)系外行星進(jìn)行成像等。

大型天文望遠(yuǎn)鏡的未來

由于莫納克亞山建設(shè)大望遠(yuǎn)鏡的空間嚴(yán)重受限，全球大多數(shù)大型望遠(yuǎn)鏡都建在智利，有說法稱，2024年，這片沙漠將接納70%以上全球地面天文觀測(cè)項(xiàng)目的投資。現(xiàn)在的阿塔卡馬沙漠，除了歐南臺(tái)的3個(gè)大型天文臺(tái)外，美國(guó)等國(guó)家也在這里修建了多座天文臺(tái)。

雙子座天文望遠(yuǎn)鏡，由兩個(gè)設(shè)計(jì)完全一致、口徑8.1米的望遠(yuǎn)鏡組成，其中的“北雙子”建在莫納克亞山頂，而“南雙子”就在阿塔卡馬沙漠。擁有世界上最強(qiáng)大光學(xué)相機(jī)的大型綜合巡天望遠(yuǎn)鏡（LSST）也將在這里落成，其像素高達(dá)32億，每夜巡天獲取的2000幅圖像，約120TB的原始數(shù)據(jù)。等效口徑25.4米的巨型麥哲倫望遠(yuǎn)鏡也已經(jīng)開始建設(shè)……

在距ELT僅30公里處的文特峰，正在建設(shè)中的中科院南美天文中心文特峰觀測(cè)臺(tái)站已初具雛形。

阿塔卡馬雖然是世界干極，但大雨過后，沙漠中也會(huì)綻開艷麗的花朵，這里的一架架望遠(yuǎn)鏡，也將摘下宇宙中最美麗的花朵。

（責(zé)編：劉婕）

阿塔卡馬沙漠是南美洲西海岸中部一片超10萬平方公里的沙漠，跨越智利、秘魯、玻利維亞和阿根廷，主體在智利境內(nèi)，南北長(zhǎng)一千多公里，東西寬百余公里，從太平洋海岸一直延伸到安第斯山脈西麓。