高原星塔:在阿里观测站追逐宇宙奥秘

教育   2024-08-22 10:00   上海  
我在研究生阶段,曾通过远程控制的方法使用过阿里观测站40cm的望远镜进行小行星测光相关的科研工作。实地去阿里观测站进行观测学习一直是我的心愿。幸运的是,今年4月底,课题组派遣我去阿里辅助安装和调试60cm双筒望远镜的相关工作。


这让我非常激动,也十分忐忑:激动于去阿里进行实地观测,终于可以登临高原实现心愿,看星落高原的壮观;忐忑于高寒缺氧的环境给我身体带来的挑战,能否顺利完成既定工作任务。可为什么望远镜要放置在高原且生存环境恶劣的地方,尤其在阿里如此高寒缺氧的环境呢?



01

为什么是阿里?



这里的阿里是指阿里地区,位于中国西藏自治区的西部,地处青藏高原的腹地,被称为“世界屋脊的屋脊”。阿里地区的平均海拔超过4500米,是地球上最接近天空的地方之一。


在明白为什么选择阿里作为天文台台址之前,我们要简单了解一下地基天文观测的基本原理。地基天文观测是通过地基望远镜接收来自天体的信号,而天体信号透过大气时会有不可避免的损失。台址上空的大气越少且相对越稳定,接收到的信号质量也就越好。此外还必须避免人造光源,保证台址有较高的晴天数和没有大风扬沙等,否则会影响光学等波段的观测。


▲ 图1 天文观测波段与大气吸收窗口示意图。来源:中国南极天文中心


阿里正因其干燥稀薄的大气,极高的海拔,82%的高晴夜比和几乎为零的光污染等,具备了成为世界顶级天文观测站的条件,成了天文科研工作者放眼星辰大海、探视遥远宇宙的理想之地。


从2002年至今,前辈们无数次披荆斩棘,经过远程研究、实地调查巡测、定点监测和选点建设等阶段,将天文观测站选定并建设在狮泉河镇以南甲马儿灯山顶(32.325°N,80.027°),海拔约5100米的地方,终于立“星塔”于阿里。现如今阿里天文观测站的基建工程几乎全部完工,已有部分望远镜针对不同科学目标开展了观测任务。


▲ 图2 阿里观测站全景图。图源:新华社

 

02

在阿里组装和调试望远镜有哪些挑战?


 

虽然阿里地区海拔高,空气稀薄,有利于天文观测,但却给科研人员的身体带来挑战。我从未有过高海拔生活的经历,为了适应高海拔,便在海拔为3570米的拉萨贡嘎机场停留了一晚,做短暂性适应。当日并未有不适,但次日抵达阿里狮泉河镇时,绝美的雪山和稀薄的空气瞬间带来的窒息感,强烈地刺激着我的感官神经。

▲ 图3 阿里地区的雪山。作者供图


不作休息,到达当天晚上我们就开车去观测站进行了望远镜的吊装工作。望远镜的吊装是一项需要高度精确和协作的工作,每一个镜筒、每一根配件都要小心安装。第一天我们就基本完成了望远镜的组装。这得益于我们之前的充分准备,实际上我们在邮寄望远镜之前就已经在南京进行过一次组装和调试。这包括但不限于排查望远镜的每个组装细节,控制软件的安装设置以及详细的安装调试计划等。


当天阿里观测站的风速很大,给吊装工作带来了极大的挑战。在这样的环境下,吊车师傅几乎是在完全盲区的情况下操作,对于望远镜这种精细的设备而言,稍有不慎就可能导致不可逆的损坏。我们必须与他密切配合,确保每一个步骤都能顺利进行。在风速的干扰和高反带来的身体不适中,依然保持专注和冷静并不容易。凭借之前在南京反复练习的默契配合和对设备的充分了解,我们还是顺利地完成了望远镜的安装过程。然而,后来调试过程中还是发现,不知是运输过程还是安装过程的不当导致了主镜脱槽的问题,以致后来调试了很久才发现这个问题。所幸,这个问题是可解决的。


▲ 图4 60cm双筒望远镜吊装图。作者供图


第二天,我们正式开始调试望远镜。然而,我和电脑都出现了严重的“高原反应”。我有液氧瓶解决,而原本调试好的电脑无论如何都无法正常工作。这导致我们只得换了一台备用电脑,重新进行软件的安装和设置工作。此外,调试总是在晚上,4月阿里的晚上高寒风大,这使调试更增困难。


▲ 图5 60cm双筒望远镜组装过程。作者供图


天文望远镜的调试总是如此,尽管在出发前进行了各种齐备的考量,但意外总是源源不断。调试过程中除了数据线和电脑等高反罢工,又遇到了无法调节光轴、焦面等问题。几番尝试未果,高反还导致大脑处于缺氧状态,更难清楚地思考问题、厘清逻辑。后来,我查看望远镜调试日志时,发现一些很小的问题在当时花费了很多时间才解决,例如成像质量差仅仅是因为相机接环有一些松动。所幸,我们基本完成了软硬件的安装,光轴和焦面等调试工作可以通过远程配合常驻观测站的工程师和老师来完成。


虽然没有完成全部调试任务,但经过3天短暂工作,终于将60cm双筒望远镜成功组装并进行了一些调试,实现了基本目标。


▲ 图6 60cm双筒望远镜在调试中的姿态。作者供图


这台60cm双筒望远镜近期会进入工作阶段,其主要任务是对小行星进行巡天观测。通过拼接两个镜筒的视场,它形成了更大的观测视野,能够在短时间内覆盖广阔的天区。这一设计大大提高了望远镜的数据收集效率,特别是在监测和搜寻新的潜在危险小行星方面表现出色。相比传统单筒望远镜,它能更快地完成巡天任务。通过持续的观测,我们可以精准追踪小行星的轨道,及时预警可能威胁地球的天体撞击风险,这也为我国近地防御系统的建立和完善贡献了力量。


03

阿里科研旅途趣闻体会



与我而言,在阿里天文台的科研之旅不仅仅是一次工作经历,更是一段极佳的人生体验。我仅仅是坐车来调试望远镜,累了观测室可以休息,高反了也有供氧设备,冷了可以去取暖。无法想象前辈们来这里考察站址时有多么艰辛,更无法想象阿里观测站是如何建立起来的。他们披荆斩棘,才有如今我们的便利。再次向他们表达敬意。


观测站的常驻老师告诉我,由于站上基建挖出的石头中有很多生物化石,可惜我们基本上一直在忙着组装和调试望远镜,加之高反完全没有时间和精力去寻找生物化石。不过还是在狮泉河镇的超市里见到过很几个漂亮的类似海洋的生物化石,时空变化,曾经沧海今为高山,令人敬畏。


 图7 阿里观测站山顶一侧。作者供图


本以为这里不会有什么动物,但在我们下山的途中,却经常能看到蹦来蹦去的野兔和惊飞的麻雀。我才意识到这个在白天看上去一片荒芜的地方并非死寂,生命之顽强令人动容。在返回狮泉河镇的路两旁,政府开始大量种植树木,我不知它们的存活率,但相信未来这里定然生机勃勃。


▲ 图8 在返回狮泉河镇时道路两旁新栽种的树木。作者供图


狮泉河镇的海拔也高达4300米,高反让我全身疼痛,食欲不振,没有去细细品尝当地美食,只记得当地老师给推荐了很多。但这次旅程我足够满意,当我躺在观测站的星空下,那种无比强大的慰藉感充满全身,甚至让我一度忘记了高反给身体带来的疼痛。


04

后记



星光殷殷,倾诉着穿越时空的秘密;大地茫茫,承载着洞见宇宙的渴望。人类对宇宙未知探索的渴望从未停止,阿里观测站的故事还在继续,期待它带来更多的科学发现。


头顶星空,脚踏实地。阿里这片神秘的土地,它的美在于它所承载的人类对宇宙的渴望和梦想,也在于自然风光的壮丽。希望大家都能有机会去亲自体验这片土地的魅力,感受星空下的宁静和思考。


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