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        青藏高原星空中的天文奧秘

        2021-11-05 23:26:33袁懋
        知識(shí)就是力量 2021年11期
        關(guān)鍵詞:青藏高原天文湍流

        目前,世界上著名的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡建造地有美國夏威夷的莫納克亞山以及智利的帕瑞納山。歐美日等國家在這些臺(tái)址建造了許多大口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡,數(shù)十年間已經(jīng)取得了豐碩的科學(xué)研究成果。

        那么,除了這些地方,在中國有沒有適合建造大口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的地方呢?答案是有!不僅是有,它還是全世界數(shù)一數(shù)二的臺(tái)址候選地,簡直就是天文學(xué)中光學(xué)觀測的天選之地,這就是中國的青藏高原!

        左圖和右圖分別是在遠(yuǎn)離光污染地區(qū)和城市地區(qū)拍攝到的獵戶座星座(供圖/ 袁懋)

        視寧度不同條件下對木星的觀測對比圖(供圖/ 袁懋)

        什么因素會(huì)影響光學(xué)觀測?

        自400年前,意大利天文學(xué)家伽利略發(fā)明第一架光學(xué)望遠(yuǎn)鏡以來,人類已經(jīng)在地表上建立了一批又一批的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡,幫助我們不斷探索廣袤宇宙。隨著科技進(jìn)步,我們的望遠(yuǎn)鏡性能不斷提高,同時(shí)對建造望遠(yuǎn)鏡的臺(tái)址要求也越來越嚴(yán)苛。那么,科學(xué)家們?yōu)槭裁匆贿h(yuǎn)千里、翻山越嶺去荒無人煙的地方選址建造天文望遠(yuǎn)鏡,而不選在城市呢?

        首先,城市中有可見光的光污染問題。我們所在的生活區(qū),無可避免地充斥著各種人造光源。這些來自各個(gè)方向、包含各種波長的光污染源,對于聚焦光線的望遠(yuǎn)鏡來說無疑是個(gè)災(zāi)難。大量的光污染會(huì)干擾甚至覆蓋宇宙深空里天體發(fā)出的光。因此,光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡需要盡可能遠(yuǎn)離人造光覆蓋區(qū)域。

        其次,某些氣象因素也會(huì)嚴(yán)重影響光學(xué)天文觀測的效果,其一就是視寧度。視寧度是指大氣湍流對天文圖像質(zhì)量的影響——這些湍流會(huì)讓恒星閃爍。我們看到星星“眨眼睛” ,就是大氣湍流造成星星忽明忽暗的閃爍效應(yīng)。在視寧度好的條件下,觀測恒星因?yàn)榇髿馔牧鲙淼亩秳?dòng)比較小,所以照片上星象更加銳利清晰。

        那么“遠(yuǎn)離城市、遁入高山”是否就能建造光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡呢?其實(shí)不然,還有部分氣象指數(shù)也是科學(xué)家們選定天文臺(tái)址的一個(gè)重要考慮因素,比如晴天數(shù)、空氣濕度、透明度等等。

        青藏高原為什么是上上之選?

        一個(gè)合適的光學(xué)觀測環(huán)境,應(yīng)該至少滿足幾個(gè)條件:沒有光污染、天氣晴多云少、大氣氣流穩(wěn)定、空氣干燥稀薄且顆粒物少。美國夏威夷和智利兩地的天文臺(tái)無疑在這些方面都能滿足。而完美契合這些條件的青藏高原,更是上上之選。

        首先,青藏高原是地球上海拔最高的陸地,平均海拔高出地平線4500多米,能有效遮擋地面絕大部分光源傳播。而且這里人跡罕至,幾乎不存在光污染。

        其次,由于高海拔,青藏高原空氣稀薄,大氣分子密度低;又因?yàn)榛臒o人煙、冰原覆蓋廣泛,導(dǎo)致空氣中塵埃顆粒極低,透明度極高,大大降低空氣對光線的擾動(dòng)和吸收。

        圖中橙黃色區(qū)域是地球上海拔最高的地區(qū)——青藏高原,它能有效遮擋地面絕大部分光源傳播

        再者,青藏高原大多數(shù)地區(qū)干旱少雨,空氣濕度低,背靠喜馬拉雅山脈,大氣湍流較弱,有效保證了觀測到的光源的穩(wěn)定性。

        不僅僅是天文光學(xué)波段,青藏高原同時(shí)也是天文其他電磁波段或其他科學(xué)設(shè)備的理想之地。目前,中國科學(xué)院高能粒子物理研究所已經(jīng)在青藏高原建造了羊八井國際宇宙線觀測站,用來探測高能宇宙射線。還有一批其他領(lǐng)域的科學(xué)實(shí)驗(yàn)室也將陸續(xù)進(jìn)駐青藏高原,比如原初引力波探測、空間碎片監(jiān)測、亞毫米波望遠(yuǎn)鏡等。

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