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暗夜星空“守望者”：​走近墨子巡天望远镜及其青年团队

暗夜星空“守望者”：​走近墨子巡天望远镜及其青年团队
▲墨子巡天望远镜漫画。视觉中国供图
一望无际的大漠戈壁中寸草不生，入眼只有无穷无尽的荒山。高处的山顶上，远远能眺见白色的圆顶。虽然样式简单，但里面的设备，却能将浩瀚璀璨的星空图景置于科学家眼前，得窥宇宙的一隅。
这便是中国科学技术大学-紫金山天文台大视场巡天望远镜，也被称作墨子巡天望远镜。
9月17日，墨子巡天望远镜正式启用，成功发布仙女座星系图片。这标志着经过一个月左右的设备运行测试，望远镜设备各项指标基本达到设计标准，已经可以开展天文观测研究。
在这张仙女座星系的“证件照”上，图片中心区域被朦胧的星光包围。这并不是墨子巡天望远镜的首个成像，而是利用不同夜晚观测的150幅图像叠加而成，可以测定仙女座星系和其周围环境中天体的亮度变化，帮助科学家开展时域天文学研究。
暗夜星空“守望者”：​走近墨子巡天望远镜及其青年团队▲墨子巡天望远镜拍摄的仙女座星系。中国科学院供图
“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金。”拍摄的背后，是科学家们鲜为人知的辛苦和汗水。这张首光图像背后有怎样的故事？在墨子巡天望远镜启用前夕，中青报·中青网记者来到位于海拔4200米的青海省海西蒙古族藏族自治州冷湖天文观测基地，进行实地探访。
戈壁滩上的望远镜
水是生命之源，可在这里，用水洗碗都成了奢侈。“洗碗多浪费水。”中国科学技术大学天文学系博士后宛振在打包饭菜时说。在山上，他们只能用塑料碗将就着。甚至，为避免浪费，有时几个人共用一个碗。
不仅水不便运输，想自己煮饭，也会因为高原沸点不足而无法做到。中国科学技术大学天文学系教授、墨子巡天望远镜总设计师孔旭在介绍基地时说，平时在基地值夜班的团队，都是从山下打包饭菜或携带速食产品上山。很长一段时间，科研人员的主食是泡面。
与这里的居住环境相配的是附近的无人区、戈壁滩。厕所在悬崖边由几个简易施工板搭建，走上去咯吱作响。悬崖外放眼望去便是无穷无尽的荒山。
“晚上根本不敢出门，甚至不敢下楼，太黑了。”宛振提起，之前在荒山上没有信号，科研人员们往往一“失联”就是一个月。
但是，孔旭却将这个外人眼中的苦寒之地视作一块宝地。他解释，到达望远镜的星光“穿透”地球大气时会受到影响，而海拔越高大气厚度越薄，观测条件越好。
“天文台修得越高越会有明显的优势。”他说。
墨子巡天望远镜“巡天”能力如何？中国科学院发布的数据显示，口径2.5米，采用国际先进的主焦光学系统设计和主镜主动光学矫正技术，墨子巡天望远镜可实现3度视场范围内均匀高像质和极低像场畸变成像，同时配备7.65亿像素大靶面主焦相机，具备大视场、高像质、宽波段的特点。能够每三个晚上巡测整个北天球一次，为北半球光学时域巡天能力最强设备。
中青报·中青网记者随孔旭来到墨子巡天望远镜天文台建筑内部参观。天文台内部主要分为观测控制室、设备控制室、设备调试间、休息室和望远镜圆顶等部分。
“我们会事先设计好观测计划，随后给望远镜下达指令。”在设备控制室中摆放着数台结构复杂的数据存储柜，孔旭介绍，在网络中断的环境下这里可以存储一个月的数据，而通过光纤传输至中国科学技术大学的数据可以存储20年或更长的时间。
“我们在圆顶里尽量减少所有热源和人造成的空气流动。”孔旭说，辅助设备间是平均气温只有2.6摄氏度的圆顶中“最暖和的地方”。
为了减少热量在空气中对流时对圆顶大气视宁度的影响，科学家们将发热设备、噪音设备集中存放在一个小隔间内，这也使得小隔间之外的工作空间更为寒冷。
台阶狭隘陡峭，走过这里，墨子巡天望远镜整体便呈现在眼前。随着长方形圆顶天窗的开启，一片天空显露在望远镜上方。

暗夜星空“守望者”：​走近墨子巡天望远镜及其青年团队

▲墨子巡天望远镜观测基地近景。中国科学院供图
“这是国内唯一的大靶面拼接相机。”孔旭介绍，“盖子”的开启角度为15到92度，开启后望远镜每30秒拍摄一张照片，随后根据下一个目标变换度数继续拍摄，“我们会尽可能做好观测策略，保证相邻两次拍摄的天区是相邻的，减少大范围转动望远镜造成观测时间的浪费。”
拍摄获得的数据，不仅可以用来开展时域天文研究，还可以探究暗物质。孔旭告诉记者，不同星系中的暗物质含量、分布可能不同，可以通过观测研究不同类型星系的特性来研究暗物质分布，并且通过这种方式了解暗物质的本质。
他以黑洞为例，对望远镜的功能进行说明。恒星等天体在被黑洞撕碎的过程中，黑洞周围会突然变亮，“与‘烧煤’相似，这是黑洞在‘烧’恒星”。孔旭表示，墨子巡天望远镜对大天区进行高频次拍摄，比较不同时间拍摄的图片，就可以记录下相应的过程。
石油小镇“变身”星空小镇
尽管条件艰苦，但在这里，能看到最干净的天空。
这得益于海西州政府于2023年1月1日起施行的《海西蒙古族藏族自治州冷湖天文观测环境保护条例》（以下简称“暗夜星空保护法”）。
“在没有建设天文观测基地时，只有200余人的冷湖镇区逐渐走向衰落。”冷湖科技创新产业园区管委会产业经协部负责人曹春林回忆。冷湖原来是由石油而兴的城市，后期由于石油战略的西移而没落下来，后在省科技厅及海西州委、州政府共同推动下与科研院所和高校联系，开展望远镜台址的遴选工作。
“当时已入驻观测基地的科研院所和高校都提出灯光保护的需求。”曹春林说。
为使望远镜拥有最好的天文观测环境，《冷湖天文观测基地总体发展规划》中规划建设的28个平台围合形成约40.3平方公里范围作为闭合区，向外延伸50公里作为暗夜星空保护的核心区域；从核心区向外50公里作为暗夜星空保护的缓冲区域。
曹春林说，政府条例出台后当地区域最明显的改变是，为保护现有的天文观测环境，政府对地处暗夜星空保护区内已有规划、还未动工或是刚动工的新能源项目重新选址，迁出核心区进行建设；同时对现有镇区内的室外灯光进行一定管控。
“我们对过亮的灯牌、墙壁外的灯带都提出了要求。”曹春林举例，为避免晚上灯光太亮，政府对灯的开关时间也做了相关要求，同时拆除部分灯牌。
记者发现，条例第九条提到，“冷湖天文观测环境暗夜保护核心区内，严格控制光源种类和亮度，所有户外固定夜间照明设施的照射方向应当低于水平线向下30度。”
“加装灯罩后只是把灯光聚集在所需要的照明范围之内，避免形成向上的光源，并不是不让存在任何照明光源。”对于此条规定，曹春林表示保护政策与当地居民的生活并不会相互制约，而是相互加分、相互促进的作用。同时正因为实施暗夜星空保护法之后拥有最优质的星空资源，冷湖镇被赋予了区别于其他地方的特点，不断吸引天文爱好者、游客来冷湖感受星空之美。
“如果有光污染，天空就会变亮。只有天幕背景足够黑，才能看到更暗的天体，更有利于观测。”曹春林解释。
据他介绍，当地“正在打造国际生态旅游目的地”，后期政府计划在天文台内3700米海拔处建设天文研学产业基地平台，开展民间研学科普活动，同时冷湖科创园区管委会在山下设立门禁系统，对天文观测者的参观访问启用网上预约登记，以此保证海拔3800米以上科研单位和高校的科研正常观测。

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▲墨子巡天望远镜观测基地远景。中国科学院供图
见证墨子巡天望远镜“从无到有”
29岁的宛振认为天文学是以数据驱动为主的学科，只有拥有数据才能“做学问”、培养科学家，不然都是纸上谈兵。
“我们有了自己的天文望远镜，首先数据方面得到了一定保证。”他说。
在墨子巡天望远镜相关项目中，宛振主要参与的工作是根据观测结果从原始图像中提取科学数据，这也是他认为自己在跟随导师学习中收获最大的地方。
“以前我们是拿到处理后的数据进行研究，现在需要我们自己去‘找’数据。”宛振一开始对数据处理并不了解，在操作中他发现，从望远镜拍摄的原始图像到能进行研究的科学图像中间，有一系列复杂的处理分析过程。
宛振以“相机”为例：一般的照相机拍出的图像与实物相比，肉眼并不能看到很大差别，但在科学领域中，需要减少误差、尽可能精确测量每一个天体的位置和亮度。墨子巡天望远镜相当于“相机”，而宛振的工作就是校正相机成像图片与天体实际位置和亮度之间的误差。
通过实践，宛振发现以前研究时直接拿到的观测数据，原来如此来之不易。
与宛振同行的还有32岁的中国科学技术大学天文学系博士后李旭志。他目前参与研究的是与墨子巡天望远镜相互配合的光谱望远镜。
“测光可以简单理解为‘拍照片’。”李旭志说。测光是在一定频率范围内把所有的光子全部接收进来，对总亮度进行研究；而光谱是分别测量每个频率处的光子数。“每个频率处的亮度都不一样”。
从2016年起，李旭志便对天文学产生了兴趣。2021年他得知墨子巡天望远镜基地建设的消息后，主动联系中国科学技术大学天文系副教授朱青峰，随后参与到墨子巡天望远镜项目的研究中。
相比于墨子巡天望远镜单一的测光功能，光谱望远镜的建设使得相关科学问题考量更加全面，与墨子巡天望远镜“互补”。
“我最大的收获是见证到望远镜从无到有的过程。”李旭志表示，之前的观测都是直接使用现成的望远镜，这是他第一次真正参与到望远镜的建设过程，这也让他有所收获。“我们每周都会开会，介绍望远镜的建设进程。”
李旭志观察到，之前的天文学系偏理论方面的研究人员较多，做技术方面工作的研究人员较少，“墨子巡天望远镜的建设让人才体系更加全面了”。同时，在天文台进行天文观测、实际操作，都有专门的运维团队负责，随后将观测原始图像传到数据处理团队，再交由科学团队对数据处理结果进行分析。
“从一开始的设想到最终实现的过程，就像看着小孩一步一步长大。”朱青峰感慨。“这是国家综合实力变强的一种体现。”他在采访最后说。

暗夜星空“守望者”：​走近墨子巡天望远镜及其青年团队

来源：中国青年报（2023-09-25 08版）

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