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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(yuǎn)鏡。 本網(wǎng)資料庫圖

空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測網(wǎng)(子午工程二期)圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡。 四川日報記者 何海洋 攝

近觀太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡。 本網(wǎng)資料庫圖

圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡一角。 本網(wǎng)資料庫圖

高海拔宇宙線觀測站(LHAASO)

空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測網(wǎng)(子午工程二期)圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡

2.5米大視場高分辨率太陽望遠(yuǎn)鏡(WeHoST)

◎四川日報記者 文露敏

西南交通大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)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(diǎn)上的監(jiān)測數(shù)據(jù),以及與施工單位對接的觀測平臺設(shè)計方案。待大批天文望遠(yuǎn)鏡“集結(jié)”,無名山將成為國內(nèi)最重要的高海拔天文臺址之一。

如果說將遍布天文光學(xué)儀器的無名山還在“孕育”中,那么海子山的“拉索”已經(jīng)開始追逐宇宙線的蹤跡了,而稻城縣城西邊的噶通鎮(zhèn)則憑借“千眼天珠”圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡正監(jiān)測著太陽“打噴嚏”……一時間,這座曾經(jīng)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(zhì)

進(jìn)入稻城的科研人員,總會提到劉煜。12年前,他率領(lǐng)的中國太陽西部選址隊,在天文觀測領(lǐng)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(jìn)入中國科學(xué)院云南天文臺工作。當(dāng)時,國內(nèi)的一些太陽觀測基地,參數(shù)質(zhì)量離下一代望遠(yuǎn)鏡的址點(diǎn)要求仍有差距。在此之前的2003年,國家天文臺已經(jīng)部署并啟動了重大科研計劃——中國西部天文戰(zhàn)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(yuǎn)鏡的一流址點(diǎn)。

作為選址隊隊長,在遠(yuǎn)程調(diào)研階段,稻城就進(jìn)入了劉煜的視野之中:當(dāng)?shù)厍缣鞌?shù)、晴夜數(shù)、大氣視寧度、透明度等關(guān)鍵參數(shù)都能滿足天文觀測的需求。2011年,從昆明出發(fā),劉煜一行人繞了一個大圈,從云南香格里拉進(jìn)入甘孜。越野車駛?cè)氲境菚r,正值初秋。當(dāng)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(shè)數(shù)量可觀的、滿足不同需求的望遠(yuǎn)鏡設(shè)施。

從無名山向遠(yuǎn)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?shù)姆e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(wěn)定的大氣層,使得這里數(shù)以萬計的星星甚至不會忽明忽暗地‘眨眼睛’。”周邊極低的人口密度,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(fù)踏勘之后,好印象愈發(fā)強(qiáng)烈——同期比照的西藏阿里地區(qū),距離最近的鄉(xiāng)鎮(zhèn)海拔太高,不適合科研人員長期生活,而云南的部分地區(qū),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(lǐng)域,這樣的好消息總是傳得很快。“在劉煜的推薦下,我們也鎖定了大香格里拉區(qū)域,進(jìn)行高海拔宇宙線觀測站‘拉索’的選址?!薄袄鳌笔紫茖W(xué)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(xué)天文觀測一樣,還需要非常優(yōu)秀的大氣積分水汽含量和光污染環(huán)境指標(biāo),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(fù)責(zé)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(qū)海子山區(qū)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(shè)立了天文野外選址監(jiān)測站。同年,中國科學(xué)院與四川省人民政府簽署框架協(xié)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(dāng)項目啟動建設(shè),陳明君從北京出發(fā),第一次來到稻城。布設(shè)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(shè)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(qū)域,不同山頭之間的視寧度也可能有很大差異,因此需要謹(jǐn)慎、持續(xù)的監(jiān)測和考察,有時,這一過程將持續(xù)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(kuò)大

集群發(fā)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(xué)成果——探測到人類迄今為止最高能量光子,測定了標(biāo)準(zhǔn)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(xué)物理學(xué)院教授馬伯強(qiáng)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(fā)的2000多秒,是真正意義上的天賜良機(jī)。”

這是一個“看天吃飯”的行當(dāng),在項目建設(shè)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(yù)想當(dāng)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(wù)經(jīng)常需要在下班后,拎起箱子直奔首都機(jī)場前往成都,在雙流機(jī)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(shè)過程中,四川各級地方政府高度重視與支持。其中,四川省發(fā)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(jìn)入科學(xué)運(yùn)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(xiàn)在的稻城已經(jīng)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(zhǔn)開始建設(shè),同一年,四川省政府為圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡配套的地方項目獲批并開始建設(shè)。

“我們尤其看重大科學(xué)裝置的集聚。這意味著,項目落地必需的各項流程,已經(jīng)磨合出了成熟的路徑?!敝锌圃簢铱臻g科學(xué)中心亞丁臺站執(zhí)行站長吳俊偉表示??v觀世界著名的天文設(shè)施集群發(fā)展,以空間集聚和學(xué)科關(guān)聯(lián)為導(dǎo)向進(jìn)行布局是一大特征。

去年底,圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡項目設(shè)備完成系統(tǒng)集成,正式進(jìn)入聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段。同時,他們也決定復(fù)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(jìn)行觀測陣列的維護(hù)工作。到了晚上,他跑到圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡處,和吳俊偉一起鼓搗攝影設(shè)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(kuò)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(xué)集群,這也為集中布局、獲得地方支持提供了基礎(chǔ)。2021年11月,甘孜州稻城高海拔天文科學(xué)中心成立,意在服務(wù)大科學(xué)裝置項目落地及相關(guān)專家、天文科技普及工作和地方“科技+旅游”產(chǎn)業(yè)發(fā)展?!皺C(jī)構(gòu)的設(shè)立,是為了讓科研人員能把更多精力放在科學(xué)研究上?!钡境歉吆0翁煳目茖W(xué)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(shè)施相互配合、相互補(bǔ)充,為開展大氣、環(huán)境、空間天氣等多種形式的前沿科學(xué)交叉研究提供實(shí)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(yuǎn)鏡“2.5米大視場高分辨率太陽望遠(yuǎn)鏡”正式敲定落戶稻城。項目負(fù)責(zé)人、南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)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(diǎn)。負(fù)責(zé)望遠(yuǎn)鏡自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)研制的中國科學(xué)院光電技術(shù)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(dú)厚的自然條件,大家還看重一些‘科技硬指標(biāo)’。”白云翔列舉,比如,周邊經(jīng)濟(jì)狀況、學(xué)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(xué)裝置的可持續(xù)發(fā)展。

前不久,曹臻赴中科院國家空間科學(xué)中心開展了學(xué)術(shù)交流。未來,兩個“觀天神器”有望在空間天氣領(lǐng)域展開一系列合作。而西南交通大學(xué)的研究團(tuán)隊,也在依托“拉索”的數(shù)據(jù)開展雷暴相關(guān)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(dāng)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(jīng)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(fā)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(lǐng)域重大未解之謎的必經(jīng)之路,在沒有日冕儀的情況下,研究人員只能在發(fā)生日全食的時段展開觀測。當(dāng)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(fèi),稻城確實(shí)是一個優(yōu)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(huán)境。

在一次聊天中,中國科學(xué)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(jì)90年代初,在為一個射電天文學(xué)臺站選址時,他們曾經(jīng)騎著毛驢翻山越嶺進(jìn)入過稻城,但當(dāng)時這里的交通、后勤等條件遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如其他地區(qū),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(fā)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(chuàng)新高地已慢慢崛起?!澳壳埃境翘煳脑O(shè)施集群已經(jīng)初具規(guī)模?!笔“l(fā)展改革委創(chuàng)新高技術(shù)處處長易成波表示,四川支持天文觀測設(shè)施在稻城落地建設(shè),加快打造世界一流的天文觀測基地。

省發(fā)展改革委成立創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展中心,把服務(wù)支撐重大科技基礎(chǔ)設(shè)施作為一項重點(diǎn)工作。省創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展中心主任繆建忠表示,“中心將為科學(xué)家搭建公共交流平臺,努力服務(wù)好稻城天文科學(xué)園建設(shè)。”此外,為推動更多天文科研機(jī)構(gòu)和專家團(tuán)隊以“拎包入住”的方式進(jìn)駐稻城,甘孜州還將統(tǒng)籌考慮各類天文觀測設(shè)施科研運(yùn)維需求,整體規(guī)劃建設(shè)稻城綜合運(yùn)維保障基地,完善供氧、供電、信息等設(shè)施,提供全方位服務(wù)。

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(shí)地。

2月,高原上的風(fēng)聲依舊呼嘯。在陳明君看來,稻城的風(fēng)是“有形”的——當(dāng)他劃船進(jìn)入水切倫科夫探測器“大棚”內(nèi)部進(jìn)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(fēng)中,2.5米大視場高分辨率太陽望遠(yuǎn)鏡項目團(tuán)隊成員正在無名山上進(jìn)行臺址考察工作,以確保望遠(yuǎn)鏡建造在最合適的地點(diǎn)。

“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(fā)研究的丁明德介紹,到那時,國際大型太陽望遠(yuǎn)鏡將集中在三個不同時區(qū):美國的夏威夷群島、歐洲加那利群島,以及中國的西部地區(qū)。人類將在24小時內(nèi),完整地觀看到太陽的每個細(xì)節(jié)。

丁明德說,天文觀測有一定的偶然性,需要好時機(jī)、好天氣,同時在盡全力確保設(shè)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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