為什么要在新疆海拔4520米的地方建觀測(cè)站？我們有了新依據(jù)

位于祖國(guó)西部的帕米爾高原，雪峰群立、聳入云天,巍峨的山頂終年積雪，在陽光照耀下宛如大地之巔的銀色皇冠，既神秘又莊嚴(yán)。這里遠(yuǎn)離塵囂，夜空如墨，銀河璀璨，加之天然的地形優(yōu)勢(shì)，優(yōu)越的氣候條件引起了國(guó)內(nèi)外天文界的關(guān)注。

2016年，為中國(guó)新一代十米級(jí)光學(xué)/紅外望遠(yuǎn)鏡選址的工作被提上日程，中國(guó)科學(xué)院新疆天文臺(tái)組織臺(tái)址勘察隊(duì)踏上帕米爾高原，最終在“冰山之父”慕士塔格峰正對(duì)面、海拔4520米的無名高地勘選出世界級(jí)天文觀測(cè)基地——慕士塔格觀測(cè)站。

這么高、那么冷，為什么要在這建觀測(cè)站？

優(yōu)良的光學(xué)臺(tái)址是稀缺的天文戰(zhàn)略資源，光學(xué)天文選址作為大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡落戶及天文學(xué)研究中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，意義深遠(yuǎn)，將直接關(guān)系到望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)效率、數(shù)據(jù)質(zhì)量和科學(xué)發(fā)現(xiàn)的潛力。高海拔地區(qū)因空氣干燥、大氣視寧度極佳、湍流小、透明度高、人煙稀少（人為光污染?。┑?，成為理想的光學(xué)天文選址對(duì)象。

大氣視寧度指地球大氣對(duì)天文觀測(cè)清晰度的影響程度，是光學(xué)天文臺(tái)選址最重要的參數(shù)之一。大氣視寧度通常用角秒（arcsecond）來衡量，一角秒等于1/3600度。角秒數(shù)值越小，表示視寧度越好，世界上最優(yōu)秀的光學(xué)天文臺(tái)臺(tái)址的大氣視寧度中值一般在0.6-0.8角秒。

科研人員對(duì)慕士塔格觀測(cè)站連續(xù)開展了8年的臺(tái)址條件監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)顯示，該站在多個(gè)關(guān)鍵臺(tái)址參數(shù)上達(dá)到了國(guó)際優(yōu)良臺(tái)址水平，如大氣視寧度中值達(dá)0.78角秒，可與世界一流天文觀測(cè)臺(tái)站比肩。

通過長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與深入研究，新疆天文臺(tái)科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)影響視寧度等天文觀測(cè)參數(shù)的重要因素之一——**光學(xué)湍流在慕士塔格觀測(cè)站近地層表現(xiàn)出較弱且高度穩(wěn)定的特性。**這一穩(wěn)定性為高質(zhì)量天文觀測(cè)提供了理想條件，進(jìn)一步證明了該站點(diǎn)適合建設(shè)大型天文科學(xué)裝置，并展現(xiàn)出其良好的發(fā)展?jié)摿?。相關(guān)研究成果近期已發(fā)表于英國(guó)《皇家天文學(xué)會(huì)月報(bào)》。

什么是光學(xué)湍流？

地球大氣在不同高度的溫度、壓力和密度的變化會(huì)導(dǎo)致光線折射率不均勻，從而影響成像清晰度，這種現(xiàn)象被稱為大氣湍流，由于其對(duì)于光波傳播的影響，也被稱為光學(xué)湍流。

**光學(xué)湍流是影響天文觀測(cè)質(zhì)量的重要因素之一，**光學(xué)湍流參數(shù)較小的臺(tái)址通常更適合建設(shè)更大的光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡。當(dāng)不存在光學(xué)湍流或者其他影響時(shí)，望遠(yuǎn)鏡的成像本應(yīng)非常清晰，下圖展示的是大氣光學(xué)湍流較弱（左圖）和較強(qiáng)（右圖）時(shí)月球表面的成像。

研究人員基于慕士塔格觀測(cè)站30米塔上的5層超聲風(fēng)速儀和6層高精度溫濕度傳感器采集的長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，慕士塔格觀測(cè)站靠近地面的大氣層（稱為表面層）的大氣湍流特性在白天和夜晚之間有著明顯的不同，而湍流對(duì)光學(xué)觀測(cè)的干擾會(huì)隨著高度的增加而逐漸減弱。到了夜晚，表面層湍流活動(dòng)較弱，大氣更加穩(wěn)定，6到30米高度的中位視寧度達(dá)到了0.24角秒，這為天文觀測(cè)提供了非常理想的條件。

此外，地表溫度逆溫現(xiàn)象（即地面溫度低于上方空氣溫度）與視寧度的改善密切相關(guān)。**在逆溫和風(fēng)速較低的情況下，大氣湍流活動(dòng)更加平穩(wěn)，**進(jìn)一步減少了星光的抖動(dòng)和模糊，使得光學(xué)天文觀測(cè)的效果更佳。

根據(jù)慕士塔格觀測(cè)站的地形地貌特征，這些湍流觀測(cè)數(shù)據(jù)所得到的結(jié)果，可為測(cè)量點(diǎn)500米范圍內(nèi)建設(shè)望遠(yuǎn)鏡提供可靠臺(tái)址光學(xué)湍流參數(shù)，也為評(píng)估整個(gè)臺(tái)址區(qū)域光學(xué)天文觀測(cè)條件提供重要參考。

挑戰(zhàn)與發(fā)展

嚴(yán)寒、高海拔是對(duì)科研工作者的挑戰(zhàn)，低溫、低氧和極端的氣候條件可能對(duì)身體和心理造成雙重壓力，還可能影響科研儀器機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐久性、導(dǎo)致電源能效和電子元器件性能下降等，增加設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)。

在數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)期間，研究團(tuán)隊(duì)制定詳盡計(jì)劃，定時(shí)對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行檢查、維護(hù)及調(diào)整，從而提升科研儀器數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集的能力，實(shí)時(shí)獲取高質(zhì)量的觀測(cè)數(shù)據(jù)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

本研究不僅為大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的建設(shè)提供了科學(xué)依據(jù)，還對(duì)優(yōu)化自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的性能和評(píng)估高原光學(xué)臺(tái)址的優(yōu)劣具有重要的指導(dǎo)意義。同時(shí)，進(jìn)一步展現(xiàn)出慕士塔格觀測(cè)站成為中國(guó)西部杰出天文觀測(cè)臺(tái)址的巨大潛力。

新時(shí)代的新疆天文科研工作者挺膺擔(dān)當(dāng)、不懈奮斗，努力搶占天文科技制高點(diǎn)。從選址及臺(tái)址監(jiān)測(cè)工作至今，新疆天文臺(tái)光學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在艱苦的科研環(huán)境中克服高原反應(yīng)帶來的種種困難，他們將以更加飽滿的工作熱情、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，爭(zhēng)分奪秒開展臺(tái)址監(jiān)測(cè)工作，為中國(guó)光學(xué)天文事業(yè)的發(fā)展提供強(qiáng)有力支撐。