記住冷湖，這裡有歐亞大陸最澄澈的星空，以及中國天文學的未來

在射電天文快速發展的同時，我國地基光學天文的發展卻落後於世界水平，重要原因之一是我們缺乏合適的天文台址。而昨天在《自然》雜誌上發表的一篇論文告訴我們，整個歐亞大陸上最優秀的天文台址，就在青海冷湖的賽什騰山。

#青海冷湖發現國際一流光學天文台址#

撰文|王昱

審校|鄧李才（國家天文台創新團組首席研究員）

“太差了，根本看不了！”

鄧李才在回想起 2017 年在德令哈市的觀測時感嘆道。紫金山天文台青海觀測站位於青海德令哈市，其建立目的是保證其中 13.7 米射電望遠鏡的射電觀測。但在光學波段，這個台址對天光背景的保護並不到位。伴隨着德令哈市的快速發展，等到 2017 年鄧李才開展觀測時，觀測站在德令哈市方向的天光背景已經增加了 1000 倍，直接影響了觀測質量，對他負責的項目而言，形成了極大的困難。而中國光學天文的發展對新台址的需求也迫在眉睫。與此同時，國家十三五準備立項的 12 米光學/紅外望遠鏡的選址工作已經展開，當時確定的候選目標是西藏的阿里、新疆的帕米爾高原和四川西部地區。

嚴重滯后的光學天文

近年來我國射電天文快速發展，FAST 更是成為了世界上最大的球面射電望遠鏡，取得了不俗的成果。但是對天文學而言，射電只是電磁波譜長端的一小部分，而天文上更多的成果是由光學波段，或其附近的紅外、紫外波段實現的。將紅外和紫外天文也納入光學天文的範疇的話，滿天繁星中每一顆的輻射都集中在光學天文的範疇內。

但我們的地基光學天文是非常滯后的。對光學望遠鏡而言，口徑是一個非常重要的參數。而我國的光學最大的通用光學望遠鏡口徑僅有 2.4 米，僅有郭守敬望遠鏡（LAMOST）口徑達到了 4 ~ 6 米級，但 LAMOST 是光譜巡天望遠鏡，難以進行成像觀測。1948 年時，美國的海爾望遠鏡的口徑就已經達到了 5 米，我們今天的光學望遠鏡已經滯后了太多太多。

大型光學望遠鏡很難建，但對我們而言，阻礙最大的並非是望遠鏡建造本身，而是不知道能將望遠鏡放到哪裡。最佳的天文台址一定是寸草不生的，因為乾燥無雨、大氣稀薄等望遠鏡所需要的環境特徵，明顯與植物的生存條件相悖；另一方面，植物蒸騰效應帶來的水汽又會影響天文觀測質量。另一個不確定性在於，即使一個台址在選址時的條件非常令人滿意，但隨着經濟的發展，人造光源的污染都會對其造成不可忽視的影響。在德令哈，情況就是如此。

在機緣巧合下，鄧李才的團隊受到青海省海西州冷湖地區政府的邀請，前往青海冷湖鎮尋找天文台址，這是天文學家首次以選址的目的來到冷湖。地基天文觀測受到大氣厚度影響，海拔越高，大氣越薄，受到的影響就越小。自然，世界屋脊青藏高原在這方面有着無可比擬的優勢，但冷湖之前並沒有落入天文台址的候選範圍——因為它比鄰塔克拉瑪干沙漠，加上本地的風蝕地貌，前人擔心風沙會對望遠鏡的運行造成影響。

不過，物理規律告訴我們，沙塵濃度應該隨着高度而呈指數衰減，只要有相對隆起、足夠陡、足夠高的山地，沙塵對台址就應該不是問題。2017 年 10 月，選址團隊委託當地政府選出了幾個冷湖鎮附近的山峰，他們確認鎮東部的賽什騰山滿足條件。一路顛簸，在將將入夜時越野車隊終於抵達了賽什騰山腳下。鄧李才下車，抬頭仰望星空：“我們可能找對地方了。”

世界頂級台址

在選址團隊到來之前，賽什騰山還是一座處女峰——未被人攀登過。在 2019 年 7 月山路貫通之前，選址團隊想上山頂，通常只能靠雙腿攀登。“哪有什麼困難，困難都是等待去克服的，樂觀一點。”鄧李才笑道。後來為了進一步考察，他們使用了海西州政府的直升機在山頂搭建觀測平台，設置科學儀器。

僅憑肉眼的直覺是遠遠無法作為選址依據的，他們在山頂架設的一批科學儀器可以檢測氣象、晴夜佔比、天文大氣總視寧度、天光背景，以及人們此前最擔心的風沙（多種參數，以空氣指數 PM10 為代表）等數據。同時，他們用氣象數據擬合了可靠的可沉降水汽指標等數據。他們還專門建設了一個網站實時公開這些數據。公開選址數據是為了工作的可信度，選址團隊一直都歡迎學者自行分析評價，但用數據開展研究工作需徵詢選址團隊的意見。

自 2018 年 3 月以來，這些儀器幾乎一刻不停地收集各項數據。最終，選址團隊將這些數據整理成論文，發表在最新一期《自然》雜誌上。70% 的優質晴夜佔比，0.75 的角秒的視寧度中位值，夜晚溫度變化範圍中位數也僅有 2.4 ℃，還有更多數據。綜合分析證明，這個天文台址是世界頂級的。

地球上最好的天文台址位於南極冰穹，特殊的地理位置決定了那裡具有亞空間級別的觀測條件，但隨之而來的觀測成本也是亞空間級的。望遠鏡不斷發展，除了口徑在不斷增加，在鏡面後分析星光的儀器也愈發龐大，因此在空間和南極建設下一代大型望遠鏡是不現實的。《自然》雜誌的科學編輯比喻道：“你不能拿一個蘋果和一個橘子進行比較，你應該拿一個蘋果和另一個蘋果進行對比。”

除南極外，美國夏威夷的茂納凱亞火山（Mauna Kea）、智利的帕瑞納山（Cerro Paranal）等世界頂級的天文台址都位於西半球。稍次一級的西班牙拉帕爾馬島（La Palma）位於西經 15 度，也非常接近西半球。青海冷湖幾乎是整個東半球最優質的天文台址，或者說，是整個歐亞大陸上最優秀的天文台址。

在東半球建設頂級望遠鏡具有重要意義，如果天文學家需要觀測那些轉瞬即逝的目標，那麼望遠鏡就必須盡量均勻地分佈在全球各地。否則，在重要天體物理事件發生時，西半球可能處於白天，當前的頂級台址根本無從觀測。

壯美星空下的生存條件是嚴峻的，對植物如此，對人也是如此。賽什騰山 4200 米到 4500 米之間的海拔的確比較危險，但好在冷湖大部分地區海拔在 3000 米以下，只是賽什騰山拔地而起，在短距離內提升了一千多米。這樣劇烈的高度變化一方面擋住了山下的風沙，另一方面給人員保障帶來了極大的便利。畢竟，不足 3000 米時的高原反應遠沒有 4000 多米的危險。

星空下的未來

天文學家都熱衷於大眾科普，但他們的事業卻不喜歡人們都聚集到天文台周圍，因為隨之而來的人造光源會讓天文台的觀測條件迅速惡化，就連當前世界頂級的天文台都難以倖免。曾經主持 LAMOST 銀河系巡天研究計劃制定的鄧李才對天文台址觀測條件的惡化深有體會，但他對冷湖這方面的前景較為樂觀。

冷湖鎮在上世紀六七十年代時，曾因石油開採一度增長到 10 萬人口，但隨着石油資源逐漸枯竭，冷湖再度回到幾乎無人的狀態。無人區自然不必擔心人造光源，而且地方政府曾在 2017 年 7 月給選址團隊帶來一紙紅頭文件，承諾對冷湖全域進行暗夜保護。現在，在天文台址半徑 50 公里以內任何新建的工業項目，冷湖天文觀測基地都要參與評估，並可以執行否決權。

天文學家追隨着星空建造天文台，愛好者們也會慕名而來。對於天文愛好者，鄧李才表示：“愛好者和關注星空的旅行者不會去破壞冷湖星空的寧靜。”天文台會強力助推冷湖基於星空和地貌的旅遊資源，地方政府由此增加的收入反過來又能促進天文台的發展。天文學家也想獲得更多經濟支持，但天文台“只可遠觀，不可褻玩”。現在冷湖地區旅遊基地的設置，也需要參考天文學家的意見。

冷湖這一優秀台址的發現，振奮了國內天文學家的精神。西華師範大學與國家天文台合作的50 厘米雙筒望遠鏡（50BiN）已經在賽什騰山天文基地展開了觀測。還有眾多天文望遠鏡正在建設當中。其中就包括清華大學的 6.5 米天文望遠鏡，正式名稱為寬視場巡天望遠鏡（MUST）。