中國在西藏阿里打造世界天文高地

北京９月２１日海拔５０００多米的西藏阿里擁有稀薄的大氣和澄澈的夜空，是天文學(xué)家窺探遙遠(yuǎn)宇宙的理想之地。中國科學(xué)家正致力于將這里打造成世界級天文高地。

聆聽宇宙誕生“初啼”的阿里原初引力波探測計(jì)劃已經(jīng)啟動(dòng)，高能宇宙線高精度探測以及中國最大光學(xué)望遠(yuǎn)鏡建設(shè)等一系列天文項(xiàng)目都在謀劃之中。

中國科學(xué)院國家天文臺副臺長薛隨建說，由于天文觀測對晴夜、大氣透明度、寧靜度以及干燥程度等有極為苛刻的要求，適合多波段觀測的優(yōu)秀臺址是極其稀缺的科技資源。

星空下的阿里天文臺。

目前世界公認(rèn)最好的天文臺址包括美國夏威夷大島的莫納克亞山頂和智利北部干旱的沙漠高原地帶。這兩處臺址分別位于南北半球，聚集了全球９０％以上的大型天文觀測旗艦設(shè)備，數(shù)十年來已經(jīng)成為主導(dǎo)和壟斷世界天文科技發(fā)展的高地。

“然而，近年來，由于夏威夷原住民文化保護(hù)意識的崛起，莫納克亞作為北半球天文觀測高地的發(fā)展態(tài)勢受到強(qiáng)烈抑制。即使世界最大光學(xué)望遠(yuǎn)鏡——３０米望遠(yuǎn)鏡如期建設(shè)，也將成為莫納克亞山頂最后一個(gè)天文項(xiàng)目。”薛隨建說。

星空下的阿里天文臺。

今后，北半球哪里還有好的天文臺址？

薛隨建介紹，國家天文臺自２００４年啟動(dòng)中國西部天文選址計(jì)劃。自２０１１年開始鎖定位于西藏阿里地區(qū)的一處海拔５０００至６２００米的連綿山脊。

經(jīng)過國家天文臺和當(dāng)?shù)卣粩嗯?，位于海拔５１００米的阿里天文臺已經(jīng)初具規(guī)模。除了建設(shè)國家天文臺的儀器設(shè)施外，國內(nèi)多所大學(xué)以及日本、美國的機(jī)構(gòu)也與國家天文臺簽署合作協(xié)議，開始在此部署實(shí)施天文項(xiàng)目。

星空下的阿里天文臺。

下一步，中國將有望在此建設(shè)中國最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。在中國西部優(yōu)選臺址建設(shè)１２米口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，已列入國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“十三五”規(guī)劃。

近日，一個(gè)國際臺址評估小組做出結(jié)論，阿里具有國際優(yōu)良臺址的潛質(zhì)。中國１２米望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)性能，在某些重要指標(biāo)上有望超過夏威夷的１０米級凱克望遠(yuǎn)鏡。

星空下的阿里天文臺。

薛隨建說，國家天文臺還與西藏大學(xué)及阿里地方政府合作，計(jì)劃在阿里率先開展５０ＴｅＶ以上能區(qū)宇宙線成分能譜的最高精度探測，該計(jì)劃已吸引日本東京大學(xué)投入價(jià)值數(shù)千萬元人民幣的儀器設(shè)備。

此外，中國科學(xué)家正在西藏阿里建造世界海拔最高的原初引力波觀測站，實(shí)現(xiàn)對原初引力波在北半球的首次精確測量，捕捉宇宙誕生的“初啼”。

中科院高能物理研究所研究員張新民說，原初引力波對于認(rèn)知宇宙的起源和演化意義重大，但至今還沒有被探測到，是當(dāng)前國際引力波研究的熱點(diǎn)。

宇宙暴脹理論認(rèn)為，在大爆炸發(fā)生后的極短一瞬間，宇宙經(jīng)歷了一場快速膨脹，時(shí)空產(chǎn)生了劇烈擾動(dòng)。這“暴脹”過程中產(chǎn)生的原初引力波就會在宇宙微波背景輻射（ＣＭＢ）中留下可探測的印跡。

美國科學(xué)家２０１４年在南極的ＢＩＣＥＰ實(shí)驗(yàn)一度認(rèn)為發(fā)現(xiàn)了原初引力波，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，他們錯(cuò)將銀河系中星際塵埃造成的干擾當(dāng)成了宇宙的“初啼”。不過，這一結(jié)果激發(fā)了原初引力波探測的新高潮。

星空下的阿里天文臺。

２０１４年５月，張新民帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)提出在西藏阿里開展ＣＭＢ實(shí)驗(yàn)研究。他介紹，原初引力波太微弱，所以要選干擾盡可能少的區(qū)域。大氣越稀薄、水汽含量越少，才越有希望看清原初引力波留下的痕跡。目前，根據(jù)大氣透射率，科學(xué)家在全球共選出了４個(gè)最佳觀測點(diǎn)，南半球是南極和智利阿塔卡馬沙漠，北半球在格陵蘭島和中國西藏阿里。

星空下的阿里天文臺。

在提出阿里計(jì)劃前，張新民團(tuán)隊(duì)曾考慮過在中國的南極昆侖站開展ＣＭＢ實(shí)驗(yàn)。南極昆侖站的水汽最小，觀測條件比中國西藏阿里、智利甚至目前ＢＩＣＥＰ所在的南極極點(diǎn)都好。但是目前昆侖站基礎(chǔ)設(shè)施不完善。另外，阿里處于北半球，覆蓋天區(qū)與南極極點(diǎn)以及智利的ＣＭＢ觀測正好互補(bǔ)。

據(jù)介紹，阿里原初引力波探測計(jì)劃是由中科院高能所牽頭，多家國內(nèi)機(jī)構(gòu)參與的中美合作項(xiàng)目，已于２０１６年１２月正式啟動(dòng)。

世界屋脊上的阿里天文臺外景。

張新民說，阿里計(jì)劃分兩期，第一期是正在海拔５２５０米處建造的阿里一號望遠(yuǎn)鏡，實(shí)現(xiàn)對原初引力波在北半球的首次測量。目前觀測站基建工作已全面展開，預(yù)計(jì)２０１９年底阿里一號望遠(yuǎn)鏡安裝調(diào)試，２０２０年開始觀測。第二期是在海拔更高的地方建造靈敏度更高的阿里二號望遠(yuǎn)鏡，實(shí)現(xiàn)對原初引力波的精確測量。

星空下的阿里天文臺。

目前，中科院高能所團(tuán)隊(duì)與美國斯坦福大學(xué)團(tuán)隊(duì)合作提出望遠(yuǎn)鏡的初步設(shè)計(jì)，其探測器數(shù)目將是美國南極最靈敏的ＢＩＣＥＰ３望遠(yuǎn)鏡的２．７倍。隨著中國支持經(jīng)費(fèi)力度的加大，還將增加探測器的數(shù)目，提高探測靈敏度。

薛隨建說，應(yīng)充分利用中國擁有世界屋脊高原的獨(dú)特地理優(yōu)勢，努力打造集光學(xué)觀測、亞毫米波宇宙原初引力波探測、地基甚高能宇宙線立體探測等天文學(xué)、宇宙學(xué)和高能粒子物理的綜合觀測研究基地，建設(shè)多波段天文觀測的國際科技高地。

據(jù)悉，這一系列項(xiàng)目擬在２０１６年至２０３０年期間陸續(xù)實(shí)施，設(shè)備研發(fā)和項(xiàng)目建設(shè)經(jīng)費(fèi)規(guī)模約數(shù)十億元人民幣，可有效帶動(dòng)西藏社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。