何處覓星光?選臺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,國家天文臺部署啟動了重大科研計劃——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臺址進行考察和選擇。
除去對地形、地質、運行支撐等天文選址需要考察的內容外,臺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臺址發展至今,諸多優秀臺址破土動工,新的中大型望遠鏡即將落戶!

稻城無名山01號點遠觀。
我曾在國家天文臺懷柔太陽觀測基地攻讀博士學位。當時懷柔站的熱門研究課題正是圍繞依水庫而建的多通道太陽望遠鏡展開。水面能夠提供良好的大氣低層視寧度,從而保障這臺望遠鏡能夠獲得較高質量磁場數據。在這里,臺址選取首次給我留下了深刻印象——任何好的望遠鏡還需要配備好的觀測臺址。
畢業后先后訪學大熊湖天文臺(美)、飛騨天文臺(日)、夏威夷天文臺(美),以及現今我國最好的撫仙湖太陽天文臺等,從這些臺址質量的角度更深刻認識到發掘一流天文臺址對開展天文觀測與研究的重要性。
/ 機遇與挑戰
2008年回到云南天文臺工作,我期待能夠繼續日冕磁場測量研究,卻發現了國內“一窮二白”的局面,既沒有一臺日冕儀,更沒有現成的適合日冕儀工作的高海拔臺址,甚至連一臺像樣的日冕儀選址設備都無法找到。而當時的中國巨型太陽望遠鏡(CGST)、巨型日冕儀、高海拔宇宙線觀測站(LHAASO)等大項目也急需臺址這一關鍵要素來支撐。意識到這一嚴峻局面后,國內太陽物理界為了下一代巨型太陽望遠鏡項目首先行動起來成立了西部太陽選址隊,我被任命為選址隊長,可謂臨危任命。
選址看起來很美,其實該課題是一個很難的硬骨頭,不僅身體需要面對與經受各種極端自然條件的挑戰,還需要具備很強的天體物理與光學實驗專業背景;不僅要了解各類測址設備本身的物理原理、環境大氣各種參數相互耦合作用,還需要了解國內外選址設備最新發展,并探索、研發更為先進可靠的選址方法和手段。
2011年選址隊首次驅車抵稻城海子山、興伊措一帶采集數據?,F在,該地已成為LHAASO項目的建站址點。
發現稻城,發現科學
大香格里拉涵蓋滇川藏交界的橫斷山脈地區。由于地勢復雜、地理落差極大、交通非常不便等原因,這一區域曾經是選址踏勘的禁區和神秘地帶。歷經了數十萬公里艱苦科考與嚴謹論證,以及經過50多個地址的勘測后,我們終于發現位于大香格里拉核心地帶的稻城(北緯30度、東經100度)最佳,并于2014年開始建立稻城無名山高海拔天文臺址監測站。
稻城無名山區域位置及周邊地勢。
稻城站位于晴空少云區域,從1961-2008年全國范圍大面積云量統計的布局上來看,平均云量3-4成,屬于優良臺址,可滿足大型光學望遠鏡的觀測要求。經長期監測,它的白天視寧度、晴日數、積分大氣水汽含量和射電環境指標也都非常優秀。
從地理位置和地理環境方面來看,稻城無名山臺址位于我國四川省甘孜藏族自治州稻城縣與鄉城縣的交界處,地處青藏高原東南緣,橫斷山脈東側。無名山緯度較低,平均海拔在4500米以上,屬于低緯度、高海拔山地地貌;其周邊區域海拔落差大(周邊一小時內有2500-3000米海拔之間的后勤候選基地)、空氣潔凈、視寧度好、可觀測天數多,尤其是晴天連續性很好。該地區可利用的平坦面積廣,容易形成大科學集群,便于集中布局和獲得地方支持。目前交通條件已大為改善,從西安、成都、重慶、廣州等城市都有航班直達稻城亞丁機場,從機場到觀測站僅一小時車程。
從無名山2號址點向南眺望,肉眼清晰可見亞丁景區三座“神山”:央邁勇(頂峰海拔5958米)、夏諾多吉(5958米)、仙乃日(6032米)。這些雪山的直線距離100-120公里,可見該處空氣透明度之優良。攝影 / 戴建峰
/ 未來可期,堅持不懈
目前我們在無名山的選址監測站已定點運行多年,搭建了較為完善的電力和網絡系統。我們在深入和細化選址的各項工作內容的同時,也形成了對稻城址點更為具體和全面的天文選址報告。其中主要內容包括:1、開展數據分析方法研究與相關統計工作,能適應高海拔極端氣候的選址關鍵設備的高度自動化與集成化;2、對現有監測平臺按國際標準進行升級改造,對現有監測站及其周邊附近地區保持天文氣象數據的繼續采集和統計,并進行仔細梳理,以期發現更理想的候選址點;3、為日天文、夜天文和射電天文等不同天文領域候選址點的綜合質量評估提供科學、客觀、量化的依據。
目前,已經有各類天文觀測和空間監測設備陸續落戶稻城并取得重要科學發現,并且還有更多的設備計劃在稻城落戶。這是對我們選址人辛勤工作最好的肯定,也是給我們的最高榮譽。
建站初期,觀測助手冒著嚴寒在1號址點親手操作觀測設備(圖中設備為三臺夜間、白天視寧度測量儀DIMM)。
在從事緊張的選址工作的同時,我們也積極推動大口徑日冕儀的建設。2012年,提出通過與國外合作的方式引進一臺小型日冕儀,推動我國日冕儀實驗平臺建設,培養日冕儀研發技術人才。2013年獲得了日本國立天文臺提供的一架小型日冕儀并在麗江高美古成功獲得第一批觀測資料,證實我國西部高海拔地區擁有優良的日冕光學觀測的臺址資源,并從此彌補了我國長期無日冕觀測數據的空白。
稻城站星空。版權/楊贛虎
正是借助這架寶貴的日冕儀提供的實驗平臺,我們研發日冕儀的業務水平有了質的提升,并作為核心成員參加到山東大學和長春光機所的日冕儀研制項目中,于2018年首次聯合完成了日冕儀雜散光抑制的實驗,突破了六十年來一直限制我國獨立研制日冕儀的技術瓶頸,其成果獲得了中科院和基金委的肯定。經過該項實驗,我們于2021年2月在稻城址點成功觀測到白光日冕信號。現在,可以說依靠著稻城這一優秀日冕臺址和這支技術團隊,我們有信心繼續開展下一代大口徑日冕儀的研發。
2021年2月,稻城縣無名山,我國自主研發日冕儀成功獲得白光日冕像。日冕是太陽的最外層結構,很難被觀測到,地球大氣對陽光的散射會嚴重干擾對日冕的觀測,而大氣散射水平較低的地點一般在遠離人類居住的高山之巔。在日冕儀發明出來之前,研究者只能在每年發生日全食的時候去觀測日冕。如何制造出能產生“日全食”景象的日冕觀測儀,如何找到合適的觀測址點,一直都是太陽物理工作者的挑戰。稻城縣無名山,是10余年踏勘選址找到的優良太陽觀測址點;50毫米口徑的白光日冕儀,是在中科院鴻鵠專項支持下,云南天文臺牽頭研制的。經過通力合作,在無名山成功獲得了內日冕白光像。能否為白光日冕儀尋到一處合適的址點,則標志著一個國家是否具備開展高水平太陽物理觀測研究的自然環境。
作者簡介 /
劉煜,云南天文臺選址與日冕觀測團組負責人,從事選址、日冕儀和日冕磁場研究。
