如今，建造一座大型天文臺需要一代人的時間，在阿卡塔瑪沙漠中就有這樣一座嶄新的大型望遠鏡即將投入使用。

沿著拉斯坎帕納斯天文臺的穹頂，在智利阿塔卡馬沙漠中漫步，頭頂上的星星好似在梳理你的頭發(fā)。

阿塔卡馬沙漠位于智利安第斯山脈的高原上，是世界上最干燥、最黑暗的地方之一。白天，這里視野極佳，可以遠眺東面的玻利維亞，那里的云層翻滾成雷暴，卻永遠不會滋潤阿塔卡馬沙漠。到了晚上，太平洋上平靜、柔和的風(fēng)為這片地區(qū)營造出了地球上最優(yōu)越的觀星條件。

2023年1月下旬的一個晚上，天空中布滿了星星，星座的輪廓都在星幕下依稀可見。地球所在的銀河系在頭頂滾動，銀河系的近鄰大麥哲倫星云和小麥哲倫星云像幽靈一樣漂浮在旁。象征冒險和浪漫的南十字星座也在南半球地平線上隱隱綽綽。

在過去的半個世紀里，來自世界各地的天文學(xué)家紛紛涌向智利以及這片如絲綢般精美的天空。如今，許多在全球范圍內(nèi)都排得上號的大型望遠鏡都沿著阿塔卡馬沙漠邊緣一片在南北方向延伸約1 300千米的地區(qū)扎下根來，形成了一條名副其實的天文臺小巷。

甚大望遠鏡就是這條天文臺小巷里的一個居民，它由四臺子望遠鏡組成，每臺口徑都超過8米，由國際合作組織歐洲南方天文臺組織建造。另一個居民、口徑8米多的薇拉 · 魯賓天文臺計劃于2024年正式開始運行，屆時每三天就會繪制一次全天星圖。（望遠鏡口徑的大小很大程度上決定了它收集遙遠恒星光線的能力。例如，位于南加利福尼亞的帕洛馬望遠鏡口徑為5米，在20世紀90年代之前一直統(tǒng)治著全球天文學(xué)觀測領(lǐng)域。）

拉斯坎帕納斯天文臺是最早來到阿塔卡馬沙漠的“居民”之一，它的望遠鏡和辦公室沿著海拔2 600米的拉斯坎帕納斯山陡峭的山脊排列。如今，這片山脊上最引人注目的是兩臺新型望遠鏡——麥哲倫雙子望遠鏡——每臺望遠鏡的主鏡都是直徑6.5米的弧形鍍鋁玻璃，并排建造在專門的圍墻內(nèi)。

不過，這還只是這個龐大天文臺系統(tǒng)的一角。拉斯坎帕納斯天文臺是位于加利福尼亞帕薩迪納的卡內(nèi)基天文臺的前哨站，而卡內(nèi)基天文臺又歸位于華盛頓的卡內(nèi)基科學(xué)研究所所有?？▋?nèi)基研究所則創(chuàng)建了一個由13所大學(xué)和機構(gòu)組成的聯(lián)合體，并推動這個聯(lián)合體建造一臺性能比如今全球任何地基望遠鏡都更優(yōu)越的天文觀測利器，也即耗資數(shù)十億美元的巨型麥哲倫望遠鏡。

巨型麥哲倫望遠鏡于2015年年末奠基、動工，預(yù)計于2025年完工并投入使用。按計劃，這臺望遠鏡的主鏡將由7個直徑8米的子鏡構(gòu)成，整體口徑相當(dāng)于22米，大約是帕洛瑪望遠鏡的20倍。巨型麥哲倫望遠鏡建在拉斯坎帕納斯山山頂，距離卡內(nèi)基研究所現(xiàn)有的天文臺3 000多米。

還有很多同樣龐大的巨型望遠鏡也在建造（或是計劃建造）中，選址則在全球其他山體的頂部區(qū)域。天文學(xué)家希望借助這些由玻璃、鋼鐵和技術(shù)組成的“大教堂”捕捉第一張細致的遙遠行星圖像，這是確定地球以外的世界是否適合居?。ㄉ踔潦欠褚呀?jīng)有生物居?。┑闹匾徊?。

挺進南半球

1992年，大富翁安德魯 · 卡內(nèi)基（Andrew Carnegie）創(chuàng)立了卡內(nèi)基科學(xué)研究所。該研究所現(xiàn)任所長、物理學(xué)家埃里克 · 艾薩克斯（Eric Isaacs）說，這個機構(gòu)為自身在科學(xué)和天文學(xué)領(lǐng)域的悠久歷史而自豪。1929年，天文學(xué)家埃德溫 · 哈勃（Edwin Hubble）利用位于帕薩迪納威爾遜山的卡內(nèi)基望遠鏡發(fā)現(xiàn)宇宙正在膨脹。1978年，另一位卡內(nèi)基研究所的天文學(xué)家薇拉 · 魯賓證實，一種神秘的暗物質(zhì)云包裹著恒星和星系，而科學(xué)家至今仍不了解這種暗物質(zhì)到底是什么。

1948年，卡內(nèi)基研究所與加州理工學(xué)院合作，在帕洛馬上建成了口徑5米的海爾望遠鏡。20世紀60年代，卡內(nèi)基研究所希望在南半球建造一臺海爾望遠鏡的姊妹望遠鏡，將智利列為了潛在選址地點，并由此開啟了在智利建造天文臺的大門。1968年，卡內(nèi)基研究所在阿塔卡馬地區(qū)買下了200多平方千米的土地。美國國家科學(xué)基金會在更南邊的托洛洛山建立了一個前哨站，歐洲南方天文臺則在拉西拉（在拉斯坎帕納斯山上可以看到這片區(qū)域）建造了望遠鏡。

艾薩克斯說，“這就是天才之舉，這片土地為各種創(chuàng)意敞開了大門?！?/p>

拉斯坎帕納斯山上的第一臺望遠鏡是斯沃普望遠鏡。這臺口徑一米、于1969年投入使用的反射鏡以美國天文學(xué)家、慈善家亨麗埃塔 · 斯沃普（Henrietta Swope）的姓氏命名。斯沃普因提出了測量恒星和鄰近星系距離的有效方法而享譽天文學(xué)界。

1984年，亞利桑那大學(xué)的布拉德福德 · 史密斯（Bradford Smith）和美國宇航局噴氣推進實驗室的理查德 · 特里爾（Richard Terrile）利用斯沃普望遠鏡發(fā)現(xiàn)了恒星繪架座β周圍的一個塵埃盤，這就是這片區(qū)域正在形成行星的證據(jù)?！澳鞘窍低庑行茄芯康钠瘘c?！笨▋?nèi)基天文臺及其下屬拉斯坎帕納斯天文臺主任約翰 · 馬爾查伊（John Mulchaey）說。

1987年，大麥哲倫星云中的一顆恒星發(fā)生了超新星爆發(fā)，斯威普望遠鏡率先觀測到了這一重大事件。同時，拉斯坎帕納斯天文臺的一名工作人員也在停車場休息時目擊了這個天文現(xiàn)象。

南十字星的誘惑

阿塔卡馬沙漠中的這片區(qū)域堪稱天文學(xué)的“66號公路”，各個天文臺的住宿條件也是天差地別，從質(zhì)樸到奢華應(yīng)有盡有。要想拜訪負責(zé)阿塔卡馬大型毫米波陣列（海拔4 800多米，是全球海拔最高的射電望遠鏡）的研究人員，必須戴上氧氣面罩。甚大望遠鏡的配套建筑中囊括了一個游泳池。這里所有天文臺都配有足球場，每年還會舉辦足球聯(lián)賽，讓各大天文臺的科研足球隊一較高下。另外，大家都認為，在所有的天文學(xué)觀測機構(gòu)中，智利阿卡塔馬沙漠中的這些天文臺伙食是最好的。

怎么去拉斯坎帕納斯？可能得先坐上一整晚飛機去圣地亞哥（從紐約或洛杉磯出發(fā)，飛行時間大概是10個小時）。然后再從圣地亞哥向北飛兩小時到達海濱度假小鎮(zhèn)拉塞雷納，包括拉斯坎帕納斯在內(nèi)的一部分位于智利的天文臺都在那里設(shè)有辦事處。最后再驅(qū)車三小時進入安第斯山脈。

馬爾查伊博士家住卡內(nèi)基天文臺所在地帕薩迪納，但他從1994年起就定期前往拉斯坎帕納斯，2023年1月是他第134次前往那座位于阿卡塔馬沙漠中的天文臺。1994年，馬爾查伊第一次來這里時是為了做博士后研究，主要方向是宇宙質(zhì)量和命運?！拔以?jīng)估算過，我成年之后大約有15%的時間是在拉斯坎帕納斯天文臺度過的?！瘪R爾查伊后來在一封電子郵件中說。

新冠疫情期間，拉斯坎帕納斯天文臺的許多觀測都是遠程開展的，馬爾查伊博士和艾薩克斯博士都沒有在天文臺實地操作望遠鏡工作，哪怕他們渴望這么做。

“人變了?！瘪R爾查伊說。許多住在拉塞雷納的工作人員都已經(jīng)退休了。太多天文學(xué)家在疫情期間習(xí)慣了在自家客廳里做觀測，畢竟那樣沒有耗時耗力且代價不菲的旅途壓力。因此，青年天文學(xué)家往往不了解望遠鏡，也不了解操作望遠鏡的人。

“把他們找回來很重要?！瘪R爾查伊說。

暗夜生物

拉斯坎帕納斯天文臺的圓頂建筑旁有一片供游客、工作人員和研究人員居住的小木屋——一般來說，在這里一次就得住上一周——還有一間帶餐廳的小屋，里面有一臺卡布奇諾咖啡機。

拉斯坎帕納斯天文臺所在山脊和周圍的山坡上生活著許多動物，比如外表類似羚羊的駱馬、整體像土撥鼠耳朵卻像兔子的嚙齒動物兔鼠，當(dāng)然還有驢和老鷹。站在山脊南側(cè)可以看到拉西拉天文臺的白色圓頂。天文臺主體建筑附有一個露臺，結(jié)束白天的工作后，天文學(xué)家會聚在那里尋找太陽消失在地平線以下時留下的最后痕跡——一種罕見的綠色閃光——當(dāng)然，只有各方面條件都恰到好處，他們才能如愿以償。

日落之后，居住區(qū)各間小屋的燈就得熄滅了，如果住戶沒有這么做，天文臺的工作人員就會過來拉下小屋的百葉窗，以防這類人造光照射到山上，影響靈敏的望遠鏡以及相關(guān)設(shè)備。

一天晚上，我走到斯沃普望遠鏡前，頭頂?shù)你y河是如此明亮，僅憑它的光就能分辨出狹窄的小路。借助斯沃普望遠鏡，我看到木星帶著標志性的條紋接見它的三顆閃閃發(fā)光的衛(wèi)星。而在16萬光年之外的大麥哲倫星云中，由星際氣體構(gòu)成的薄霧縈繞著狼蛛星云。

第二天早上，我在拉斯坎帕納斯山頂上看到的景象就和天文沒有那么直接的關(guān)系了：一隊工程拖車，還有為防止游客從山上跌落而配置的迷宮般的繩索屏障，老鷹在一座尖細的金屬塔上空盤旋，這座塔上放著用于檢測天氣和大氣的各種儀器。

站在這座高山某個火山口的邊緣向下看去，讓我產(chǎn)生了搖搖欲墜的感覺。山頂?shù)幕鹕綆r上已經(jīng)鑿出了同心的圓形溝渠，有些深達18米，讓人不禁聯(lián)想到哥倫布大發(fā)現(xiàn)之前這片土地上就存在的土方工程。這里就是未來巨型麥哲倫望遠鏡的大本營。我問馬爾查伊博士，巨型麥哲倫望遠鏡能做些什么，與詹姆斯 · 韋布空間望遠鏡和哈勃空間望遠鏡在功能上有什么異同。

“它能做很多事?！瘪R爾查伊說。

首先，巨型麥哲倫望遠鏡在建成初期最重要的任務(wù)是研究系外行星——它能夠探測到30光年之外的類地巖石行星。此外，隨著技術(shù)的不斷進步，天文學(xué)家還能適時更新或升級巨型麥哲倫望遠鏡的主要設(shè)備，而空間望遠鏡基本只能使用發(fā)射時攜帶的設(shè)備。

巨型麥哲倫望遠鏡組織的副主席、該組織在智利政府的法定代表奧斯卡 · 孔特雷拉斯-比利亞羅埃爾（Oscar Contreras-Villarroel）在一輛工程拖車里開過一次簡報會，詳細介紹了巨型麥哲倫望遠鏡的性能。這座望遠鏡擁有復(fù)雜的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，可以補償導(dǎo)致目標天體圖像變模糊的大氣湍流——大氣湍流也是星星閃爍的主要原因。主鏡的部分子鏡面能夠每秒2 000次調(diào)整形狀，從而在三分之二滿月大小的視場上保證恒星圖像的清晰。（韋布空間望遠鏡的視場只有滿月的十分之一。）

孔特雷拉斯-比利亞羅埃爾說：“它能夠在160千米遠處分辨出10美分硬幣上的火炬?！?/p>

巨型麥哲倫望遠鏡的第一面子鏡于2005年在亞利桑那大學(xué)足球場地下鑄造，當(dāng)時是借助了亞利桑那天文學(xué)家羅杰 · 安吉爾（ Roger Angel）開發(fā)的回轉(zhuǎn)爐，那是一種鑄造大型鏡面的有效方式。到目前為止，巨型麥哲倫望遠鏡的三面子鏡已經(jīng)鑄造完成，存放在圖森機場的專用箱子里。還有三面正在打磨和測試中，第七面也就是最后一面將在2023年晚些時候開始鑄造。

艾薩克斯在一封電子郵件中說，巨型麥哲倫望遠鏡可能會在2030年正式投入使用，具體時間視資金情況而定。他寫道，“四面鏡子準備就緒后，我們就會立刻開始收集光子，這就是巨型麥哲倫望遠鏡的初光了。之后，我們就可以啟動早期科學(xué)研究了。等到七面鏡子都準備妥當(dāng)后，望遠鏡就會進入正常運行狀態(tài)?！?/p>

2012年，拉斯坎帕納斯山的頂部被夷為平地，為巨型麥哲倫望遠鏡工程騰出空間。按設(shè)計，這座望遠鏡的大小接近一座足球場，高度超過22層樓。

拉斯坎帕納斯天文臺前臺長米格爾 · 羅斯（Miguel Roth）曾帶領(lǐng)大家近距離參觀了巨型麥哲倫望遠鏡的地基。羅斯說，挖地基花了九個月，有時還只能人工挖掘，因為在某些區(qū)域使用炸藥可能會破壞底層巖石。為了保護望遠鏡免受地震影響，設(shè)計團隊使用了巨大的滾珠軸承。望遠鏡的主體建筑是一個可以轉(zhuǎn)動的巨大圓柱體，配備了通風(fēng)口和擋風(fēng)玻璃，以保持建筑內(nèi)部溫度恒定。此外，所有會產(chǎn)生熱量的設(shè)備都安在地下和盛行風(fēng)的下風(fēng)區(qū)，以防止熱氣流影響對溫度相當(dāng)敏感的反射鏡面。

羅斯博士說：“巨型麥哲倫望遠鏡將與拉斯坎帕納斯山融為一體。只要工程沒有搞砸，我們就會擁有全世界觀測條件最好的天文臺之一?！?/p>

宇宙探秘事業(yè)

20年前，無數(shù)天文學(xué)家和研究機構(gòu)競相設(shè)計下一代巨型望遠鏡。按照他們的設(shè)想，這種新時代望遠鏡收集星光、洞悉黑暗夜空的能力無與倫比。巨型麥哲倫望遠鏡就是當(dāng)時孕育的三大方案之一。

另外兩個方案分別是美國主導(dǎo)的國際合作項目30米望遠鏡和歐洲南方天文臺的歐洲極大望遠鏡。前者選址在夏威夷莫納克亞山，方案起初遭到了夏威夷本土人士的強烈反對。后者選址在阿塔卡馬沙漠更北的區(qū)域，計劃在2030年前完工。歐洲極大望遠鏡是三座巨型望遠鏡中最大的一個，主鏡有效口徑達到39米。

到目前為止，無論是巨型麥哲倫望遠鏡還是30米望遠鏡，都還沒有籌集到實現(xiàn)天文學(xué)家夢想需要的充足資金——分別是25.4億美元和37億美元。這兩項工程最終是否能順利完工，取決于一貫支持美國地基天文學(xué)觀測的美國國家科學(xué)基金會是否會慷慨解囊，當(dāng)然撥款最終還需要國會的審批。

巨型麥哲倫望遠鏡組織主席羅伯特 · 謝爾頓（Robert Shelton）表示，他相信這架觀天利器最后一定會順利完工。他說：“到那時，巨型麥哲倫望遠鏡將成為人類歷史上規(guī)模最大的公私合資科研工程之一。任何資源不到位或者沒有及時到位，都會推后項目的完成時間，但我們始終會為這個項目的成功不懈努力?！?/p>

凝視著拉斯坎帕納斯山頂?shù)膸r石，想象未來巨型麥哲倫望遠鏡和它的同伴們屹立此地，為我們揭示宇宙奧秘的場景，我不禁好奇，屆時會有哪些天文學(xué)家有幸率先知曉這些宇宙秘密呢？

“肯定不是我們?！瘪R爾查伊博士說。

如今，要建造像巨型望遠鏡或新型粒子對撞機那樣宏偉的科研設(shè)備，往往需要一代人的時間。打開宇宙奧秘之門的鑰匙在一代又一代天文學(xué)家手中傳遞，未來借助巨型麥哲倫望遠鏡獲悉宇宙奧秘的年輕人在這個項目立項時甚至可能都還沒有出生。而宇宙就是由夢想編織而成的。

資料來源 The New York Times

本文作者丹尼斯 · 奧弗比（Dennis Overbye）于1998年加入《紐約時報》，2001年起擔(dān)任記者，著有兩部作品《環(huán)宇孤心：探索宇宙奧秘的故事》和《戀愛中的愛因斯坦：科學(xué)羅曼史》。