青海冷湖

2023年1月1日，我國(guó)首部“暗夜星空保護(hù)”的地方性法規(guī)——《海西蒙古族藏族自治州冷湖天文觀測(cè)環(huán)境保護(hù)條例》正式實(shí)施，它將會(huì)更好地保護(hù)冷湖地區(qū)世界一流的天文觀測(cè)環(huán)境條件。在冷湖賽什騰山天文觀測(cè)基地，不久的將來(lái)會(huì)有30多臺(tái)天文望遠(yuǎn)鏡，將成為世界一流、亞洲最大的天文觀測(cè)基地。當(dāng)初為什么要選擇這里？有哪些考量呢？下面我們就來(lái)看看吧！

要找地方建天文臺(tái)，究竟有多難？

要講述天文臺(tái)址選址的故事，一個(gè)首先要回答的問(wèn)題是：在當(dāng)今太空技術(shù)相當(dāng)發(fā)達(dá)的時(shí)代，為什么還要在地面建設(shè)觀測(cè)設(shè)備？

答案也很直接：由于技術(shù)的限制，我們不可能把超大型的設(shè)備送入太空，而大型設(shè)備和與之匹配的儀器是在現(xiàn)代和未來(lái)天文學(xué)、物理學(xué)領(lǐng)域中探索極致問(wèn)題時(shí)不可或缺的。

第二個(gè)問(wèn)題是，為什么對(duì)大型望遠(yuǎn)鏡設(shè)施的臺(tái)址那么挑剔？

對(duì)這個(gè)問(wèn)題的回答需要一點(diǎn)背景知識(shí)。地基天文觀測(cè)都是透過(guò)地球大氣進(jìn)行觀測(cè)，地球大氣中的物質(zhì)成分對(duì)來(lái)自天體的信號(hào)會(huì)產(chǎn)生吸收，臺(tái)址上空的大氣越薄，吸收就越少，因此我們需要去海拔盡可能高的地方選址。選址還需要遠(yuǎn)離人造光源，因?yàn)榇髿庵懈鞣N因素產(chǎn)生的散射會(huì)嚴(yán)重影響天文觀測(cè)。同時(shí)，還要夜空晴朗，否則我們根本看不見(jiàn)星空。除此之外，地球的大氣是不穩(wěn)定的，沿望遠(yuǎn)鏡視線方向的無(wú)規(guī)律大氣湍流會(huì)扭曲來(lái)自天體的光線，這就是所謂的視寧度。對(duì)于現(xiàn)代和未來(lái)的大型設(shè)備而言，視寧度非常重要。

隨著城市現(xiàn)代化程度的提升和人口的增長(zhǎng)，特別是望遠(yuǎn)鏡口徑的擴(kuò)大、探測(cè)設(shè)備靈敏度的提高和對(duì)科學(xué)目標(biāo)的重視，城市燈光對(duì)天文觀測(cè)的影響變得不可接受。紫金山天文臺(tái)、云南天文臺(tái)、興隆觀測(cè)基地等都因?yàn)槌鞘械牧粱艿搅瞬煌潭鹊挠绊憽?/p>

現(xiàn)代天文臺(tái)，走向無(wú)人區(qū)

我們先來(lái)看看世界上最好的天文臺(tái)都是什么情況。南極的冰蓋之上，具有世界上最穩(wěn)定、最透明的大氣，這是逼近亞空間的觀測(cè)條件。當(dāng)然，選址以及后期的建設(shè)和運(yùn)行成本也是直逼空間設(shè)施，這是不利因素。除此之外，世界上頂尖質(zhì)量的臺(tái)址非常有限，比如夏威夷大島上的MaunaKea天文臺(tái)和智利北部阿塔卡瑪沙漠地區(qū)的天文臺(tái)，還有相對(duì)次一等的西班牙加那利群島上的天文臺(tái)。

先不談臺(tái)址的觀測(cè)條件參數(shù)，這些頂級(jí)的天文臺(tái)從地貌上看就跟經(jīng)典的天文臺(tái)大不一樣。這些天文臺(tái)無(wú)一例外都是處于鮮有植被的干旱地區(qū)，看起來(lái)都是荒漠和裸巖。所以，我國(guó)現(xiàn)代天文臺(tái)選址的基本方向，就是走向高原、走向不適合人類生存的地域。而青海省海西州就符合這樣的條件。經(jīng)過(guò)大量前期工作，選址工作在2018年開(kāi)始了，確定在冷湖賽什騰山區(qū)4200米海拔標(biāo)高點(diǎn)（C區(qū)）進(jìn)行定點(diǎn)選址。

冷湖的觀測(cè)條件到底如何？

冷湖地區(qū)的天文選址很幸運(yùn)，所有的因素都同時(shí)得到了最優(yōu)的選擇！

冷湖臺(tái)址區(qū)域的優(yōu)質(zhì)晴夜時(shí)間（天文上的測(cè)光夜）占比達(dá)70%，外加大約15%的部分有云的光譜觀時(shí)間，每年天文觀測(cè)可用的時(shí)間達(dá)300天。冷湖地區(qū)屬極度干旱地區(qū)，有研究顯示，在過(guò)去60年中，冷湖的年均降水12毫米，但蒸發(fā)量卻高達(dá)3000毫米以上。

我們的分析印證了歷史資料的統(tǒng)計(jì)結(jié)論，這里夜間可沉降水汽柱密度在2毫米以下的時(shí)間占比優(yōu)于美國(guó)的MaunaKea天文臺(tái)（54%），遠(yuǎn)低于智利和其他地區(qū)的大型光學(xué)天文臺(tái)。

截至當(dāng)前，賽什騰C點(diǎn)的DIMM視寧度直接統(tǒng)計(jì)的中位值為0.79角秒（臺(tái)址網(wǎng)站的統(tǒng)計(jì)數(shù)值），與世界其他頂級(jí)天文臺(tái)相比，基本持平。

2020年12月20日，50BiN望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了測(cè)試觀測(cè)。第一幅科學(xué)質(zhì)量圖像上恒星的半高全寬值為0.68角秒，而當(dāng)時(shí)的視寧度測(cè)量值為0.60，完全吻合。這是冷湖天文觀測(cè)基地的初光。

隨著更多基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和進(jìn)一步測(cè)試的開(kāi)展，相信今后冷湖將成為國(guó)際光學(xué)天文研究的重要基地，成為人類探索宇宙奧秘、培育原創(chuàng)性科學(xué)成果的重要策源地。