我国在西藏阿里打造世界天文高地

2017-09-22 新华社客户端

星空下的阿里天文台。

  新华社北京9月21日电(记者喻菲)海拔5000多米的西藏阿里拥有稀薄的大气和澄澈的夜空,是天文学家窥探遥远宇宙的理想之地。中国科学家正致力于将这里打造成世界级天文高地。

  聆听宇宙诞生“初啼”的阿里原初引力波探测计划已经启动,高能宇宙线高精度探测以及中国最大光学望远镜建设等一系列天文项目都在谋划之中。

  中国科学院国家天文台副台长薛随建说,由于天文观测对晴夜、大气透明度、宁静度以及干燥程度等有极为苛刻的要求,适合多波段观测的优秀台址是极其稀缺的科技资源。

星空下的阿里天文台。

  目前世界公认最好的天文台址包括美国夏威夷大岛的莫纳克亚山顶和智利北部干旱的沙漠高原地带。这两处台址分别位于南北半球,聚集了全球90%以上的大型天文观测旗舰设备,数十年来已经成为主导和垄断世界天文科技发展的高地。

  “然而,近年来,由于夏威夷原住民文化保护意识的崛起,莫纳克亚作为北半球天文观测高地的发展态势受到强烈抑制。即使世界最大光学望远镜——30米望远镜如期建设,也将成为莫纳克亚山顶最后一个天文项目。”薛随建说。

星空下的阿里天文台。

  今后,北半球哪里还有好的天文台址?

  薛随建介绍,国家天文台自2004年启动中国西部天文选址计划。自2011年开始锁定位于西藏阿里地区的一处海拔5000至6200米的连绵山脊。

  经过国家天文台和当地政府不断努力,位于海拔5100米的阿里天文台已经初具规模。除了建设国家天文台的仪器设施外,国内多所大学以及日本、美国的机构也与国家天文台签署合作协议,开始在此部署实施天文项目。

星空下的阿里天文台。

  下一步,中国将有望在此建设中国最大的光学望远镜。在中国西部优选台址建设12米口径光学望远镜,已列入国家重大科技基础设施建设“十三五”规划。

  近日,一个国际台址评估小组做出结论,阿里具有国际优良台址的潜质。中国12米望远镜的科学性能,在某些重要指标上有望超过夏威夷的10米级凯克望远镜。

星空下的阿里天文台。

  薛随建说,国家天文台还与西藏大学及阿里地方政府合作,计划在阿里率先开展50TeV以上能区宇宙线成分能谱的最高精度探测,该计划已吸引日本东京大学投入价值数千万元人民币的仪器设备。

  此外,中国科学家正在西藏阿里建造世界海拔最高的原初引力波观测站,实现对原初引力波在北半球的首次精确测量,捕捉宇宙诞生的“初啼”。

  中科院高能物理研究所研究员张新民说,原初引力波对于认知宇宙的起源和演化意义重大,但至今还没有被探测到,是当前国际引力波研究的热点。

  宇宙暴胀理论认为,在大爆炸发生后的极短一瞬间,宇宙经历了一场快速膨胀,时空产生了剧烈扰动。这“暴胀”过程中产生的原初引力波就会在宇宙微波背景辐射(CMB)中留下可探测的印迹。

  美国科学家2014年在南极的BICEP实验一度认为发现了原初引力波,结果发现,他们错将银河系中星际尘埃造成的干扰当成了宇宙的“初啼”。不过,这一结果激发了原初引力波探测的新高潮。

星空下的阿里天文台。

  2014年5月,张新民带领团队提出在西藏阿里开展CMB实验研究。他介绍,原初引力波太微弱,所以要选干扰尽可能少的区域。大气越稀薄、水汽含量越少,才越有希望看清原初引力波留下的痕迹。目前,根据大气透射率,科学家在全球共选出了4个最佳观测点,南半球是南极和智利阿塔卡马沙漠,北半球在格陵兰岛和中国西藏阿里。

星空下的阿里天文台。

  在提出阿里计划前,张新民团队曾考虑过在中国的南极昆仑站开展CMB实验。南极昆仑站的水汽最小,观测条件比中国西藏阿里、智利甚至目前BICEP所在的南极极点都好。但是目前昆仑站基础设施不完善。另外,阿里处于北半球,覆盖天区与南极极点以及智利的CMB观测正好互补。

  据介绍,阿里原初引力波探测计划是由中科院高能所牵头,多家国内机构参与的中美合作项目,已于2016年12月正式启动。

世界屋脊上的阿里天文台外景。

  张新民说,阿里计划分两期,第一期是正在海拔5250米处建造的阿里一号望远镜,实现对原初引力波在北半球的首次测量。目前观测站基建工作已全面展开,预计2019年底阿里一号望远镜安装调试,2020年开始观测。第二期是在海拔更高的地方建造灵敏度更高的阿里二号望远镜,实现对原初引力波的精确测量。

星空下的阿里天文台。

  目前,中科院高能所团队与美国斯坦福大学团队合作提出望远镜的初步设计,其探测器数目将是美国南极最灵敏的BICEP3望远镜的2.7倍。随着中国支持经费力度的加大,还将增加探测器的数目,提高探测灵敏度。

  薛随建说,应充分利用中国拥有世界屋脊高原的独特地理优势,努力打造集光学观测、亚毫米波宇宙原初引力波探测、地基甚高能宇宙线立体探测等天文学、宇宙学和高能粒子物理的综合观测研究基地,建设多波段天文观测的国际科技高地。

  据悉,这一系列项目拟在2016年至2030年期间陆续实施,设备研发和项目建设经费规模约数十亿元人民币,可有效带动西藏社会经济发展。(图片均由阿里天文台提供)

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