青海冷湖因奇特的雅丹地貌闻名，由于荒芜干旱、地貌与火星地貌特征类似，这里有着广袤深邃的荒凉之美。海拔高、人迹稀少、日照充沛、夜空晴朗，这里为天文观测创造了绝佳的条件。
新京报记者获悉，中科院国家天文台在青海冷湖地区发现国际一流光学天文台址，这一重大科学进展于北京时间8月18日发布在国际科学期刊《自然》上。这个发现为我国光学天文发展创造了重大机遇，也为国际光学天文发展提供了宝贵的资源。
2021年七夕的银河拱门，拍摄于施工中的赛什腾C点。洪文瀚供图
2020年冬季赛什腾雪后全景图，整个天文台笼罩在落日余晖中，远处是辽阔的柴达木盆地。邓李才供图
寻找绝佳台址
光学/红外观测台址是极其宝贵的稀缺资源，目前国际公认的最佳台址只有智利北部山区、美国夏威夷莫那卡亚峰、南极内陆冰穹地区。其中智利因拥有大面积极佳观测台址，将发展天文作为国策大力推动，吸引了全世界68%的地基光学/红外、高频射电天文观测设施落户，欧洲南方天文台建造的著名的甚大望远镜（VLT）就位于智利，这些天文观测设施的“入驻”为智利在前沿研究、尖端技术、社会经济等方面赢得了巨大发展机遇和空间。
我国天文界重视光学天文选址工作，上世纪九十年代开始部署在我国西部地区进行选址。最佳台址需要什么样的条件？国家天文台首席研究员邓李才说，从地面向空中观测需要透过地球大气，因此当地有云的天气要少、晴天要多，且晴天质量要好，即视宁度好。
他进一步解释称，星光穿过大气到达人眼和设备，而大气压缩或者膨胀造成空气混乱流动，光线经过这些地方会发生弯折和抖动，所以大家经常看到星星“眨眼睛”，“眨得越厉害，表示视宁度越差。”
空气中如有尘埃，会产生大气吸收或散射，因此当地的空气必须特别干净。另外，若要追求极致的科学目标，科研人员需要观测波长更长的红外光，将其作为获得重要天体物理信息的重要手段。由于水汽对红外光吸收强烈，因此天文台地面到大气顶部中的水汽含量要特别少。
这几个严苛条件，将很多台址都排除在外。2017年开始，邓李才研究团队利用在青海执行科研项目的机会，与海西州冷湖地方政府合作，在海西州西部无人区开始台址搜寻工作。
没有光污染的冷湖
走入天文学家视野的冷湖，位于青海省海西州，曾是我国重要的石油产地。随着上世纪80年代石油资源枯竭，冷湖逐渐萎缩成只有800个居民的小镇。也正是由于人口少，当地几乎没有光污染，夜晚的星空格外通透。
冷湖凭借酷似火星的地质地貌环境和优质的暗夜星空资源，正在打造集科学、科普、科幻为一体的“火星小镇”。2017年，谋求转型发展的地方干部主动找上了邓李才，希望引进天文项目。
但邓李才也有顾虑，他担心人烟稀少、星空美丽的冷湖一旦发展成为网红打卡点，将破坏原有的暗夜星空资源。合作协商停滞了一周后，地方干部拿着红头文件来找他——冷湖全域设为暗夜保护区。“光污染是全世界天文台面临的问题，冷湖在项目启动之前就把这个问题给解决了。”
2018年5月，邓李才团队来到冷湖赛什腾山区踏勘调查，在这片“处女山”留下了人类的第一个脚印。“赛什腾是蒙语，有两个意思，一个是突兀，就好像戈壁上突然冒起来一座山，还有个意思是觉醒。”邓李才说，当直升机第一次把他送往4200米的赛什腾山头时，他发现当地条件非常理想。
冷湖地区日照时间长、降水极低、夜空晴朗，历史记录的天气条件非常好。但以往人们认为这里有沙尘，不适合建立天文台。现场的情况颠覆了大家的认识。邓李才说，如果山势较为平缓，沙尘会随着山势移动。但冷湖地区每隔一段短距离，就有一座高山，赛什腾与其下方的柴达木盆地有1000米以上的高差，沙尘鲜有达到山顶的情况。“即便是冷湖镇区有沙尘暴发或经过，一旦到了山顶，看到的天空仍是湛蓝湛蓝的。”
背负设备攀山
研究团队最终确定，在山区4200米海拔标高点（赛什腾C区）进行定点选址。海西州政府调用直升机，将搭观测平台的建材物料调运到选址点。但后续的运行和参数测量设备维护需要依靠邓李才团队，这并非易事。当时山区尚无道路可以通达监测地，选址团队需要人力背负各种仪器设施，攀登崇山峻岭。
“上山维护、更新设备大概有十多次。我们从山脚越野车能到的3200米的山腰，攀登到4200米海拔的山顶。”面对高原反应的挑战，身背10公斤的物资攀登6公里，热爱登山的邓李才要用上2个半小时，他的同事则要用上3-5个小时。这项艰苦的任务时刻伴随着危险。有一次，邓李才脚下打滑摔倒，顺着斜坡往下滑，斜坡的尽头是一个断崖。他赶紧把四肢伸开，增加摩擦面积，这才停了下来。他说，项目组的人员都有类似的经历，有的人甚至夜宿野山。
2018年初冬，邓李才在登山途中。田才让供图
山上的条件更加恶劣，“我们晚上睡觉，要穿上极地羽绒服、羽绒裤，钻进零下30摄氏度的睡袋，再盖五床被子，勉强不冷。”也正因如此，科研人员花了大力气发展软件，使科研人员可以远程对设备进行观测和遥控。
克服了重重难关，团队最终获得了对赛什腾山光学/红外观测条件的结论性数据。为避免各种非科学因素对大型天文观测设施选址产生干扰，保证数据的可靠性和公正性，项目采集的所有原始数据在整个选址过程中实时公开。
“不眨眼”的星星
截至2020年底，团队已经积累了台址三年的监测数据。统计分析显示，冷湖赛什腾山C区（4200米标高点）的视宁度中值为0.75角秒。这个参数与国际最佳台址同期数据大致相同。相较之下，郭守敬望远镜（LAMOST）所在的河北省兴隆县连营寨视宁度为1.5角秒，大了一倍。
0.75角秒是什么概念？邓李才说，一个圆是切成360份，每份是一度，把一度再切成3600份，其中一份是一个角秒。0.75角秒是眼睛分辨不了的非常小的角度。“视宁度越小，观测到的天体越稳定。大家在城市里看到的星星‘眨眼’觉得很美，而从这里看，星星是基本不闪烁的，这样的条件对于天文观测十分有利。”
对“物质起源”和“生命起源”等极端科学目标而言，最佳的窗口是在红外波段。大气中的水分对红外光有强烈的吸收，因此最重要的台址指标是可沉降水汽（PWV）。在这项指标上，冷湖赛什腾台址是所有中纬度地区国际一流台址中最为优越的。
按可观测时间和视宁度进行综合量化分析，赛什腾山的品质优于青藏高原其他选址点，与夏威夷莫那卡亚峰和智利各天文台相比，基本持平。
2020年12月20日，西华师范大学与国家天文台合作的50BiN望远镜安装完成后进行了测试观测。这是冷湖天文观测基地的初光（first light），即一个天文台或天文观测设备第一次看天上的目标。
“冷湖国际一流台址的发现打破了长期制约我国光学天文观测发展的瓶颈，为我国光学天文发展创造了重大机遇。”邓李才说，特别是冷湖所在的地理经度区域内，尚属世界大型光学望远镜的空白区，而天文观测常常需要时域、空域的接力观测，因此，冷湖国际一流台址也是国际光学天文发展的宝贵资源。
望远镜安家
为最大限度发挥好冷湖台址的科学潜力，中国科学院将与青海省政府联合，尽快对台址资源进行保护，避免灯光和其他人类活动的影响，另一方面统一规划和布局未来重大观测设施的发展。
邓李才说，为保护暗夜环境，冷湖企业灯光、市政灯光、家用灯光都有相应规范，违规将被处罚。“当地常住人口非常少，旅行者都是来荒漠中欣赏星空和地貌的，所以无论来访者还是当地人，都不会破坏暗夜环境，台址保护压力不大。但政府还是对此给予了高度重视，暗夜保护法规正在形成之中。”
目前，中国科技大学的2.5米巡天望远镜、中科院国家天文台的1米SONG望远镜和1米太阳中红外望远镜、西华师范大学的50BiN双筒望远镜、中科院地质与地球物理所的1.8米和80厘米行星观测望远镜均建于这个平台。未来，还将有更多的望远镜在此“安家”。
2021年5月，青海省和清华大学签署协议，将用7年左右的时间，在青海冷湖建设一架口径6.5米的宽视场（光谱）巡天望远镜，并以此为基础开展全方位的天文学研究。邓李才透露，目前和冷湖签署落地协议的望远镜项目多数已经进入建设和设备安装阶段，望远镜数量达到30个（含一个阵列项目中的望远镜），届时冷湖将成为中国甚至亚洲最大的天文台。
“我心目中的下一个落地目标，是我国的大口径光学/红外望远镜，12米甚至更大！”
多知道一点：光学望远镜和射电望远镜
光学望远镜是人类最早发明的望远镜，工作在可见光（也就是人眼所能看见的光）波段。相对于人眼，光学望远镜可以增加聚光，提高分辨能力，且易于照准天体并进行长时间观测。郭守敬望远镜（LAMOST）就是光学望远镜。
受限于光学望远镜的尺寸，很多遥远的天体无法用光学望远镜来探测。宇宙天体不但会辐射可见光波，也在不断向外辐射波长大于光波的电磁波。根据这一现象，科学家发明了射电望远镜。典型的射电望远镜都是大锅盖的样子，如FAST望远镜。因为无线电波能够穿过云雾和尘埃，所以用射电望远镜可以不受阴雨天及黑夜的限制，能够连续进行观测。
新京报记者 张璐
编辑 樊一婧 校对 李立军
