与灯火通明、人口稠密的东部地区相比,广袤无人、海拔较高的中国西部地区一直是天文学家和天文爱好者的乐土:大漠中的东风航天城见证了中国载人航天的奇迹,现代诗城德令哈是重要的毫米波射电观测基地,而2021年,青海西北部的冷湖镇更是被确定为中国最好的光学天文台址,也将成为全亚洲未来光学天文的中心。
2024年暑假,北京大学青年天文学会(学生社团)的同学们前往西部,实地探访这些中国天文事业的重要地点。实践团深入西北大地,行程数千公里,参访、调研、座谈、探索……我们希望依托学会作为北大最大的学术科创类社团这一特色,以实践活动的形式探访中国的大型天文科学装置,深入了解科研基地的建设与运转过程,展望中国天文学和航天事业的明天,也坚定着投身于祖国科学和科普事业的决心。
8月5日下午,大巴车驶离了215国道旁的废弃小镇,拐到了一条无名的小路上。而在天边巍峨矗立着的,便是此行的目的地,无数天文学家心中的应许之地——赛什腾山。
昨日,实践团的成员已经领略了冷湖的星空。但是对天文学家来说,山下的星光无论在我们眼里多么光彩夺目,依旧抵挡不住大漠上的漫天黄沙。不过,对于山顶的天文台来说,无论山脚下的沙尘如何肆虐,山顶的群星依旧璀璨夺目。而我们这次实践的主要目的之一,便是来到这座圣山探寻中国天文的未来。
PART 1
这个望远镜是我毕设
赛什腾山上将会长满密密麻麻的望远镜
(公众号后台回复“冷湖”可获取原图)
一般车辆未经报备无法通过天文台山门的检查站,大巴车过了检查站后,开始在蜿蜒盘山路上行驶,回头可以望见通向山脚的漫长笔直公路,脚下是一望无际的戈壁和古老干涸的河床。大巴车的海拔在不断攀升,同学们期待的心情也随之不断高涨。就在大家算着海拔的时候,有同学突然大喊:看!圆顶!顺声望去,只见数个雪白色的圆顶在山上依着山势零星分布,在阳光下熠熠生辉。在大家的欢呼声中,大巴车停在了一个遍布脚手架的圆顶旁。这便是实践团在赛什腾山的第一站——中红外太阳磁场望远镜(AIMS)。
赛什腾山的山路
接待我们的老师是当初组装调试望远镜的科研工作者之一。“装这个望远镜就是我当时的毕设”,老师的话立刻吸引来大家的赞叹声。经过老师介绍,我们得知,AIMS是世界上唯一一个中红外波段的太阳望远镜。一般情况下,大气中的水汽对红外线的吸收是影响地面中红外观测的一大原因。而赛什腾山天文台具有高海拔和水汽少这两大优势,这使得中红外太阳观测成为了可能。而AIMS除了首次记录太阳在中红外波段的活动外,更首次实现了世界上对太阳磁场的直接测量。这是因为可见光与近红外的常规手段测量,会受限于测量精度不够与经验公式依赖这两个问题,从而只能进行低精度的间接测量。但中红外谱线的高磁灵敏度性质使得我们可以对其磁场进行高精度直接测量,实现了太阳磁场测量的突破。在技术层面,AIMS的研发极大提升了我国在中红外探测器、中红外偏振测量、高分辨光谱获取能力等方面的技术水平,实现了国内技术的一大突破。
老师在讲解望远镜原理
随后,我们跟随老师登上了AIMS的圆顶。透过圆顶的缝隙,我们终于一睹AIMS的真容。根据老师的介绍,由于探测波段为中红外,传统光路中的附镜等遮挡光路的结构会对望远镜的信号产生巨大的热干扰,因此必须对光路进行特殊设计。也因为如此,AIMS采用的是离轴光学系统设计,即采取抛物面的非中心部分,让光路偏离主镜的上方,这也是国内望远镜中的第一个离轴光路系统。对于其接收部分,考虑到中红外波长的特殊性,传统的光栅光谱仪等分光设备的分辨率和信噪比无法满足项目需求,只有傅里叶光谱仪这一种形式才可以对其进行高精度测量。看到上个学期还在实验课上“折磨”大家的光谱仪在前沿上的具体应用,大家不禁相视一笑。老师也描述着当时AIMS刚安装时的调试设备经历:“圆顶内部对温度有要求,在装配望远镜的早期,我们调试设备时只能从这个小小的窄窗口进入圆顶去工作。顶着10℃的温度在圆顶里面待一天,出来时整个人都僵了。”随后,同学们与老师探讨了望远镜诸多细节问题(比如如何散热,望远镜折轴系统的位置,如何消场旋等等),并与老师合影告别。
AIMS特写
同学与讲解老师在AIMS前合影
PART 2
赛什腾山的先驱者
实践团的第二站是赛什腾山的C平台。这里是赛什腾山的第一个平台,也是最早被确定为冷湖观测站的平台。当初,科研团队就是在这里进行气象观测,并确定冷湖是世界级台址;冷湖的第一批望远镜也是在这里落成的。据老师回忆,在冷湖早期,那条盘山公路甚至还没有修成,望远镜零件都是工作人员用直升机分批次吊上去的。这里既有从德令哈天文台搬过来的SONG,PAST和50Bin望远镜,还有新落成的目前亚洲口径最大的光学巡天望远镜——墨子巡天望远镜(WFST)。虽然到目前为止,这些望远镜大多数还只是在对冷湖的观测环境进行测试,但其在几年内依次产出的成果则彰显着赛什腾山这片土地的潜力。
C平台效果图
航拍C平台
PAST和50BIN望远镜
随后大家进入圆顶参观了PAST望远镜。PAST望远镜是在赛什腾山第一批安装的望远镜,其观测结果表明,冷湖的视宁度达0.5 角秒。根据老师介绍,这台望远镜可以对太阳系内的各种天体进行探测,并搭配有木冕仪,能对木卫一火山喷发出的等离子体环进行成像。PAST望远镜的落成标志着我国自主地基行星探测的新篇章,而冷湖的视宁度为其成果提供了重要的环境支持。随后,学会成员在墨子巡天望远镜前进行了合影,并向着赛什腾山的最高峰继续迈进。
实践团成员在参观PAST望远镜
实践团在WFST前合影
PART 3
自缘身在最高层
在通往B平台的山路上远眺X平台
实践团在赛什腾山的最后一站是位于最高峰的A平台与B平台。大巴车行驶到距离B平台还有几百米时,铺装路面结束了。怎么办?是打道回府还是顶着高反走20分钟?实践团成员一致认为,既然来都来了,一定要参观完最后两个平台!于是大家结伴而行,互相分享剩余氧气。不过渐渐的,看着山下刚才参观过的望远镜不断变小,团队对于山顶上的风景也越来越期待。终于,在走过一个碎石构成的大转弯后,我们到达了赛什腾山的最高处:A和B平台。
航拍B平台
如果说山下的石油小镇代表着冷湖的过去,实践团参观的C平台代表着冷湖的现在,那么这两个平台就象征着冷湖的未来。这是因为,A与B平台虽然现在一无所有,但这里却是赛什腾山条件最好的两处天文观测地。诸多计划中的望远镜,比如清华大学的宽视场巡天望远镜(MUST)与北京大学的成长型通用光学望远镜(EAST),都将建在A与B平台。实践团成员一边欣赏着赛什腾山之巅的美景,一边憧憬着下一代望远镜全部建成后冷湖的景象与届时中国天文的盛况。最后大家合影留念,与赛什腾山告别。
“仙人指路”
实践团在B平台上合影,后面的气象站是A平台
北大青天会邀您
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成长型通用光学望远镜示意图(南京天光所提供)
中文名
6-8米口径成长型通用光学望远镜
英文名
Expandable Aperture Segmented Telescope
(EAST)
北京大学拟牵头与相关单位合作在2024-2030年分两期建设一台6-8米口径、亚洲境内最大的拼接镜面通用光学望远镜,台址拟定青海省海西州冷湖海拔4300米的赛什腾山。
EAST预计在2030年完全建成,8米口径的EAST将取代2.4米望远镜成为我国最大、同时也是亚洲境内口径最大的通用光学望远镜。它不仅将为我国天文学家提供光学天文观测利器,其独特的区域优势也将十分有利于国际天文合作。
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目前,EAST望远镜正在筹集2000万元,用于建造EAST望远镜主镜面内圈的6块子镜、完成4次建设台址调研以及开展10场天文科普活动。单次捐赠金额无门槛,一块钱也是心意:
后记
冷湖下雨了
就当大家回到冷湖镇去休息并进行晚餐时,意想不到的事情突然发生了:冷湖竟然下起了小雨!虽然大家都知道,这段时间正值冷湖雨季,一个月下几次雨是正常现象,但还是忍不住感慨协会这呼风唤雨的能力(法力)。不过经过昨天一夜的观测以及在高海拔地区行动的一下午,大家正好也没有精力进行第二次观测了。于是大家提早回到各自房间进行休息,准备明天的——也就是实践最后一天的——德令哈之旅。
文案:孙宇辰
排版:宣传部
摄影:杜骏豪 高揆一 刘韫滕 孙宇辰 赵鑫淼
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