冷湖 | 星窺青海灣_風聞

北京時間8月18日，國際科學期刊《自然》發佈了中國科學院國家天文台鄧李才研究團隊的一項重大科學進展。在青海省地方政府支持下，研究團隊自2018年1月啓動青海冷湖地區的天文選址工作。研究團隊克服野外高海拔等重重困難，建成所有關鍵台址參數的測量平台，經過3年連續監測數據顯示，冷湖台址的光學觀測條件比肩國際一流大型天文台。這一發現為我國光學天文發展創造了重大機遇，也為國際光學天文發展提供了寶貴的戰略資源。

何處覓星光？選台址可能是天文領域中最艱苦的工作之一。城市快速發展，燈光污染、空氣污染等都對天文觀測造成影響，天文學家也將目光投向了條件更好的西部。2003年，國家天文台部署啓動了重大科研計劃——中國西部天文戰略選址，針對我國西部地區潛在的優良天文台址進行考察和選擇。

除去對地形、地質、運行支撐等天文選址需要考察的內容外，台址選擇還需考慮諸多天文觀測的相關影響因素，包括晴夜數、視寧度、氣象條件等……我國現代夜天文光學觀測台址發展至今，諸多優秀台址破土動工，新的中大型望遠鏡即將落户！

日落賽什騰山。

為什麼偏偏是冷湖？

青海，冷湖，賽什騰山，最高海拔4576米，此地不僅苦寒，而且乾旱少雨、日照強烈。然而，越是這樣的環境，越有可能成為觀測天文學家的心儀之地。

適宜設置光學天文台的地方被業界稱為台址，需要多個指標的考量，比如晴夜數、天光背景亮度、視寧度，還有一些氣象細節的要求，比如風力、顆粒物、水汽等指標。鋪開包含這些信息的多維度中國的地圖，可以發現一個顯而易見的事實，滿足光害少、晴夜多、視寧度好的區域，大多分佈在西藏、青海、新疆南部、雲南北部、川西一帶。傳統觀點認為，我國最適合架設大型光學望遠鏡的區域位於青藏高原寒冷乾旱的高原山地、新疆帕米爾高原和橫斷山區。然而位於青藏高原北沿的冷湖，卻給了天文學家一個意外的驚喜。

無人區中央的冷湖，曾經因為石油大開發成為資源型區域。隨着石油資源枯竭和常駐人口的流失，冷湖處在了歷史的轉折點。冷湖政府規劃利用冷湖的星空資源發展文旅產業，實現產業轉型和可持續性發展。於是專程找到當時在德令哈工作的國家天文台找鄧李才研究員商談在冷湖地域開展光學台址的尋址的可能性。天文學界對台址的需求和地方發展的需求不謀而合。

金色的夕陽，賽什騰山又迎來一個晴朗的夜晚。

賽什騰山，與狼共舞

現代天文台所在之處，大多人跡罕至，其實相比於很多野外台站，位於冷湖的賽什騰山雖然險峻，但修建道路可實現良好的可達性。同時，冷湖與敦煌相距僅250千米，人員往來和運輸成本低可控，這也是優良台址的要素之一。

最初的勘測就是人與自然的故事。在直升飛機離開之後，只能靠人力，那時沒有到山頂選址點的路徑，第一次只能沿着山脊往上爬，極其危險。冷湖地方政府的田才讓和鄧老師的專門徒步登山，在蠻荒中標定路線，為後續的登山作業提供些許安全保障。高原缺氧，陡峭，積雪，山體表面風化的碎石，寒冷……都為攀爬帶來的巨大的難度，每走一步都是跟自身極限的博弈。我是項目組爬山最多的一個，感受良多。相比之下，在4000多米、零下20多度的山頂安裝設備、調試機器和執行觀測任務這些貌似辛苦的活都變得不是個事兒。

在早期勘測工作時，因為山上沒有路，很多設備只能靠人力揹負上山在爬山時，這幫天文學家，一個個都變成了重裝野外探險家。

作者在山頂進行技術維護。

頂着嚴寒收集數據，苦中作樂。

晴夜，星空的寧靜

通過監測我們發現賽什騰C點的氣温在-25至15攝氏度之間，空氣乾燥，風速的中值4.1米/秒。大風會影響觀測設備的穩定性，而相對較低的風速可以保證光學望遠鏡的正常工作時間。天光背景是衡量一個光學台址質量好壞的關鍵因素之一，背景越暗，望遠鏡才能發現更闇弱天體，如果天光背景太亮，那麼就無法完全發揮出望遠鏡的觀測能力。經過長期監測我們發現賽什騰山在無月夜天光背景亮度（SQM星等值）暗於22.3，即不存在人造光源污染，接近了地面天光背景的理論極限。

同時由於賽什騰山地處無人區，最近的冷湖鎮直線距離也有40千米，常駐居民堪堪過百，完全不存在城市發展導致的天光背景亮化的風險。我們對台址地從2018年4月至2021年6月23日的天光背景進行了持續觀測紀錄，並對夜間晴朗時間加以統計，統計結果顯示接近83%的時間為可觀測時間，足以保證未來的大科學裝置的持續高效運行。

視寧度是光學天文觀測中極其重要的一個指標，反映瞭望遠鏡中星象的鋭度。截至2020年12月31日，361258次合格的採樣結果出來了：視寧度統計中值為0.75″！我們可以對比下，世界公認的最佳大型天文台包括南美洲阿塔卡馬沙漠地區、夏威夷大島和西班牙的拉帕爾馬島視寧度為0.6-0.8角秒，地球上最優的台址地在南極洲，極端視寧度中位數達0.3角秒。而一般光學天文台的視寧度都比1角秒還要差。

得知冷湖的選址結果，國內望遠鏡建設的專家看到這些數據頗為興奮。85歲高齡的蘇定強院士堅持前往冷湖，要親眼看看視寧度是否像測量的那般優良。那天晚上，賽什騰山上架起了30釐米口徑的視寧度監測望遠鏡。助手們沒有安裝數字後端，而是為蘇院士專門配上了目視用的目鏡。目鏡中，土星環鋭利、星像穩定，6個衍射環清晰可見。蘇院士感概：巡天不愁矣！

已建成的圓頂，夜空中斗轉星移。

開門宴賓客

台址參數的優勢，尤其是卓越的視寧度，讓冷湖觀測站名聲在外。很快，1.8米大口徑行星望遠鏡TINTIN就確定落户於此。有了賽什騰山上優良視寧度的加持，這種專用於高分辨成像的望遠鏡有了用武之地。利用星冕儀裝置，可以對行星以及衞星的大氣活動結構進行監測，還可以得到行星大氣環境的觀測結果。

已建成的50BiN望遠鏡

早在十餘年前，西華師範大學的50釐米雙筒望遠鏡網絡（50BiN）就落户青海，其主要的科學目標是恆星的時域問題研究，將開展雙星、恆星活動、系外行星搜尋等天體物理前沿課題研究。

另一台早已落户青海的SONG望遠鏡是全球聯測望遠鏡之一，擁有1米口徑的高分辨率光譜望遠鏡，通過測量視向速度精確測量進行星震學研究。

如今，“中國科學技術大學—紫金山天文台2.5米大視場巡天望遠鏡WFST”基建工程已經在冷湖天文觀測基地正式開工，建成後將成為北半球具備最高巡天能力的光學時域巡測設備，預期可以在時域天文、外太陽系天體搜尋、銀河系結構和近場宇宙學等領域取得突破性成果。

清華大學即將建設的寬視場光譜巡天望遠鏡（MUST） 是一架計劃6 . 5 米口徑的望遠鏡。配合未來的全波段巡天設備，MUST有望在暗能量演化、星系宇宙學、引力波宇宙學等方向取得突破，使我國在地基天文觀測和相關技術領域達到國際一流或領先水平。

不久前鄧李才老師出差回來，一見到組裏的同事就難掩興奮：“你知道昨晚冷湖的視寧度多少嗎？0.34角秒！這回我可是親眼看到的！”這是一個接近了半米口徑望遠鏡衍射極限的數字。對於鄧李才老師和我的同事們來説，現在倒是有一件頗為頭疼的事情，那就是望遠鏡來的太多怎麼辦，如果以後還有更大的裝置來山上該怎麼辦？如何規劃，才能將這一台址的優勢，發揮到最大化呢？願蒼天庇佑冷湖賽什騰山！你究竟能以如何的胸懷，來迎接慕名星空而來探索宇宙的客人們呢？

星軌、繁星與銀河，賽什騰山的夜空即將揭示多少宇宙奧秘？

 作者 · 簡介 

楊帆，國家天文台助理研究員。恆星與恆星系統研究團組成員。在參與選址工作之前從事利用lamost光譜數據研究銀河系結構的相關工作。