本文來(lái)自微信公眾號：出色WSJ中文版（ID：WSJmagazinechina），作者：劉博洋，頭圖來(lái)自：作者供圖

中國最美星空在哪里？

對普通人而言，答案可能五花八門(mén)；但對天文學(xué)家而言，“標準答案”已躍然紙上。

2021 年 8 月 18 日，《自然》雜志刊登中國科學(xué)院國家天文臺鄧李才研究員團隊的論文，這篇雄文以大量實(shí)測數據有力地指出：中國最好的光學(xué)天文臺址，位于青海西北部的冷湖鎮，4500 米的賽什騰山之巔。

短片開(kāi)始的塵卷風(fēng)鏡頭攝于敦煌到冷湖途中（甘肅一側），而非冷湖地區本身（作者注）

一、天文學(xué)家之痛

提起中國天文學(xué)，國人已能條件反射般說(shuō)出“中國天眼”——然而這架位于貴州平塘的 500 米口徑球面射電望遠鏡，僅能代表當代天文學(xué)寬廣光譜中的射電波段上中國取得的突破性成就。

而在更“經(jīng)典”的可見(jiàn)光波段上發(fā)展的“光學(xué)天文”，中國天文學(xué)家則長(cháng)期苦于缺乏世界頂級大口徑望遠鏡可用，實(shí)在是“巧婦難為無(wú)米之炊”。

當前中國口徑最大的光學(xué)望遠鏡“郭守敬望遠鏡”，位于北京東北方不遠處、燕山山脈之上的國家天文臺興隆觀(guān)測基地。它是一臺口徑 6 米級的光譜巡天望遠鏡，以能夠同時(shí)獲取大量天體光譜的能力著(zhù)稱(chēng)。

同在興隆觀(guān)測基地的，還有曾長(cháng)期領(lǐng)有“中國最大口徑通用型光學(xué)望遠鏡”桂冠的 2.16 米望遠鏡。這里的“通用”，指的是天文學(xué)家可以根據自己的科學(xué)需求，在獲得批準的時(shí)間段，專(zhuān)門(mén)觀(guān)測自己感興趣的特定天體；而非像“巡天望遠鏡”那樣，主要由望遠鏡運行單位制定巡天計劃，統一安排觀(guān)測目標。

興隆觀(guān)測基地的2.16米望遠鏡（前）和郭守敬望遠鏡（后） （作者供圖）

除了 2.16 米望遠鏡，中國在 2 米以上的通用型望遠鏡就只有 2008 年投入使用的云南天文臺麗江觀(guān)測基地的 2.4 米望遠鏡了。

而國際上，從 90 年代開(kāi)始，8-10 米級的大口徑望遠鏡就不斷拔地而起。目前，在美國、智利、南非等地，累計已有 13 座口徑 8 米以上的通用型望遠鏡投入使用。歐美各國還在積極醞釀下一代 30-40 米級超大口徑地基光學(xué)望遠鏡計劃。

望遠鏡的集光能力與口徑的平方成正比。也就是說(shuō)，中國天文學(xué)家收集來(lái)自遙遠宇宙暗弱星光的能力，已經(jīng)落后世界先進(jìn)水平十倍以上，并有進(jìn)一步落后到百倍以上的危險。

從至少十多年前開(kāi)始，中國天文學(xué)家就不斷討論如何才能“彎道超車(chē)”。其間，關(guān)于參加“30 米望遠鏡”（TMT）國際合作計劃，還是以我國為主發(fā)起 20 米級望遠鏡的國際合作項目，曾經(jīng)在學(xué)界內有過(guò)激烈的爭論。

一番溝通折沖之后，中國天文學(xué)界達成了自主建設口徑 12 米的大型光學(xué)望遠鏡的共識，以爭取在國外 30-40 米級超大口徑望遠鏡落地之前，搶占 10 米級望遠鏡梯隊的鰲頭。

但 12 米望遠鏡放在哪，就成了個(gè)大問(wèn)題。

“郭守敬望遠鏡”所在的興隆觀(guān)測基地，號稱(chēng)東亞最大的光學(xué)天文基地。從擁有的望遠鏡數量、質(zhì)量來(lái)說(shuō)，這無(wú)可爭議；但事實(shí)上，選址于上世紀 60 年代的興隆觀(guān)測基地，處于北京、天津、承德、唐山等多個(gè)環(huán)渤海城市群的包夾之中，日益受到周邊城市發(fā)展帶來(lái)的光污染與霧霾的威脅。原計劃開(kāi)展銀河系內與銀河系外兩方面巡天的郭守敬望遠鏡，受限于興隆站不斷惡化的觀(guān)測條件，后來(lái)只得局限于相對容易開(kāi)展的銀河系內巡天。

興隆觀(guān)測站周邊光污染源形勢圖（來(lái)自lightpollutionmap.info網(wǎng)站）

與海拔 900 多米的興隆觀(guān)測站相比，海拔 3100 多米的麗江觀(guān)測站條件稍好，但這里同樣不具備安置 10 米以上大型望遠鏡的優(yōu)良條件。為下一代大望遠鏡尋找一個(gè)世界頂級的天文臺址，成為中國天文學(xué)家必須解決的重大問(wèn)題。

二、西強于東

天文學(xué)家眼中的世界頂級天文臺址長(cháng)什么樣？

顯然光學(xué)波段天文學(xué)觀(guān)測最重要的就是晴朗無(wú)云的夜空。而優(yōu)秀天文臺址晴天率高、降水稀少的氣象條件表現在地面環(huán)境上，就是荒蕪的山峰、裸露的巖石。用鄧李才研究員的話(huà)說(shuō)，我國既有的興隆、麗江等大型光學(xué)臺址，“無(wú)一不是綠樹(shù)蔥蘢、繁花似錦”，直觀(guān)上看起來(lái)，就與世界頂級天文臺有一定的距離。

公認的世界頂級天文臺址，有夏威夷大島的莫納克亞火山山頂（海拔 4200 米），以及智利北部的阿塔卡馬高原地區（海拔 5000 米左右）。它們皆是寸草不生的蒼涼之地。

夏威夷莫納克亞天文臺（作者供圖）

不僅如此，位于太平洋中心的夏威夷，受益于周?chē)鷱V袤水體的“熱緩沖器”作用，溫度變化很??；穩定的洋流帶來(lái)穩定流動(dòng)的風(fēng)，讓星光穿越這里的大氣時(shí)，甚少受到不穩定的大氣湍流的影響，從而可以在望遠鏡中呈現銳利的星象。

衡量大氣穩定程度的是天文學(xué)家稱(chēng)之為“視寧度”的數值。莫納克亞等頂級天文臺的視寧度，通?？梢赃_到 1 角秒甚至更少；相較而言，興隆等低海拔一般臺址，其視寧度通常只有 2-3 角秒。

晴朗干燥、視寧度好、遠離城市，地球上最滿(mǎn)足這些條件的地方，在南極。位于南極大陸制高點(diǎn)冰穹A的中國南極昆侖站正在開(kāi)展的天文學(xué)觀(guān)測表明，那里是一個(gè)條件接近太空的天文觀(guān)測寶地。然而與準空間級的條件相對應的，是極其不便的后勤補給條件。

要在有限的預算內建設下一代大型光學(xué)望遠鏡，我們勢必要把目光投向中國廣袤、高寒的西部。

從 2003 年開(kāi)始，國家天文臺就啟動(dòng)了西部天文選址項目，試圖在西藏、青海、新疆、四川的高海拔地點(diǎn)，找到一個(gè)能為中國天文發(fā)展提供長(cháng)期可靠支撐的頂級天文臺址。

中國西部天文選址相關(guān)地點(diǎn)（印度天文臺位置作為參考，作者供圖）

一度進(jìn)入人們視野的是西藏阿里、四川稻城、新疆慕士塔格等臺址。其中海拔 5000 多米的阿里臺址被寄予厚望：這里距離獅泉河昆莎機場(chǎng)比較近，在交通便利性方面有著(zhù)較大優(yōu)勢。但距離阿里臺址最近的小鎮獅泉河，海拔仍在 4000 米以上，常人難以在此久居。缺乏低海拔后勤補給點(diǎn)成為阿里臺址的重大軟肋。

而四川稻城無(wú)名山臺址由云南天文臺“中國巨型太陽(yáng)望遠鏡”團隊發(fā)現。在距它一小時(shí)車(chē)程處，有海拔 2800 米的桑堆鄉可以為未來(lái)的天文臺提供后勤支持。這里的視寧度也相當優(yōu)異，好于阿里臺址。在 2017 年的一場(chǎng)內部投票中，稻城臺址在與阿里、慕士塔格的競爭中勝出，成為最被看好的 12 米望遠鏡選址地。

“無(wú)任稻城阿里，西強于東”，北京大學(xué)天文學(xué)系吳學(xué)兵教授當時(shí)在社交媒體感慨道。

然而據小道消息，一個(gè)高級別專(zhuān)家組前往稻城考察期間，天公不作美，連續幾天的陰雨促使專(zhuān)家組重視起稻城臺址晴天率低的問(wèn)題，12 米鏡花落誰(shuí)家懸念重現。

三、發(fā)現冷湖

2009 年，國家天文臺鄧李才研究員在青海德令哈設置了一個(gè)口徑 1 米的小望遠鏡，作為國際恒星觀(guān)測網(wǎng)絡(luò )（SONG）的一個(gè)節點(diǎn)。

德令哈觀(guān)測站本來(lái)是紫金山天文臺的一個(gè)射電天文學(xué)臺站，擁有一架 13.7 米口徑的毫米波望遠鏡。雖然此站不是為光學(xué)天文觀(guān)測所設，但 SONG 項目口徑較小、對臺址要求不甚嚴苛，鄧李才當時(shí)考察后認為，這里的天空條件也能滿(mǎn)足觀(guān)測所需。

然而德令哈市的發(fā)展出乎了天文學(xué)家的意料。2017 年，德令哈市方向的天空背景，已經(jīng)比項目開(kāi)始之初亮了 1000 倍，讓 SONG 的觀(guān)測難以為繼。

恰在此時(shí)，青海海西州一個(gè)曾經(jīng)因石油興盛、又因資源枯竭沉寂的小城“冷湖”，走入了鄧李才的視野。

冷湖是一個(gè)極其孤寂的小鎮，常住人口不過(guò)百余人。反倒是郊外幾處大面積的石油小鎮遺址，以其書(shū)寫(xiě)著(zhù)昂揚語(yǔ)錄的斷壁殘垣，昭顯著(zhù)這里曾經(jīng)的輝煌。

冷湖附近的石油小鎮遺址（作者供圖）

冷湖號稱(chēng)擁有世界上最大、最成熟的雅丹地貌群。風(fēng)常年掠過(guò)這里荒蕪的山丘，雕刻出一座座前部圓盾形、后部拖著(zhù)長(cháng)尾的土包，連綿不絕、直到遠方，是為雅丹地貌。

因為雅丹同樣是火星上一種常見(jiàn)地貌，當地以“火星小鎮”為宣傳噱頭包裝這個(gè)荒原中的微小人類(lèi)聚落，甚至還在最雄偉的雅丹景觀(guān)“俄博梁”不遠處建設了一座“火星營(yíng)地”。

冷湖附近的雅丹地貌（作者供圖）

謀求轉型的當地政府引入了一系列與太空、宇宙概念相關(guān)的產(chǎn)業(yè)：有以“冷湖”為名的科幻文學(xué)獎，還有若干民營(yíng)航天企業(yè)在此落戶(hù)建立火箭發(fā)射試驗場(chǎng)。

正是在這樣的背景下，鄧李才研究員被邀請到冷湖，考察當地是否有合適的天文臺址。

鄧李才到實(shí)地一看，這里黑暗、干燥，沿途寸草不生，還真的可能有戲。

2017 年，當地政府對選址團隊承諾會(huì )對冷湖全域進(jìn)行光污染管控；2018 年春，大規模的選址工作就在距離冷湖 80 km車(chē)程的賽什騰山啟動(dòng)了。海西州以 12 萬(wàn)元一天的成本，出動(dòng)直升機運送人員和物資抵達海拔 4200-4500 米的幾個(gè)選址點(diǎn)?；練庀髤?、視寧度、粉塵含量監測儀器先后到位。到 2019 年秋，一條 16 公里長(cháng)的筆直土路和約 20 公里長(cháng)的盤(pán)山路修通，大卡車(chē)開(kāi)始往來(lái)穿梭，建設進(jìn)一步提速。

賽什騰山天文臺和遠方的雅丹地貌（作者供圖）

這是一番豪賭，而這一次，鄧李才賭對了。

在高達 95% 的監測覆蓋率下，開(kāi)始監測三年后，冷湖賽什騰山選址點(diǎn)給出了令人振奮的結果。

這里的優(yōu)良晴夜率（能觀(guān)測 3 小時(shí)以上的晴夜比率）高達 84%，優(yōu)于阿里的 82%，更遠高于稻城的 59%。有一半時(shí)間的視寧度優(yōu)于 0.75 角秒，明顯好于稻城的 0.99 角秒、也好于慕士塔格的 0.84 角秒。

鄧李才等《自然》文章附錄表2（作者譯注）

這些數據不僅超越國內此前幾個(gè)西部選址點(diǎn)，甚至與夏威夷莫納克亞、智利阿塔卡馬相比，也不遑多讓。實(shí)際上，冷湖的視寧度追平了莫納克亞，天光背景和水汽含量好于莫納克亞，僅晴空率稍弱于后者。

冷湖鎮海拔僅 2800 米，距離敦煌機場(chǎng) 3 小時(shí)車(chē)程，交通和后勤補給條件也都一流。

綜合來(lái)看，這里確實(shí)可稱(chēng)之為中國最優(yōu)秀的光學(xué)天文臺址——甚至可稱(chēng)之為歐亞大陸或東半球最優(yōu)秀的天文臺址。

而在中國建設頂級天文臺址，受惠的絕不僅僅是中國天文學(xué)家：在世界天文學(xué)的版圖上，歐洲、東亞、太平洋中部、北美、智利、澳大利亞、南非等地的一系列望遠鏡可以織成一張大網(wǎng)，對特定天體進(jìn)行接力觀(guān)測，實(shí)現在時(shí)間這個(gè)維度上連續覆蓋——這叫做時(shí)域天文學(xué)，天文學(xué)發(fā)展的大勢所趨，也是鄧李才研究員的專(zhuān)長(cháng)。有了冷湖這個(gè)頂級臺址，中國天文學(xué)家可以更有底氣、更有意義地參與到國際時(shí)域天文聯(lián)測中；世界各國天文學(xué)家也都得以擁有更優(yōu)質(zhì)的連續監測數據。

四、冷湖未來(lái)

就在《自然》文章出刊前兩天，我登上了賽什騰山——這座繁忙的大工地。

盤(pán)山公路沿途，已有不少于三處山頭正在大興土木，建設望遠鏡圓頂等基礎設施。

僅在海拔 4200 米的 C 點(diǎn)一處，就會(huì )聚了好幾個(gè)項目的在建工地：中科大-紫臺 2.5 米大視場(chǎng)巡天望遠鏡（WFST）、搬遷至此的 SONG 望遠鏡、中科院地質(zhì)地球所用于觀(guān)測行星的 0.8 米PAST和 1.8 米TINTIN望遠鏡、西華師大的 50 厘米雙筒望遠鏡（50BiN）。

賽什騰山C點(diǎn)工地的繁星（作者供圖）

PAST 與 50BiN 位于一對相鄰且相同大小的白色圓頂中，乍一看，簡(jiǎn)直就是莫納克亞山頂兩座 10米 凱克望遠鏡的翻版。

山頂的工人師傅告訴我，他們有的人已經(jīng)在此駐扎 5 個(gè)月沒(méi)有下山；“以安全求效益、以質(zhì)量求發(fā)展”的標語(yǔ)寫(xiě)在楹聯(lián)上，高大的塔吊聳立在蒼穹中——一派熱火朝天的建設景象，令人十分欣快。

賽什騰山C點(diǎn)工地的凌晨星空（作者供圖）

據了解，在興隆站無(wú)法完全發(fā)揮威力的郭守敬望遠鏡也有意搬遷至此、并計劃在條件成熟時(shí)升級到 8 米口徑；清華大學(xué)也正在著(zhù)力推動(dòng)口徑 6.5 米的“寬視場(chǎng)巡天望遠鏡”（MUST）。也就是說(shuō)，未來(lái)冷湖可能擁有兩臺 6-8 米口徑，威力強大的大視場(chǎng)、多光纖光譜巡天望遠鏡同時(shí)工作。

據悉，中國科學(xué)院已經(jīng)將冷湖臺址列入未來(lái)大口徑通用望遠鏡建設的藍圖。之前的爭議與困惑終于迎來(lái)了曙光。

我已經(jīng)禁不住暢想，十年之后，大小圓頂林立的賽什騰山，將會(huì )是中國天文學(xué)家心中，怎樣的一座圣殿！

本文來(lái)自微信公眾號：出色WSJ中文版（ID：WSJmagazinechina），作者：劉博洋