探访世界最大天文观测区 中国联手智利加强国际合作
要说抢头条，最近一段时间几乎没人能抢得过NASA（美国国家航空航天局）。7月14日，太空探测飞船“新视野”号从太阳系边缘，发回了有史以来最“高清”的冥王星及其卫星的照片。九天之后，开普勒天文望远镜观测资料的分析又显示了“另一个地球”的存在：迄今与地球体积和宇宙环境最接近的类地行星“开普勒—452b”。那么，在这些新发现之后，天文学家们又能做些什么？进一步的观测如何才能进行？除了美国，在全球天文学研究的“奥林匹克”竞赛中，各国分别扮演着怎样的角色？中国又该怎样做才能后来居上？
近日，人民日报记者探访了世界最大的天文观测区——位于智利北部的帕拉纳尔观测站。只有依靠这里的新一代大型望远镜，类似近期“新视野”号和开普勒天文望远镜的最新发现，才能取得更深度的观测和研究。而观测站每年提供的数据也是支持天文学研究不断向前的基础。
帕拉纳尔观测站：让你心动的天文发现 都与它有关
智利北部，帕拉纳尔山巅。
夕阳给一望无际的荒漠抹上了耀眼的橘红色，起伏的远山之外，可以看到东太平洋上空涌动的云海。4台巨大的望远镜缓缓打开天顶，将“目光”投向浩渺无垠的太空。
世界上最大的天文观测区，帕拉纳尔观测站就坐落在这里。
来自世界各地的天文学家，带着不同的课题来到帕拉纳尔，借助最先进的天文观测设备和技术，一点一点地向神秘的宇宙靠近。
图为帕拉纳尔天文台的4台大型望远镜
中国科学院南美天文研究中心主任王仲告诉记者，NASA的开普勒天文望远镜和“新视野”号可以从空间进行观测，从而确定“地球表亲”（“开普勒—452b”）的一些最基本的物理参数。
但是，更进一步的深度观测必须依靠帕拉纳尔这样的观测站。只有用这里的新一代大型望远镜，才能从根本上确定这些行星的实际物理和化学状态。
比如，正在建设中的30米级的巨型望远镜，将可能对这些疑似地球环境的星体进行直接的光谱观测和成像研究。王仲认为，正是这样的大规模组合研究，让 “我们站在了下一个重大发现的门前。”
帕拉纳尔观测站坐落在山岗上
仅今年七月，天文学家们就在帕拉纳尔观测站就取得了多个观测成果。
7月13日，天文学家称，一组由帕拉纳尔观测站拍摄的银河系超高清图像，捕捉到了超过8.4亿颗星体，比之前多出10倍;
7月15日，一个国际天文学研究小组通过帕拉纳尔观测站，发现了疑似太阳系的“孪生姐妹”：一颗类似木星的行星围绕着一颗类似太阳的恒星在运转。
7月17日夜，来自中国的天文学家杨彬博士在这里捕捉到了两张不同波段的谷神星照片。
“希望接下来的研究能证实这个表面的小白点是蒸发后的水分留下的盐层。”一直在太阳系行星中寻找水的杨彬略带兴奋地指着其中一张照片说。“有学者曾推测谷神星的‘体内’可能有水，总量相当于地球水量的3倍。找到了水就可能找到生命。”
杨彬告诉记者，美国“曙光”号飞船正围绕谷神星飞行，而她所在的团队则负责收集和分析地面望远镜拍摄的图像数据。
全球天文研究的“奥林匹克”：竞争从未中断
从帕拉纳尔观测站向东350公里，进入阿塔卡玛沙漠深处。
海拔3000米，4000米，5000米，一个接一个的高度标志牌被甩在车后。翻过一个山头，白雪覆盖的山峰近在咫尺。右侧大片开阔地上，几十口巨大的“银锅”在高原阳光的照射下，反射着刺眼的光芒。
这里就是天文学界有名的ALMA（阿塔卡玛大型毫米波/亚毫米波天线阵）项目的现场。整个项目由美国、欧盟和日本联合建造。历时15年，耗资超过10亿欧元，于2013年全面投入使用。
欧南台建设的ALMA项目：每个“银锅”重达100多吨，装有10个频段不同的接收器，平均造价在1000万美元以上。
这是一个巨大的射电天文望远镜方阵。66个口径为7米和12米的高精度大型射电望远镜，模拟出一面直径约1.6万米的单碟天线。
利用它们，天文学家就可以观测天体的无线电波段辐射。通常，射电望远镜波长越短、口径越大，技术含量越高，也越是“耳聪目明”。
如果将一口单独的“银锅”（射电天文望远镜）放在美国东海岸，它可以就听到西海岸一枚硬币落地的声音。同时，它还可以清晰捕捉到15公里外一粒高尔夫球的“影像”。
安装在这个阵列中的望远镜个个“身价高昂”。每个重达100多吨、装有10个频段不同的接收器，平均造价在1000万美元以上。整个ALMA项目足足有660多个接收器。它们如同高灵敏度的“收音机”，按物理原理相互配合，将人类的听力和视力向宇宙深处延伸，再延伸。
不久前，通过ALMA项目，人类第一次直接清晰观察到了宇宙中年龄仅10亿光年的星系中的尘埃。
ALMA：66个口径为7米和12米的高精度大型射电望远镜，模拟出一面直径约1.6万米的单碟天线。
帕拉纳尔观测站与ALMA项目一起，构成了一个全球天文研究的“奥林匹克”竞技平台，体现了美、欧、日对基础科研的高度重视。
即使是在经济下滑的严峻时期，这些国家仍坚持加大对天文研究的投入。其背后隐含的，是对提升国家竞争力的长远考虑。
现在的帕拉纳尔观测站，就是欧洲南方天文台(下简称“欧南台”)建造的。
这个成立于1963年的国际天文研究机构，由14个欧洲国家组成。到目前为止，已在智利无偿赠与它的160平方公里土地上，建立了3个观测站。其中，帕拉纳尔观测条件最为优越。因为这里气候干燥，一年中晴夜数超过340天。
帕拉纳尔现有4台8.2米口径的大型光学望远镜、4台辅助望远镜、1台2.5米口径的可见光巡天望远镜、1台4米口径的近红外巡天望远镜。它们共同组成了一个完整的天文观测系统。
其中4台8.2米口径望远镜中的任何一个，都可以通过曝光一小时，拍摄到比裸眼可见星体微弱40亿倍的星体图像。如果这4台望远镜按物理光学的干涉原理组合，可将分辨率再提高25倍，如同在地球表面看到月球上一辆汽车的前灯。
“科学家把现在的宇宙比做壮年期。借助于这些望远镜，我们可以看到襁褓期的宇宙，也就是大约130亿光年的宇宙深处。”中科院南美天文研究中心主任王仲说。
目前，欧南台还正在建造一台39米口径的光学—红外望远镜，并刚刚敲定，在附近建造由100个高能(伽马)射线天文望远镜组成的阵列。预计这些项目将在2025年前后完成。
夜色下帕拉纳尔天文台的望远镜
值得注意的是，帕拉纳尔的每一台望远镜，都是光学、电子、材料等多个制造领域创新的集合。
以帕拉纳尔观测站8.2米口径的望远镜为例。这一望远镜有完整镜面，以及超强的抗高低温能力。它由数百个小型电子调节器进行动态调节，以确保镜面达到观测所需的理想曲面。
目前，只有德国和美国有能力制造这样大规模的望远镜及配套设施。
再比如，运输和移动射电望远镜的专用工程车也是德国制造的。它自重达130吨，车身呈U形，两侧共28个车轮，由液压控制，可独立转向。全车装有两部引擎，可以移动115吨的重物。
而那些被安装在望远镜上用来接收不同波段信号的接收器，则属于精密光电仪器，分别由日本、英国、美国等制造。正是这些一流的仪器和装备汇聚在一起，才构成了超一流的天文观测水平。
中国天文学发展：既要独立自主 更要国际合作
“几乎所有天文学新的重大发现，都是科学合作的结果。”中科院南美天文研究中心主任王仲对记者说。
曾长期在美国哈佛—史密松天体物理中心从事研究的王仲博士一再表示，中国发展天文学既要靠独立自主，更要走国际合作之路。这已经是国内天文学行业的共识。要学会合作，通过合作提升自己，在合作中带动中国科研的进步和相关高科技产业的升级。
除大型望远镜的主体是合作建造以外，帕拉纳尔观测站所有的配套观测仪器(终端)设备都是“竞争上岗”。哪个国家的科研团队做得好，就用哪个国家的。科学家申请这里的观测时间，也要经过竞争。由专家委员会确定谁的项目更重要，往往每四、五个申请中只有一个被选中。
王仲博士对记者说，“在天文观测研究上投入的每一分钱，都可能转化为带动本国高科技产业和制造业升级的动力。”论实力，中国不缺。但在参与国际合作上慢了几步，现在正在尽快赶上来。
王仲认为，中科院将智利选为“中国科学在海外生根开花”的第一个站点是富有远见之举。选择智利，就是选择了天文学最前沿的研究机会。借助于与智利的合作，中国挤开了通向ALMA等项目的“门缝”。
据了解，由于中国没有这样大型的天文望远镜，也不是欧南台和ALMA成员，中国科学家要来这里观测，要么是租用设备的使用时间，要么是通过联合研究。不仅要提前申请，还要由对方来对项目做筛选，并支付高昂的观测费用。
但是，由于这些望远镜都建在智利，智利研究机构就拥有了一小部分使用权。中智合作因此可以为中国科学家提供更多使用这些设备的机会。分处北南两个半球的中智天文学家的“握手”，将有助于南北天文观察成果的交流整合与互补，创造出世界一流的创新成果。
不久前，在王仲博士安排下，中国紫金山天文台的两位仪器工程师来到ALMA观测站交流。合作的结果表明，中国制造的毫米波接收器完全达到国际标准。“虽然这只是一个波段的接收器，但我相信，如果中国工程师能有更多机会参与合作，其他波段的接收器很快也能制造出来。”王仲很有信心地说。
中国的天文学家杨彬博士也认为，中国学者近年来积极参与国际合作，与欧美之间的差距正在缩小。
2014年，中国科学院国家天文台加入由美加两所大学主导的建设在北半球的30米口径光学望远镜项目团队，承担包括望远镜光学子系统、激光引导星子系统、科学仪器系统等高技术任务。
不久前，王仲领导的中国科学院南美天文研究中心与华为公司联手，在智利圣玛丽理工大学建立了中智合作天文大数据库。这一合作为中国天文学者参与国际研究打下了又一块基石。中科院南美天文研究中心目前正在与智利方面紧密沟通，探索更多的加强与南美天文观测合作的方式。
“我们有能力实现跨越式进步”，王仲说。此时，深蓝色的夜空中，出现了金星临月的美丽天象。
（《人民日报》2015年07月28日23版 特派记者 丁刚 颜欢）