青藏高原星空中的天文奥秘

2022年01月20日
在中国有没有适合建造大口径光学望远镜的地方呢?答案是有!不仅是有,它还是全世界数一数二的台址候选地,简直就是天文学中光学观测的天选之地,这就是中国的青藏高原!
图为西藏阿里天文台(摄影/中国科学院国家天文台 钱琼)
什么因素会影响光学观测?
自400年前,意大利天文学家伽利略发明第一架光学望远镜以来,人类已经在地表上建立了一批又一批的光学望远镜,帮助我们不断探索广袤宇宙。随着科技进步,我们的望远镜性能不断提高,同时对建造望远镜的台址要求也越来越严苛。那么,科学家们为什么要不远千里、翻山越岭去荒无人烟的地方选址建造天文望远镜,而不选在城市呢?
左图和右图分别是在远离光污染地区和城市地区拍摄到的猎户座星座(供图/袁懋)
首先,城市中有可见光的光污染问题。我们所在的生活区,无可避免地充斥着各种人造光源。这些来自各个方向、包含各种波长的光污染源,对于聚焦光线的望远镜来说无疑是个灾难。大量的光污染会干扰甚至覆盖宇宙深空里天体发出的光。因此,光学天文望远镜需要尽可能远离人造光覆盖区域。
其次,某些气象因素也会严重影响光学天文观测的效果,其一就是视宁度。视宁度是指大气湍流对天文图像质量的影响——这些湍流会让恒星闪烁。我们看到星星“眨眼睛” ,就是大气湍流造成星星忽明忽暗的闪烁效应。在视宁度好的条件下,观测恒星因为大气湍流带来的抖动比较小,所以照片上星象更加锐利清晰。
视宁度不同条件下对木星的观测对比图(供图/袁懋)
那么“远离城市、遁入高山”是否就能建造光学天文望远镜呢?其实不然,还有部分气象指数也是科学家们选定天文台址的一个重要考虑因素,比如晴天数、空气湿度、透明度等等。
青藏高原为什么是上上之选?
一个合适的光学观测环境,应该至少满足几个条件:没有光污染、天气晴多云少、大气气流稳定、空气干燥稀薄且颗粒物少。美国夏威夷和智利两地的天文台无疑在这些方面都能满足。而完美契合这些条件的青藏高原,更是上上之选。
首先,青藏高原是地球上海拔最高的陆地,平均海拔高出地平线4500多米,能有效遮挡地面绝大部分光源传播。而且这里人迹罕至,几乎不存在光污染。
其次,由于高海拔,青藏高原空气稀薄,大气分子密度低;又因为荒无人烟、冰原覆盖广泛,导致空气中尘埃颗粒极低,透明度极高,大大降低空气对光线的扰动和吸收。
再者,青藏高原大多数地区干旱少雨,空气湿度低,背靠喜马拉雅山脉,大气湍流较弱,有效保证了观测到的光源的稳定性。
途中橙黄色区域是地球上海拔最高的地区——青藏高原,它能有效遮挡地面绝大部分光源传播
不仅仅是天文光学波段,青藏高原同时也是天文其他电磁波段或其他科学设备的理想之地。目前,中国科学院高能粒子物理研究所已经在青藏高原建造了羊八井国际宇宙线观测站,用来探测高能宇宙射线。还有一批其他领域的科学实验室也将陆续进驻青藏高原,比如原初引力波探测、空间碎片监测、亚毫米波望远镜等。
未来,青藏高原将不再仅仅是地理上的“世界屋脊”,更将成为科学上的“世界圣地”!
来源:知识就是力量公众号