作者:甘晓 ,李贺 来源:中国科学报 发布时间:2024/1/31 8:53:58
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登上地球“处女山”,中国科学家迈出人类“第一步”

 

文 | 《中国科学报》 记者 甘晓  实习生 李贺

人类瞳孔直径仅几毫米,却从未停止注视浩瀚的宇宙。
天文学上,光学观测台址是极其宝贵的战略性稀缺资源。自2017年起,中国科学院国家天文台(以下简称国家天文台)研究员邓李才和高级工程师杨帆,来到青海省海西州西部无人区开始台址探寻工作。历经3年艰辛探寻,最终在冷湖从未有人到达的“处女山”赛什腾山区找到一个世界级天文台址。
他们将基于采集数据形成的科学论文投给《自然》,收获了以“Congratulations(祝贺)”开头或结尾的两份独立审稿意见。
用邓李才的话说:“在赛什腾山上迈过的每一步,都是人类的第一次到达。”正是他们3年累积起来的“一小步”,使我国先进光学天文望远镜的建设迈出了“一大步”。如今,已经有近30台先进天文望远镜选择在赛什腾山落户。
2024年初,他们所在的国家天文台冷湖基地团队获得“2023年中国科学院年度团队”称号。
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俯瞰冷湖基地。受访者供图

台址中的“六边形战士”

一个优秀的光学望远镜观测台址对自然条件要求极其苛刻,得是具有全能实力的“六边形战士”——视宁度好、气候干燥、视野开阔、晴朗天气多、光污染小……这些条件必须是“且”的关系,任何一项有所欠缺都会影响望远镜观测能力。
2000年前后,国家天文台就部署了前瞻性研究,一批科学家前往青藏高原选址。位于青海省海西州茫崖市的冷湖曾与其他几个候选台址一起进入研究者的视野。
这里大气稀薄、日照丰沛、干燥少雨、夜空晴朗,全年70%左右都是晴天,具有非常优越的气象条件。“‘视宁度’是一个用来描述大气稳定程度的指标,冷湖区域的自然视宁度有一半小于0.75角秒!这表示光线在经过此地大气时,受到空气流动影响而发生的弯折和抖动幅度极小。”邓李才介绍,同时,这里水汽含量低,让冷湖拥有目前所有中纬度地区国际一流台址中最为优越的红外观测条件。
此外,冷湖人烟稀少,意味着人造光源少、光污染小,为其入围候选台址再下一城。冷湖镇所在的茫崖市地处柴达木盆地腹地,被无人区包围,距其最近的城市也有约400公里的路程。
尽管冷湖已经具备了成为“六边形战士”的绝对实力,却在此前的选址中落败。落选的重要原因之一是柴达木盆地特有的沙尘暴天气,因为人们普遍认为风沙会影响设备运行和观测活动。
2017年底,邓李才再次来到冷湖,对沙尘天气的影响有了新的认识。“大气中的风沙在纵向上的分布可能会呈现指数衰减,所以只要到足够高的地方,风沙问题就会迎刃而解。”他表示。
赛什腾山是冷湖境内唯一一座“足够高”的山,在当地政府帮助下,邓李才来到山顶。他发现,在沙尘肆虐的天气里,仅爬升1500米,就能看到通透的蓝天。粉尘仪检测结果显示,赛什腾山顶的空气质量指数长期维持在0或1的极优值内。
他们按捺不住内心的兴奋,立刻开始下一步的工作。来不及搭建观测用的高塔,杨帆只身一人上山,连帐篷都没带,用望远镜对当天的视宁度做了测量。“邓老师,是0.8个角秒!”第二天,杨帆把观测结果告诉了邓李才,两个人高兴极了,这是一个足以让所有天文学家感到振奋的数字。
自2018年1月16日开始,他们对赛什腾山晴夜数量、晴夜背景亮度和气象进行连续监测,并在海西州政府支持下通过直升机吊运建材,在山上初步建成基础设施。
在全体成员的努力下,经过3年连续采集,他们终于实现所有参数95%的连续覆盖率,获得了对赛什腾山光学观测条件的结论性数据。
2021年8月18日,他们在《自然》发表论文,公布了基于这些数据形成的科学结论。“两位独立审稿人在审稿意见中,都祝贺我们找到国际一流的台址。”邓李才很高兴。
论文显示,通过数据对比,从天文观测台址的专业质量要求来看,冷湖达到了国际一流水准。
最近,他们探索的步伐依然没有停止。2022至2023年间,观测台监测数据显示,冷湖地区的气候气象条件出现了波动,例如晴夜数量从此前的70%下降到了50%。“这是其他顶级台址曾出现过的情况,我们正在从全球大气活动的视角寻找答案。”邓李才表示。
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邓李才(左二)、杨帆(右一)在赛什腾山工作时的留影。

迈出人类的“第一步”

赛什腾山是一座“处女山”,在邓李才他们去之前,还从来没有人上去过。
2018年5月,邓李才乘坐直升机,第一次到达赛什腾山的山顶。下飞机前,他在仍有残雪的山头踩下了一个脚印。“这是人类在赛什腾山上迈出的第一步。”他说。
然而,大批量设备和负责维护运行的工作人员如何抵达成了难题。最开始修路进度缓慢,只能通过直升机运输。“考虑到直升机的运输成本,我们后来就自己爬,有时候会背一些设备上去。”邓李才说。
邓李才是个小个子四川人,但身上有种探险家的活力,热爱骑车、摄影。接受《中国科学报》采访时,他身穿蓝色运动抓绒上衣,脚踩运动鞋,一副随时准备去野外的样子。“这些年我们时时处于背上包就能走的状态。”他说。
去冷湖爬山上班成了他们科研工作的“日常”,只是通勤时间有点长。从北京出发,需要先飞到西宁,转机去德令哈或者花土沟,再驱车三四个小时才能到达台址。“有时候早上从北京出发,晚上到冷湖,夜里上山干活,等到第二天又回北京了。”杨帆表示。
不像邓李才那么“身轻如燕”,200斤的杨帆上山、下山有点困难。邓李才开玩笑地用“飞沙走石”来描述杨帆下山时的画面,“眼看着脚底下带着一团沙石就下来了”。
那是2018年秋天,杨帆第一次来到赛什腾山。他和一名当地工作人员一起上山,承担调试设备的任务。当时在卫星地图上,这座山只有地理坐标,没有登山轨迹,路线全靠口述。
“进山之后,我们发现所有的岔口都一样,中间走错了一个岔口,直到天黑也没找到正确的路。”杨帆回忆,入夜后,伸手不见五指,气温骤降到零度以下。他们没带睡袋、没穿羽绒服,只穿着普通冲锋衣,依靠打火机点燃枯树枝取暖,才平安度过一夜。
“这山,我再也不爬了!”这是杨帆下山后萌生的第一个想法。但在那之后,他又陆陆续续爬了三四十回。
“选址选到好地方的概率其实很小,全程参与这件事让我十分骄傲。”杨帆说,搞科研,失败是很正常的,成功是小概率事件。

地方政府与科学家的“双向奔赴”

在邓李才看来,冷湖的选址成功正是一场当地政府与科学家之间的“双向奔赴”。“选址工作从头到尾都离不开当地政府的大力支持。”他强调。
2017年,正在青藏高原从事科研工作的邓李才遇到一个麻烦,有两台光学望远镜刚“住下”没几年,观测就陷入了困境。原因是它们所在的城市发展太快,城市灯光对光学望远镜的运行造成了影响。
“一定要在远离城市的地方找到一流的光学天文台址。”邓李才暗下决心,迈开了寻址的步伐。
20世纪50年代,地质队在冷湖发现了石油,让这里迅速成为欣欣向荣的石油小镇。不过,随着石油资源逐渐枯竭,热闹的冷湖回归冷清。
来到冷湖时,邓李才结识了时任海西州冷湖行政委员会副主任田才让。田才让告诉他,冷湖的星空非常漂亮,这里或许适合建设天文观测基地。同时,由于经济社会面貌的变化,当地政府正在酝酿茫崖、冷湖联合建市的构想。
届时,冷湖将调整建制为冷湖镇,建设天文观测基地也许能够为当地发展提供一个新的机会。
但邓李才有他的担忧:冷湖现在的确很冷清,等到天文台建立起来,冷湖的名气大了,看星星的人必将纷至沓来。周边地区热闹起来,就会对天文观测产生致命影响。
对此,冷湖展现出了诚意,田才让很快就带来一份红头文件。文件提出,海西州政府要将全域1.78万平方公里纳入暗夜星空保护区。这让邓李才心中的大石头落了地。
2023年1月1日,《海西蒙古族藏族自治州冷湖天文观测环境保护条例》正式实施,圈立了半径50公里的暗夜保护核心区,并在此基础上增设了半径50公里的暗夜保护缓冲区,严格规定了区域内的光源种类和亮度,并对所有户外固定夜间照明设施的照射方向等进行了划分管理。
这样,冷湖拥有了全球天文台中最暗的光环境,成为了地表上的“小黑屋”。
等到工作真正推进起来,更离不开地方政府的帮助。冷湖地处无人区,基础设施建设的空白给初期工作带来了困难。为了解决设备和人员运送问题,海西州政府协调了一架直升机,帮助科学家在台址建设初期运输物资。
2019年7月,一条耗时一年半的简易砂石公路正式竣工。这条路从山脚通到了赛什腾山上。如今,海西州政府正在修建一条盘山路,一条8米宽的“康庄大道”即将建成。
沿着登山路径,已经有近30台天文望远镜在建设中,包括中国科学院紫金山天文台的近地天体监测阵、国家天文台1米口径的太阳望远镜和1米口径的恒星观测望远镜、中国科学技术大学2.5米口径的望远镜、中国科学院地质与地球物理研究所0.8米口径的望远镜和1.8米口径的行星专用望远镜等。更大口径的望远镜建设已经在筹划中。
未来已来,冷湖不冷。冷湖台址的建立将为我国天文学发展带来新的破题点,填补东半球光学观测台的空白区,推动人类天文学向外太空迈出更多的“一大步”。
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邓李才(左一)与工作人员在爬山时的留影。
《中国科学报》 (2024-01-31 第1版 要闻)

 
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