青藏高原或成中国最佳天文观测地_风闻

原创：牧夫天文

文章来源：Science

原作：Dennis Normile

翻译：李桦

校译：姚顺仪

编排：姚顺仪

原文链接：

https://www.sciencemag.org/news/2019/04/china-s-ambitious-telescopes-rise-thin-air-tibetan-plateau?from=groupmessage&isappinstalled=0

中国稻城**。**“我已经见过一些人因为高原缺氧在这儿晕倒了。”在海拔4411米的稻城亚丁机场，物理学家何会海边下飞机边出言提醒道。他在北京中科院高能物理所的大部分同僚都需要整整一天的适应时间，方能重新投入位于青藏高原东部边缘地带的大型高海拔宇宙线观测站（LHAASO）的工作中。

虽然高原上稀薄的空气对人类而言属不利的生存条件，但它却能使西藏成为观测那些从未知天体出发，横穿宇宙直至撞上地球的高能光子的极佳场所。历经三年建造，LHAASO即将完工，并已于4月26号开始进行观测。

LHAASO只是青藏高原天文台建设规划中的第一个项目。有朝一日青藏高原或与智利干旱少雨的阿塔卡马高海拔沙漠相媲美，成为顶级天文台的首选地点。而在高原西部，中科院高能所的阿里原初引力波偏振望远镜（AliCPT）也在建造中，它将于明年开始用于搜寻原始引力波的迹象。今年，国家空间科学中心还将新建稻城太阳风射电望远镜（DSRT），用来研究太阳的爆发活动。与此同时，北京中科院国家天文台正在高原西北部边缘为比任何现有望远镜都大的12米口径大型光学红外望远镜（LOT）选址。

天文学家们很早就意识到了身为“世界屋脊”的青藏高原在成为顶级天文观测地上的潜力。早在1990年，中科院高能物理研究所就在拉萨附近一处海拔4300米的地方设立了一个小型宇宙射线观测站。而从2010年起，位于海拔5100米处的阿里天文台也陆续配备了几架小规模的望远镜。旨在推动科技基础设施项目建设，藏区四个筹备中的天文台得到了国家最新五年计划（2016-2020）的资金支持，自此，天文台的兴建速度愈来愈快。中国为了将西藏与其他地区紧密联系起来而兴建的公路和机场也为前往此处的天文学家们提供了便利。

现如今国内最大的光学望远镜是位于北京北边河北兴隆县的有效通光口径四米的“郭守敬望远镜”，

然而经投入使用后发现它并不怎么符合预期设想。相比之下，正在筹建中的LOT则将成为全世界观测效果最佳的望远镜之一。“虽然设计方案上的争议使得项目开工时间一度被推迟，但一旦国家天文台敲定了选址，后续进展应该就会顺利起来。”中科院国家天文台副台长薛随建说道，“如此规模的设备可以让中国的天文学家们参与到寻找系外行星，研究星系演化和观测引力波的光学对应物的行列当中。”

与LOT不同，DSRT的任务集中在一个方向：研究太阳耀斑，日冕物质抛射以及将带电粒子波投掷向地球的太阳风暴。“为了捕捉爆发时的射电信号，DSRT

401个4.5米口径的抛物面天线间隔排列在直径为1公里的圆里，这是太阳成像的最佳布置。”项目的首席工程师阎敬业说道。电波以光速传播，因此会比粒子们要快，这意味着DSRT可以提前2到3天预测到能穿透地球磁场造成破坏的太阳风暴。阎敬业说他们的最终目标是“实时分析，实时预报”——这样就可以帮助宇宙飞船提前关闭会受太阳风暴影响的电子设备。

AliCPT是观测站中海拔最高的一个——5250米，摆脱了会阻挡宇宙微波背景辐射（CMB）的大气水汽，这些辐射可是大爆炸的余晖。它的天线过滤出CMB,

将它的信号发送至数千个传感器以寻找光线偏振中揭示秘密的图形。这模式可为宇宙暴胀形成引力波的假说佐证。尽管南半球已有国际组织在寻找这种信号，但AliCPT将成为北半球的第一个。来自威斯康星大学麦迪逊分校的宇宙学家彼得·廷比（Peter Timbie）说：“理想状态下，你想测绘整个宇宙微波背景空间的话，据我所知在青藏高原上是有希望实现的。”

LHAASO将和世界各地的天文台一起搜寻宇宙中的高能光子：伽马射线。在一些罕见情况下，它的能量可超过地球上最强大的粒子加速器。当伽马射线撞上大气层时，它们会形成一连串的二级粒子，粒子们在锥形区域内扩散，直到撞到地面。更高能量的光子会产生更多的二级粒子，这些二级粒子的扩散范围更加广阔。为了捕获来自低能光子的粒子，LHAASO将配置三个5米深的水池，覆盖面积超过14个美国橄榄球场。当粒子撞到水面时，池底探测器可以检测到它们发出的微弱且闪烁的蓝色切伦科夫（Cherenkov）光。在1.3公里的场地上间隔着的数千个成本较低的探测器将用于观察更高能量的伽马射线。另外1170个埋藏探测器则用于寻找被称为μ子的粒子，这可以帮助区分伽马射线及由宇宙射线，后者的带电粒子也可以达到同等非凡的能量。

伽马射线观测站中探测粒子的水池 图源：中国科学院高能物理研究所 & 中国科学院

与宇宙射线不同，伽马射线的路径不受磁场的影响，因此可以追溯到它们遥远的源头。

LHAASO的首席科学家曹臻表示，该设施的大小使得它每年可尝试捕获大约10次能量最高的伽马射线，这有助于我们弄明白它们从何而来——可能是超新星，中子星或黑洞，以及它们是如何产生的。 “这些问题一百年了还是个谜。”曹臻说。

宾夕法尼亚州立大学的理论天体物理学家彼得·梅萨罗斯（Peter Mészáros）说：“LHAASO的投入使用开辟了一些非常令人激动的前景。” LHAASO还能够检测来自伽马射线暴（GRBs）的光子，这些壮观的爆发突然出现并在几天内消失。 普遍认为从某些超新星或中子星合并中喷出的辐射探照光是导致爆发的原因，但明确机制仍是一个谜。 “了解来自射线暴的伽马射线光子的最大能量可以为此提供重要的线索。”梅萨罗斯说道。

通过构建基础设施和提升相应技术，西藏的这些天文台可为其继任者铺平道路。 阿里及其他天文台所在地的地方政府正努力保护无线电静默区，尽量减少光污染，以期吸引未来的项目。 同时这些设施本身也将印证西藏的稀薄空气是否利于天文观测。

『天文时刻』 牧夫出品

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星系外围的球状星团

Credit: ESA/Hubble & NASA, F. Ferraro et al.⁣