当天文学家花费数百万(有时是数十亿)美元建造一个巨型望远镜时,他们会非常仔细地考虑将其放置在哪里。例如,智利的阿塔卡马沙漠目前拥有全球一半以上的重要天文台(数量之多以至于研究人员会组织设施间的体育联赛),因为它所在的山地高原非常适合天文学:地势高、干燥、少云。其他重要的仪器则聚集在夏威夷和摩洛哥海岸外的加那利群岛——这些地方都位于西半球。
这使得整个东半球都无法进入重要天文台的行列。但近年来,中国研究人员一直关注着一块巨大的潜在天文学地产:西藏高原。高原面积是法国的五倍,横跨中国西北部和尼泊尔的部分地区。平均海拔约15,000英尺,是地球最高的高原地区,因此享有“世界屋脊”的美誉。
那片屋脊上的一块区域可能特别适合观星。在对冷湖镇附近一座山顶进行了三年的数据收集后,一个天文学家团队得出结论,该地点的漆黑夜空和水晶般清澈的空气可以与世界级天文台的条件相媲美。他们昨天发表在《自然》杂志上的一份报告,可能会为能够观测宇宙的新型尖端仪器铺平道路——并照亮现代天文学的一个盲点。
“我对它感到非常乐观和兴奋,”马里兰大学的天文学家 Quanzhi Ye 说,他并未参与此项研究。
西藏上空的晴朗天空
将世界最好的望远镜集中在一个半球的问题是,天文学家无法有效地监测快速发展的情况。例如,如果智利的研究人员发现一颗接近的 the asteroid 或超新星,在地球自转离开目标之前,他们只能观测它一段时间。然后,“你需要一个东半球的望远镜来接力,”Ye 说。
长期以来,研究人员一直对西藏高原潜在的清晰宇宙视野感兴趣。天文学家最大的敌人是空气,空气会扭曲光线,因此尽可能地升高并超越地球大气层是首要要求。喜马拉雅山脉所在地是这类项目的首选地,但那里的条件真的像看起来那么好吗?
2015年,Ye 领导了一项尝试找出答案的行动。他和他的同事将三十多年的天气数据输入天气模型,并估算了高原西部阿里地区(Ngari region)的观测条件。该研究小组发现,阿里地区的天空可能几乎和阿塔卡马沙漠上空一样清晰。
但这只是一个模拟。要真正了解高原的潜力,必须有人亲自前往研究。
一颗冉冉升起的天文新星
现在有人做到了。2018年9月,由中国科学院国家天文台天文学家邓立才领导的一个团队,手工将相机和其他科学仪器搬到了冷湖赛什腾山(Saishiteng Mountain)的山顶。由于通往该地点的道路尚未完工,建筑材料和其他工具是通过直升机运送的。研究人员随后花了三年时间监测冷湖的天空。
“这项研究的绝妙之处在于,”Ye 说,“他们在冷湖站点顶部建立了一个站点。他们掌握了实际数据。”
研究人员发现,在冷湖建造的任何望远镜都将享有壮观的视野。潜在的建造地点位于海拔13,800至14,800英尺之间,70%的时间都没有云。这与智利(71%)和夏威夷(76%)的观测台相似,但不如加那利群岛(84%)的仪器有利。
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另一个关键质量是称为“视宁度”(seeing)的天文测量指标,它描述了恒星的光线穿过大气层时闪烁的程度。闪烁是不好的,所以视宁度越低越好。冷湖的视宁度为0.75角秒,与夏威夷(0.75角秒)、加那利群岛(0.76角秒)和智利(0.80角秒)的某些地方相同或略好。“低于1角秒,那就非常好了,”Ye 说。“这是一个非常令人兴奋的地点。”
赛什腾山也适合作为潜在的天文中心。西藏高原的许多地方都难以到达,但冷湖靠近三个机场和火车站。它荒凉的沙漠风光甚至会吸引偶尔前来的游客。
加入重要天文台俱乐部
Ye 说,发展国家西部地区并将其打造成研究强国多年来一直是国家战略,在中国天文学家在当地和国家支持下已经取得了快速进展。世界上最强大的伽马射线和宇宙射线探测器——高海拔宇宙线观测站(Large High Altitude Air Shower Observatory)——正在从西藏高原的东部边缘进行科学发现。冷湖已被指定为“火星小镇”,拥有模拟火星基地,用于研究和旅游。
接下来是仪器。投资2800万美元、2.5米口径的广域巡天望远镜(WFST)已在冷湖开始建造,它将在每三个晚上扫描北半球的整个天空。它将与智利正在建造的、8.4米口径的“维拉·鲁宾天文台”(Vera C. Rubin Observatory)协同工作,该天文台将对南部进行同样快速、更深入的巡天观测。一台下一代6.5米望远镜也在路上。
现在冷湖的天空已经得到证实是清晰的,中国的天文热点开始升温只是时间问题。
Ye 说:“他们有决心去做。他们有资金去做。他们有资源去做。”