（8月12日，青海冷湖，賽什騰C區在七夕前夕觀測到的銀河拱門。圖/洪文瀚IC）

在青藏高原，

為天文望遠鏡尋一個最理想的家

本刊記者/彭丹妮

發於2021.9.6總第1011期《中國新聞周刊》

2018年5月，在一架直升機將國家天文臺研究員鄧李才一行人送往青海茫崖市冷湖鎮賽什騰山頭之前，位於“世界屋脊”青藏高原上這座海拔4200米的山峰尚未有人迹到達。不過，就在這片不毛之地，一大批天文望遠鏡即將在此“安家”，它有望成為下一個世界級天文臺。

根據8月18日發表在《自然》雜誌上的一篇論文，中國科學家在青藏高原尋覓到一個新的潜在天文觀測點——冷湖天文觀測基地，可以和夏威夷莫納卡亞這樣舉世公認的極佳天文臺址比肩。該研究由來自中科院國家天文臺、西華師範大學、中國科學院地質與地球物理研究所、中科院紫金山天文臺青海觀測站等機构的研究人員聯合完成。

適宜建設光學天文臺的地點在學界被稱為臺址。這項研究之所以重要，在於找到優質的天文臺地址並不容易。這種資源是稀缺的，現時，國際一流的臺址只有智利北部山區、美國夏威夷莫納卡亞峰及南極內陸冰穹地區。擁有大面積極佳觀測臺址的智利，容納了全世界68%的地基光學/紅外、高頻射電天文觀測裝置。

而中國，甚至整個東半球，此前都沒有發現可以與之媲美的極佳臺址，這成為制約中國光學天文學發展的瓶頸之一。

在無人之境尋找天文臺

找到冷湖天文觀測基地，是意料之外的驚喜。2009年，中科院國家天文臺加入了國際恒星觀測網絡（SONG），需要搭建一個望遠鏡。為此，鄧李才等人需要為這個望遠鏡找一個“家”，他們調研了中國西部的一些天文觀測點，並花了五年時間進行確認，最終選定在青海省海西蒙古族藏族自治州（簡稱“海西州”）德令哈市的紫金山天文臺青海觀測站。

2013年，這臺一米的望遠鏡已安置於此。但超出科研人員考慮的因素是，隨著當地很快進入一個經濟高速發展時期，到2017年，因快速的城市化，德令哈的亮化程度已經新增了近1000倍，直接影響了該望遠鏡的觀測。就在這一年，同樣位於青海海西州的冷湖鎮政府工作人員找到他，談起冷湖優質的星空和雅丹地貌地質環境——當地可能具備成為天文臺臺址的潜力，希望引進天文項目。

在地面建的天文觀測裝置，按波段分為射電望遠鏡和光學望遠鏡。光學望遠鏡工作在可見光波段，口徑越大越好。而射電望遠鏡是工作於電磁波譜長端的那部分，所以不受陰雨天、黑夜的限制。位於貴州黔南喀斯特窪坑中的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）於2016年落成後，使中國已經擁有了現時世界上最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。

但在光學天文觀測上，中科院院士、國家天文臺台長常進告訴《中國新聞周刊》，中國跟國際上的差距很大，因為全球10米級別的光學望遠鏡已經有10個左右，而中國現時最大的通用光學望遠鏡口徑僅有2.4米。郭守敬望遠鏡（LAMOST）口徑達到了4～6米級，但LAMOST是光譜巡天望遠鏡，不能進行成像觀測。大型設備未來有了資金和能力可以解决，但是，常進指出，沒有好的臺址，建再好的望遠鏡也發揮不出應有的效果。

歐洲、美國的光學天文世界領先。鄧李才是近期發表於《自然》那篇論文的第一作者。他告訴《中國新聞周刊》，歐洲非常重視天文學的發展，歐洲16個國家早在1960年代就組建了歐洲南天天文臺（ESO），並在南美洲的智利建設優良的天文臺，到了1980年代，則開始為下一代的、8米級別望遠鏡進行天文臺選址。

無論是中國的第一個現代天文臺南京紫金山天文臺，還是位於河北承德的興隆天文觀測基地，鄧李才指出，早期的天文臺選址都因為太靠近都市，受到光污染以及空氣污染，不再適宜口徑更大、靈敏度要求更高的新一代望遠鏡。另一方面，地基天文觀測受到大氣厚度影響，海拔越高，大氣越稀薄，受到的影響就越小。

進入21世紀之後，中國天文學家們開始在青藏高原這樣的高寒處尋找新的天文臺基地。2003年，國家天文臺啟動中國西部天文戰畧選址項目。2016年，國家12米光學紅外望遠鏡（LOT）項目立項，並開啟選址工作，當時確定的候選目標是西藏的阿裡、新疆穆斯塔格山峰和四川西部稻城地區，這三個選址，有兩處位於青藏高原，一處位於帕米爾高原。但因為各種原因，12米望遠鏡的臺址沒有最終確定。

這三個候選地點，要麼靠近邊境，要麼被橫斷山脈阻攔。相較而言，冷湖更有區位優勢。鄧李才分析，冷湖同樣處在青藏高原地區，但位於甘肅、青海、新疆三省區交界處，並不算太偏僻，其250公里開外是旅遊城市敦煌，而敦煌擁有機場、高鐵、公路，便於大型裝置的運輸。

從氣候上來看，冷湖地區日照充沛、降水極少、寸草不生、星空明澈。研究小組分析了這裡過去30年的天氣記錄，發現該地區每年的降水量只有18毫米，而年日照時間有3500小時，這些數據對於天文學家來說，堪稱“驚豔”：拿日照時長來說，相當於12個小時的白晝裏，平均每天就有10小時日照。

鄧李才說，實際上，上世紀80年代末~90年代初，中國曾開展過青藏高原的資源普查，其中就包括未來是否可以建天文臺。冷湖因大面積風蝕地貌和比鄰塔克拉瑪幹沙漠，被認為風沙太大，因而被排除。事後看來，情况並非如此。他們團隊實地勘察後發現，冷湖選址點與其下方的柴達木盆地有1000米以上的高差，沙塵很難到達山頂，即便是山脚發生沙塵暴，山頂上的天空依然湛藍。

冷湖曾是中國重要的石油產地，最繁華時，這座因石油而建的小鎮人口多達10萬。隨著上世紀80年代石油資源枯竭，冷湖日漸蕭條，如今大約只有100來人常住在此。人烟稀少，也就意味著不用擔心光污染問題。2017年7月，當冷湖官員邀請鄧李才去冷湖考察天文臺建設的可能性時，因為德令哈天文臺的經歷，鄧李才還是有些顧慮，不確定冷湖未來會不會重蹈覆轍。一個星期以後，一比特執著的地方幹部拿著紅頭文件來找他，承諾冷湖將全域設為暗夜保護區，規範企業、市政和家用燈光，打消了他的顧慮。

當時，恰逢中山大學有一個大型探測引力波空間項目，地面需要配套一個6.5米望遠鏡。鄧李才的團隊便參與進來，希望用幾年的時間，論證冷湖是否可能成為優良的臺址。萬事俱備，他們開始在冷湖尋找海拔4200~4500米的山峰，最終將範圍縮小至冷湖賽什騰山區4200米海拔一處峰頂。

世界一流臺址“出爐”

2018年1月份，鄧李才團隊的選址研究工作正式開始。首先是修通往山頂的路。因為是石頭山，三四個月過去，卻只鋪出來兩公里路。等下去不是辦法。2018年5月，海西州用當地一架直升機將研究團隊的人員送到選址點，此後又用直升機吊運了必要的基建資料和設備物料。從冷湖鎮到選址點的砂石路直到2019年9月才修好。

2018年10月，所有設備都搬遷到山頂監測點，數據收集工作開始。到2020年底，項目組將三年來的數據匯總、分析，結果發表在《自然》期刊上。從各項名額看來，當初對冷湖選址點的初步判斷是正確的。視寧度是最受關注的參數。望遠鏡視線方向的無規律大氣湍流會扭曲來自天體的光線，這就是視寧度，視寧度越小，觀測質量越好。當人們看到星星“眨眼”越頻繁，說明視寧度越差。

監測資料顯示，冷湖觀測點優於青藏高原其他選址點，與世界一流的美國夏威夷莫納卡亞山、智利帕瑞納山觀測點以及稍次一級的西班牙拉帕爾馬島三個臺址相比，冷湖的視寧度與莫納卡亞山相同，均為0.75角秒，比帕瑞納山（0.80角秒）和拉帕爾馬島（0.76角秒）的視寧度更好。0.75角秒，是眼睛分辨不了的非常小的光線扭曲角度。

此外，賽什騰的夜間溫度起伏的中比特值僅為2.4℃，這意味著地面層的大氣非常穩定。該區域的風以西北方向為主導，風速的中比特值為4.5米/秒。“綜合各種臺址監測資料分析，這是一個世界級的天文觀測臺址。”鄧李才表示。

鄧李才說，2020年初，他們團隊收集到的數據已經有兩年的跨度，冷湖臺址的優越性已經初步體現出來，在天文學界引起了注意，一些天文項目决定在此建設：包括中國科技大學的2.5米巡天望遠鏡、中科院國家天文臺的1米SONG望遠鏡和1米太陽中紅外望遠鏡、西華師範大學的50Bin雙筒望遠鏡、中科院地質與地球物理所的1.8米和80釐米行星觀測望遠鏡等等。

2021年5月，青海省和清華大學簽署協定，將用7年左右的時間，在冷湖建設一架口徑6.5米的寬視場（光譜）巡天望遠鏡（MUST）；6月26日，中科院紫金山天文臺多應用巡天望遠鏡陣（MASTA）也在冷湖基地正式開建，用於近地天體的搜尋和研究，該天文臺副台長說，冷湖將作為紫金山天文臺最重要的基地。中科院國家天文臺正在謀劃將LAMOST望遠鏡搬遷到冷湖。

將落戶冷湖的大大小小的望遠鏡數量已經有30個，到明年年底，鄧李才說，當這批望遠鏡陸續完成“安家”，冷湖臺址將會超過國家天文臺興隆觀測站，成為中國最大的天文臺。

中科院國家天文臺研究員苟利軍告訴《中國新聞周刊》，天文學是一個實測性的學科，設備可以說最為關鍵。他記得，一比特有名的美國科學家曾經說過，95%的天文學發現，尤其是突破性發現，都得益於觀測設備的提升，剩下的5%，才依靠的是智力上的突破。

他進一步指出，過去20年間，隨著經濟發展，中國對於天文學觀測設備的投入越來越多，已經形成一股熱潮，但是把這些望遠鏡放在什麼位置，是大家近來討論的一個重點。美國、日本和歐洲的一些國家，都把望遠鏡安置在智利的頂級天文臺。中國如果也採用這種辦法，費用會非常高昂，因而，在國內找到非常優异的臺址非常重要。

早在12米望遠鏡（LOT）於2016年立項之前，中國天文學界已經就建設一臺大口徑光學紅外望遠鏡進行了多次呼籲。中國科學院國家天文臺台長常進說，一旦LOT項目得到國家發改委準予，冷湖觀測基地將是一個重要的候選地址。天眼FAST的投資為6.5億，相比之下，12米口徑的光學望遠鏡大概需要花費20億。

當中國找到比較好的臺址，大型望遠鏡建設項目也越來越多。除了12米大口徑望遠鏡，中國還需要建4、6米這類中間口徑的望遠鏡。一個問題是，國內天文學界的科研實力是否跟得上硬體的投入？對此，苟利軍認為，這是一個互相促進、循序漸進的關係，過去的模式通常是依靠國際合作、利用國外先進設備來培養人才。不會因為中國擁有頂尖設備，科研實力就立刻匹配得上，但這也不意味著，中國就不應該興建先進的大型科研裝備。