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，是天文學家窺探遙遠宇宙的理想之地。中國科學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劃已經(jīng)啟動，高能宇宙線高精度探測以及中國最大光學望遠鏡建設等一系列天文項目都在謀劃之中。

中國科學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備，數(shù)十年來已經(jīng)成為主導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)勢受到強烈抑制。即使世界最大光學望遠鏡——３０米望遠鏡如期建設，也將成為莫納克亞山頂最后一個天文項目。”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年啟動中國西部天文選址計劃。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?shù)卣粩嗯?，位于海拔５１００米的阿里天文臺已經(jīng)初具規(guī)模。除了建設國家天文臺的儀器設施外，國內多所大學以及日本、美國的機構也與國家天文臺簽署合作協(xié)議，開始在此部署實施天文項目。

星空下的阿里天文臺。

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

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

星空下的阿里天文臺。

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

此外，中國科學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，是當前國際引力波研究的熱點。

宇宙暴脹理論認為，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，時空產(chǎn)生了劇烈擾動。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。

美國科學家２０１４年在南極的ＢＩＣＥＰ實驗一度認為發(fā)現(xiàn)了原初引力波，結果發(fā)現(xiàn)，他們錯將銀河系中星際塵埃造成的干擾當成了宇宙的“初啼”。不過，這一結果激發(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，張新民帶領團隊提出在西藏阿里開展ＣＭＢ實驗研究。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，科學家在全球共選出了４個最佳觀測點，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。

在提出阿里計劃前，張新民團隊曾考慮過在中國的南極昆侖站開展ＣＭＢ實驗。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所在的南極極點都好。但是目前昆侖站基礎設施不完善。另外，阿里處于北半球，覆蓋天區(qū)與南極極點以及智利的ＣＭＢ觀測正好互補。

據(jù)介紹，阿里原初引力波探測計劃是由中科院高能所牽頭，多家國內機構參與的中美合作項目，已于２０１６年１２月正式啟動。

世界屋脊上的阿里天文臺外景。

張新民說，阿里計劃分兩期，第一期是正在海拔５２５０米處建造的阿里一號望遠鏡，實現(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，預計２０１９年底阿里一號望遠鏡安裝調試，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鏡，實現(xiàn)對原初引力波的精確測量。

星空下的阿里天文臺。

目前，中科院高能所團隊與美國斯坦福大學團隊合作提出望遠鏡的初步設計，其探測器數(shù)目將是美國南極最靈敏的ＢＩＣＥＰ３望遠鏡的２．７倍。隨著中國支持經(jīng)費力度的加大，還將增加探測器的數(shù)目，提高探測靈敏度。

薛隨建說，應充分利用中國擁有世界屋脊高原的獨特地理優(yōu)勢，努力打造集光學觀測、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、宇宙學和高能粒子物理的綜合觀測研究基地，建設多波段天文觀測的國際科技高地。

據(jù)悉，這一系列項目擬在２０１６年至２０３０年期間陸續(xù)實施，設備研發(fā)和項目建設經(jīng)費規(guī)模約數(shù)十億元人民幣，可有效帶動西藏社會經(jīng)濟發(fā)展。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。