世界级天文台址“落户”青海冷湖，或再次刷新“全球望远镜之最”

青海冷湖，一个因能源枯竭而接近荒废的城市，似乎很难想象，有朝一日它会作为世界级的天文观测台址而重新回到人们的视线。

近日，中国科学院国家天文台（NAOC）在青海冷湖地区发现国际顶级光学天文台址，对于天文观测来说，此类站点向来是可遇而不可求。除了需要提供良好的天空视野外，还必须满足良好天气、可达性、空气稳定性等各种“苛刻”条件。

目前，国际公认的最佳天文台址只有三处，其中包括寒冷的南极高原。而冷湖或许便是下一个符合要求的大型天文观测站点。

图 | 相关论文（来源：Nature）

该重大科学进展于 8 月 18 日以论文形式发布在 Nature，论文以《青藏高原冷湖天文观测点》（Lenghu on the Tibetan Plateau as an astronomical observing site）为题，由著名天文学家、中科院国家天文台创新团组首席研究员邓李才担任第一作者和通讯作者。

下一代大型天文观测台址诞生

中国渴望在自己的土地上拥有世界一流的下一代望远镜，而想要实现该愿景的先行条件，最重要的显然是解决台址选择的难题。

事实上，从 20 世纪 90 年代开始，中国天文界就已经开始部署相应的选址工作。2017 年，邓李才团队通过长时间的实地考察，最终确定在青海省冷湖赛什腾山区进行定点选址。

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冷湖遗址位于阿尔金山脉以东、柴达木盆地北缘的赛什腾山的局部山峰上。地理坐标为北纬 38.6068°，东经 93.8961°，海拔 4200 米。根据当地三个气象站过去 30 年的气候记录，冷湖年平均降水量约 18 毫米，年日照时间超过 3500 小时。

此外，相比青藏高原普遍的高海拔来说，冷湖镇区海拔不到 3000 米，距天文观测场地较近，为场地的配套基地提供了舒适的条件，最近的国际机场、高速公路通道和敦煌货运火车站都在镇内 250 公里范围内。这种基础设施为未来天文观测活动提供了良好的物流保障。

据了解，2018 年 5 月，该团队初步完成基础设施建设，测量平台开始运行，目前这项工作已持续三年，并最终获得了对赛什腾山光学以及红外观测条件的结论性数据。一旦建成，新望远镜或将拥有长达 30 米的超大孔径，而这也是世界上最大的孔径。

图 | 冷湖天文基地进行观测测试（来源：NAOC）

值得一提的是，为了评估冷湖的可观测时间，该团队使用了自制的全天相机（LH-Cam）和为该站点定制的 12 毫米鱼眼镜头，借以保证全天候的观测。

总的来说，冷湖遗址在东半球占据了独特的地理位置，弥合了莫纳克亚山、阿塔卡马和加那利群岛之间的巨大差距，形成一个完美的地面高质量天文台网络。

“利用该站点将填补科学家现有全球高海拔、高口径天文台网络的空白，从而可以更可靠地监测快速变化的现象，包括寻找系外行星上的生命迹象、引力波爆发的电磁对应物等。”邓李才表示。

冷湖天文观测环境得天独厚

该团队指出，冷湖气候干燥，天空异常晴朗。迄今为止的测试表明，夜间天空大约有 70% 的时间是晴朗的。另外该地区的天气也相对稳定，温度变化不大，先天观测环境优越。

图 | 落日余晖中的赛什腾天文台（来源：NAOC）

第一，光污染程度较低

对于任何用于夜间光学、红外天文学和行星科学的现代天文台来说，首先要考虑的因素无疑是夜晚的清晰度，其次是无其它光源干扰的黑暗夜空。但是在这个过程中，光污染总是难以避免，并因此成为制约天文台选址的重要因素。

但是在青海冷湖，这个问题却是迎刃而解。由于光污染主要产自人类活动，而坐落于青藏高原上的青海省地广人稀，因此，目前并不存在能干扰到夜空的人造光源。

另一方面，当地市政府于 2017 年颁布了可执行的长期夜空保护政策，依法保障冷湖区域的“璀璨”夜空，先天上消除了天文观测的潜在威胁。

第二，良好的自然视觉

良好的自然视觉是自适应光学工作的关键要求，尤其是大口径望远镜，更需要这样的外在条件。

在物理学和天文学领域，往往有一些极端的观测要求，比如观察非常微弱或者高红移目标，此时，就需要高空间分辨率和长时间曝光，而冷湖可以说是青藏高原上最好的站点。就总能见度而言，冷湖可与智利、夏威夷和加那利群岛等地区的观测站点相媲美。

在考虑潜在的观测站点时，在可视时间和晴朗时间方面都有利的可观测时间长度是确定站点的关键参数，而冷湖在该方面的分数为 65%，与智利帕瑞纳山（Cerro Paranal）的 66% 不相伯仲。

第三，极强的空气稳定性

据了解，夜间温度变化是构成总能见度的基本要素之一。该团队根据天气数据进行局部分析，最终发现冷湖区域的空气保持着高强度的稳定性。

自 2018 年 3 月以来，无论天气状况如何，该团队基本保持白天每 20 分钟拍摄一次全天图像，黄昏和黎明之间每 5 分钟拍摄一次的持续观测。包括风、温度以及两者的空间和时间变化，这些因素都会动态地影响当地的空气稳定性。而冷湖空气的动态活动相当低，另外，冷湖日内温度变化的平均振幅仅为 5.6 K，黄昏至黎明之间的观测时间平均振幅仅为 2.4 K。

不过需要注意的是，科学研究和工业发展之间的潜在冲突依旧是迫切需要解决的一大难题。邓李才指出，未来随着产业发展，如果冷湖人口随着经济发展而增长，那么对光污染的控制可能会失去。

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参考：
https://phys.org/news/2021-08-site-tibetan-plateau-next-generation-large.html
http://www.bao.ac.cn/xwzx/ttnews/202108/t20210819_6159320.html