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追星逐日大國重器緣何扎堆稻城

甘孜日報    2023年03月02日

陽光下的太陽射電成像望遠鏡。 本網資料庫圖

空間環境地基綜合監測網(子午工程二期)圓環陣太陽射電成像望遠鏡。 四川日報記者 何海洋 攝

近觀太陽射電成像望遠鏡。 本網資料庫圖

圓環陣太陽射電成像望遠鏡一角。 本網資料庫圖

高海拔宇宙線觀測站(LHAASO)

空間環境地基綜合監測網(子午工程二期)圓環陣太陽射電成像望遠鏡

2.5米大視場高分辨率太陽望遠鏡(WeHoST)

◎四川日報記者 文露敏

西南交通大學物理科學與技術學院教授劉煜上月底剛剛從稻城回到成都。他的行李很輕簡,最重要的東西,是無名山觀測點上的監測數據,以及與施工單位對接的觀測平臺設計方案。待大批天文望遠鏡“集結”,無名山將成為國內最重要的高海拔天文臺址之一。

如果說將遍布天文光學儀器的無名山還在“孕育”中,那么海子山的“拉索”已經開始追逐宇宙線的蹤跡了,而稻城縣城西邊的噶通鎮則憑借“千眼天珠”圓環陣太陽射電成像望遠鏡正監測著太陽“打噴嚏”……一時間,這座曾經的旅游小城,迎來“大國重器”的“扎堆”。

在眾多科研人員看來,中國西部廣袤的高原,青藏高原綿綿群峰之中,能夠比肩夏威夷莫納克亞的世界一流天文觀測集群,或許正在這里誕生——“手可摘星辰”,為何是稻城?

天生麗質

進入稻城的科研人員,總會提到劉煜。12年前,他率領的中國太陽西部選址隊,在天文觀測領域第一次“叩”開了稻城的門。

2008年,從事太陽物理研究的劉煜進入中國科學院云南天文臺工作。當時,國內的一些太陽觀測基地,參數質量離下一代望遠鏡的址點要求仍有差距。在此之前的2003年,國家天文臺已經部署并啟動了重大科研計劃——中國西部天文戰略選址。隨后成立的中國太陽西部選址隊,正是為了尋找適合下一代巨型太陽望遠鏡的一流址點。

作為選址隊隊長,在遠程調研階段,稻城就進入了劉煜的視野之中:當地晴天數、晴夜數、大氣視寧度、透明度等關鍵參數都能滿足天文觀測的需求。2011年,從昆明出發,劉煜一行人繞了一個大圈,從云南香格里拉進入甘孜。越野車駛入稻城時,正值初秋。當車翻上離縣城20多公里的無名山頭,他看到,與很多高原地帶不同,這里的一個山包連著一個山包,有很明顯的高低起伏,但山頂卻十分平坦,“谷底仰望是山,山頂平視是平原?!边@意味著,此處能夠架設數量可觀的、滿足不同需求的望遠鏡設施。

從無名山向遠處眺望,能夠看到夏諾多吉、仙乃日、央邁勇三座神山。天氣好的時候,山頂的積雪泛著令人炫目的銀光。這說明,這里的空氣十分純凈、通透,天空背景亮度很低。

劉煜尤其中意稻城的夜晚。不同于城市夜空總籠罩著一層人工光造成的微紅光輝,這里的黑夜很純粹,“月亮是唯一的光源,穩定的大氣層,使得這里數以萬計的星星甚至不會忽明忽暗地‘眨眼睛’?!敝苓厴O低的人口密度,使得燈光污染幾乎不會影響夜天文觀測工作。

自此之后,劉煜每隔一個月或兩個月都會到稻城走一遭。反復踏勘之后,好印象愈發強烈——同期比照的西藏阿里地區,距離最近的鄉鎮海拔太高,不適合科研人員長期生活,而云南的部分地區,又存在海拔高度不夠、山頂面積有限等不利因素。

在天文觀測領域,這樣的好消息總是傳得很快?!霸趧㈧系耐扑]下,我們也鎖定了大香格里拉區域,進行高海拔宇宙線觀測站‘拉索’的選址?!薄袄鳌笔紫茖W家,中科院高能物理研究所研究員曹臻回憶,選址工作從2009年開始,同樣跑遍了藏、滇、青各個省份。

宇宙線觀測需要高海拔,盡量降低大氣層的影響,同時與光學天文觀測一樣,還需要非常優秀的大氣積分水汽含量和光污染環境指標,以便捕捉高能粒子和光子的蹤跡。而要放下“拉索”的四大探測器陣列,還需要一處地勢平整、面積廣闊的地方。其中的水切倫科夫探測器陣列,探測的是“最微弱的光”,需要建造承載35萬噸水的水池,以安裝3120個探測單元?!耙虼?,水源也是必需的要素,而且要非常潔凈?!彼袀惪品蛱綔y器陣列負責人陳明君研究員介紹。

稻城再一次與這些條件完美契合——《稻城縣志(1991—2005)》中這樣描述:在北部丘狀高原區海子山區域,地勢平緩,溪河迂折,水草豐茂,河谷寬闊。

2014年,云南天文臺正式在無名山上設立了天文野外選址監測站。同年,中國科學院與四川省人民政府簽署框架協議,全球最大、靈敏度最高的宇宙線觀測站“拉索”,正式落戶稻城。

三年后,當項目啟動建設,陳明君從北京出發,第一次來到稻城。布設水切倫科夫探測器陣列的位置在場地正中央,還在高反期的陳明君,興奮地在未來的工作“陣地”上跑了100多米。

劉煜完全能理解陳明君的興奮之情,畢竟一個觀測設施,往往是一代人的心血。因為在選址階段,“一見鐘情”幾乎不存在——受地形影響,即使是同一區域,不同山頭之間的視寧度也可能有很大差異,因此需要謹慎、持續的監測和考察,有時,這一過程將持續5年,甚至10年,更重要的是,等待不要緊,千萬“不能盲目上馬,會耽誤一代人”。

山上的“朋友圈”逐漸擴大

集群發展

“拉索”的等待是值得的。截至目前,它已取得多項突破性的科學成果——探測到人類迄今為止最高能量光子,測定了標準燭光的超高能段亮度,探測到迄今最亮伽馬射線暴……不斷刷新了世界級的觀測記錄。

談及去年探測到的伽馬射線暴,北京大學物理學院教授馬伯強用“千年一遇”來形容:“這得益于‘拉索’的全時開放,鎖定到了伽馬射線暴爆發的2000多秒,是真正意義上的天賜良機?!?/span>

這是一個“看天吃飯”的行當,在項目建設階段,只有不斷搶時間,才能盡量不與“宇宙的饋贈”擦肩而過。曹臻感嘆,“拉索”在稻城“安家”后,“一切都比預想當中的還要快還要好?!?/span>

那 段 時間,“拉索”工程辦主任白云翔辦公室里隨時放著一個行李箱,里面有羽絨服、沖鋒衣等裝備,工程任務經常需要在下班后,拎起箱子直奔首都機場前往成都,在雙流機場邊的酒店睡上4個小時,又起床趕一早飛往稻城的航班。

所幸,在建設過程中,四川各級地方政府高度重視與支持。其中,四川省發展和改革委員會還為項目提供了配套資金。2021年,“拉索”建成并正式進入科學運行階段。如果說十多年前太陽西部選址隊是一步步鎖定稻城的,那么現在的稻城已經擁有自放光芒的“指北星”了。2019年,子午工程二期獲國家立項批準開始建設,同一年,四川省政府為圓環陣太陽射電成像望遠鏡配套的地方項目獲批并開始建設。

“我們尤其看重大科學裝置的集聚。這意味著,項目落地必需的各項流程,已經磨合出了成熟的路徑?!敝锌圃簢铱臻g科學中心亞丁臺站執行站長吳俊偉表示??v觀世界著名的天文設施集群發展,以空間集聚和學科關聯為導向進行布局是一大特征。

去年底,圓環陣太陽射電成像望遠鏡項目設備完成系統集成,正式進入聯調聯試階段。同時,他們也決定復制“拉索”“山上的觀測基地+城里的科研基地”這一模式。也是在去年,陳明君上山進行觀測陣列的維護工作。到了晚上,他跑到圓環陣太陽射電成像望遠鏡處,和吳俊偉一起鼓搗攝影設備,看如何以拋面天線為前景,把流星雨拍得更美。閑暇時,陳明君最愛在山頭游走,而山上的“朋友圈”還在逐漸擴大。

劉煜分析,稻城擁有海拔相對較低的后勤候選基地,可利用的平坦面積廣,容易形成大科學集群,這也為集中布局、獲得地方支持提供了基礎。2021年11月,甘孜州稻城高海拔天文科學中心成立,意在服務大科學裝置項目落地及相關專家、天文科技普及工作和地方“科技+旅游”產業發展?!皺C構的設立,是為了讓科研人員能把更多精力放在科學研究上?!钡境歉吆0翁煳目茖W中心主任汪洋表示,稻城正集中力量打造天文科研高地,眾多設施相互配合、相互補充,為開展大氣、環境、空間天氣等多種形式的前沿科學交叉研究提供實驗平臺。

去年底,國家重大科研儀器研制項目、世界最大的軸對稱太陽望遠鏡“2.5米大視場高分辨率太陽望遠鏡”正式敲定落戶稻城。項目負責人、南京大學天文與空間科學學院教授丁明德介紹,早在選址階段,稻城就是排名靠前的候選點。負責望遠鏡自適應光學系統研制的中國科學院光電技術研究所就在成都,也為稻城增加了重量不輕的“砝碼”。

“除了得天獨厚的自然條件,大家還看重一些‘科技硬指標’?!卑自葡枇信e,比如,周邊經濟狀況、學科布局情況以及國際開放程度等,綜合來看,四川顯然是“首選”,能夠支撐大科學裝置的可持續發展。

前不久,曹臻赴中科院國家空間科學中心開展了學術交流。未來,兩個“觀天神器”有望在空間天氣領域展開一系列合作。而西南交通大學的研究團隊,也在依托“拉索”的數據開展雷暴相關物理研究。

等待宇宙的禮物

完善配套

劉煜記得,2011年,自己踏上稻城土地時,縣城只有一條正街,吃早飯的地方都很少。在當時,“稻城”對很多科研工作者而言還是一個陌生的名字?!罢鏇]太多了解?!眳强?021年來到稻城時,完全沒有想到,這將是他人生中最重要的一段經歷。稻城,給予了他們最慷慨的禮物。

2021年2月,無名山上,我國自主研發的日冕儀成功觀測到白光日冕信號。研究日冕是解決太陽物理領域重大未解之謎的必經之路,在沒有日冕儀的情況下,研究人員只能在發生日全食的時段展開觀測。當看到閃爍著銀色光暈的白光日冕像時,劉煜難掩心中的激動——這說明,多年的尋找沒有白費,稻城確實是一個優良的天文臺址,具備開展高水平太陽物理觀測研究的自然環境。

在一次聊天中,中國科學院紫金山天文臺原臺長楊戟曾與劉煜分享過這樣一個故事:上個世紀90年代初,在為一個射電天文學臺站選址時,他們曾經騎著毛驢翻山越嶺進入過稻城,但當時這里的交通、后勤等條件遠遠不如其他地區,因此作罷。而如今,稻城這座“失落的小城”,終于在劉煜、曹臻這一代重新散發出了屬于它的光彩。

海拔6032米的仙乃日是稻城璀璨奪目的最高山峰,而在海子山、無名山、波瓦山,世界一流的天文科技創新高地已慢慢崛起?!澳壳?,稻城天文設施集群已經初具規模?!笔“l展改革委創新高技術處處長易成波表示,四川支持天文觀測設施在稻城落地建設,加快打造世界一流的天文觀測基地。

省發展改革委成立創新驅動發展中心,把服務支撐重大科技基礎設施作為一項重點工作。省創新驅動發展中心主任繆建忠表示,“中心將為科學家搭建公共交流平臺,努力服務好稻城天文科學園建設?!贝送?,為推動更多天文科研機構和專家團隊以“拎包入住”的方式進駐稻城,甘孜州還將統籌考慮各類天文觀測設施科研運維需求,整體規劃建設稻城綜合運維保障基地,完善供氧、供電、信息等設施,提供全方位服務。

在白云翔的辦公室里,掛著一幅書法作品:“仰觀宇宙之大,俯察品類之盛?!边@是“拉索”正式落地稻城后,他的妻子書就的,也代表著眾多科研工作者的心聲——仰望星空,同時腳踏實地。

2月,高原上的風聲依舊呼嘯。在陳明君看來,稻城的風是“有形”的——當他劃船進入水切倫科夫探測器“大棚”內部進行巡檢時,為探測宇宙線特意做得很輕薄的鋁合金屋頂,伴隨著“嘩啦啦”的聲響,會泛起無盡的波浪。在風中,2.5米大視場高分辨率太陽望遠鏡項目團隊成員正在無名山上進行臺址考察工作,以確保望遠鏡建造在最合適的地點。

“最晚2023年底動工,2026年全部建成并投入觀測?!睆氖?0多年太陽爆發研究的丁明德介紹,到那時,國際大型太陽望遠鏡將集中在三個不同時區:美國的夏威夷群島、歐洲加那利群島,以及中國的西部地區。人類將在24小時內,完整地觀看到太陽的每個細節。

丁明德說,天文觀測有一定的偶然性,需要好時機、好天氣,同時在盡全力確保設備萬無一失后,只能靜靜等待——等待宇宙的禮物,再次在稻城降臨。



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