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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(yáng)光下的太陽(yáng)射電成像望遠鏡。 本網(wǎng)資料庫圖

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

近觀(guān)太陽(yáng)射電成像望遠鏡。 本網(wǎng)資料庫圖

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

高海拔宇宙線(xiàn)觀(guān)測站(LHAASO)

空間環(huán)境地基綜合監測網(wǎng)(子午工程二期)圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠鏡

2.5米大視場(chǎng)高分辨率太陽(yáng)望遠鏡(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(jiǎn),最重要的東西,是無(wú)名山觀(guān)測點(diǎn)上的監測數據,以及與施工單位對接的觀(guān)測平臺設計方案。待大批天文望遠鏡“集結”,無(wú)名山將成為國內最重要的高海拔天文臺址之一。

如果說(shuō)將遍布天文光學(xué)儀器的無(wú)名山還在“孕育”中,那么海子山的“拉索”已經(jīng)開(kāi)始追逐宇宙線(xiàn)的蹤跡了,而稻城縣城西邊的噶通鎮則憑借“千眼天珠”圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠鏡正監測著(zhù)太陽(yáng)“打噴嚏”……一時(shí)間,這座曾經(jīng)的旅游小城,迎來(lái)“大國重器”的“扎堆”。

在眾多科研人員看來(lái),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(guān)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(huì )提到劉煜。12年前,他率領(lǐng)的中國太陽(yáng)西部選址隊,在天文觀(guān)測領(lǐng)域第一次“叩”開(kāi)了稻城的門(mén)。

2008年,從事太陽(yáng)物理研究的劉煜進(jìn)入中國科學(xué)院云南天文臺工作。當時(shí),國內的一些太陽(yáng)觀(guān)測基地,參數質(zhì)量離下一代望遠鏡的址點(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(dòng)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(yáng)西部選址隊,正是為了尋找適合下一代巨型太陽(yáng)望遠鏡的一流址點(diǎn)。

作為選址隊隊長(cháng),在遠程調研階段,稻城就進(jìn)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(guān)鍵參數都能滿(mǎn)足天文觀(guān)測的需求。2011年,從昆明出發(fā),劉煜一行人繞了一個(gè)大圈,從云南香格里拉進(jìn)入甘孜。越野車(chē)駛入稻城時(shí),正值初秋。當車(chē)翻上離縣城20多公里的無(wú)名山頭,他看到,與很多高原地帶不同,這里的一個(gè)山包連著(zhù)一個(gè)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。”這意味著(zhù),此處能夠架設數量可觀(guān)的、滿(mǎn)足不同需求的望遠鏡設施。

從無(wú)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(shí)候,山頂的積雪泛著(zhù)令人炫目的銀光。這說(shuō)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(zhù)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(wàn)計的星星甚至不會(huì )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(huì )影響夜天文觀(guān)測工作。

自此之后,劉煜每隔一個(gè)月或兩個(gè)月都會(huì )到稻城走一遭。反復踏勘之后,好印象愈發(fā)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(cháng)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(guān)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域,進(jìn)行高海拔宇宙線(xiàn)觀(guān)測站‘拉索’的選址。”“拉索”首席科學(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(kāi)始,同樣跑遍了藏、滇、青各個(gè)省份。

宇宙線(xiàn)觀(guān)測需要高海拔,盡量降低大氣層的影響,同時(shí)與光學(xué)天文觀(guān)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,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(wàn)噸水的水池,以安裝3120個(gè)探測單元。“因此,水源也是必需的要素,而且要非常潔凈。”水切倫科夫探測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(wú)名山上設立了天文野外選址監測站。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(xiàn)觀(guān)測站“拉索”,正式落戶(hù)稻城。

三年后,當項目啟動(dòng)建設,陳明君從北京出發(fā),第一次來(lái)到稻城。布設水切倫科夫探測器陣列的位置在場(chǎng)地正中央,還在高反期的陳明君,興奮地在未來(lái)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(gè)觀(guān)測設施,往往是一代人的心血。因為在選址階段,“一見(jiàn)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(shí),這一過(guò)程將持續5年,甚至10年,更重要的是,等待不要緊,千萬(wàn)“不能盲目上馬,會(huì )耽誤一代人”。

山上的“朋友圈”逐漸擴大

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(lèi)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(xiàn)暴……不斷刷新了世界級的觀(guān)測記錄。

談及去年探測到的伽馬射線(xiàn)暴,北京大學(xué)物理學(xué)院教授馬伯強用“千年一遇”來(lái)形容:“這得益于‘拉索’的全時(shí)開(kāi)放,鎖定到了伽馬射線(xiàn)暴爆發(fā)的2000多秒,是真正意義上的天賜良機。”

這是一個(gè)“看天吃飯”的行當,在項目建設階段,只有不斷搶時(shí)間,才能盡量不與“宇宙的饋贈”擦肩而過(guò)。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。”

那 段 時(shí)間,“拉索”工程辦主任白云翔辦公室里隨時(shí)放著(zhù)一個(gè)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場(chǎng)前往成都,在雙流機場(chǎng)邊的酒店睡上4個(gè)小時(shí),又起床趕一早飛往稻城的航班。

所幸,在建設過(guò)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(huì )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)運行階段。如果說(shuō)十多年前太陽(yáng)西部選址隊是一步步鎖定稻城的,那么現在的稻城已經(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開(kāi)始建設,同一年,四川省政府為圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠鏡配套的地方項目獲批并開(kāi)始建設。

“我們尤其看重大科學(xué)裝置的集聚。這意味著(zhù),項目落地必需的各項流程,已經(jīng)磨合出了成熟的路徑。”中科院國家空間科學(xué)中心亞丁臺站執行站長(cháng)吳俊偉表示。縱觀(guān)世界著(zhù)名的天文設施集群發(fā)展,以空間集聚和學(xué)科關(guān)聯(lián)為導向進(jìn)行布局是一大特征。

去年底,圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠鏡項目設備完成系統集成,正式進(jìn)入聯(lián)調聯(lián)試階段。同時(shí),他們也決定復制“拉索”“山上的觀(guān)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(guān)測陣列的維護工作。到了晚上,他跑到圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠鏡處,和吳俊偉一起鼓搗攝影設備,看如何以?huà)伱嫣炀€(xiàn)為前景,把流星雨拍得更美。閑暇時(shí),陳明君最?lèi)?ài)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(xué)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(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(zhuān)家、天文科技普及工作和地方“科技+旅游”產(chǎn)業(yè)發(fā)展。“機構的設立,是為了讓科研人員能把更多精力放在科學(xué)研究上。”稻城高海拔天文科學(xué)中心主任汪洋表示,稻城正集中力量打造天文科研高地,眾多設施相互配合、相互補充,為開(kāi)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(chēng)太陽(yáng)望遠鏡“2.5米大視場(chǎng)高分辨率太陽(yáng)望遠鏡”正式敲定落戶(hù)稻城。項目負責人、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)。負責望遠鏡自適應光學(xué)系統研制的中國科學(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”。

“除了得天獨厚的自然條件,大家還看重一些‘科技硬指標’。”白云翔列舉,比如,周邊經(jīng)濟狀況、學(xué)科布局情況以及國際開(kāi)放程度等,綜合來(lái)看,四川顯然是“首選”,能夠支撐大科學(xué)裝置的可持續發(fā)展。

前不久,曹臻赴中科院國家空間科學(xué)中心開(kāi)展了學(xué)術(shù)交流。未來(lái),兩個(gè)“觀(guān)天神器”有望在空間天氣領(lǐng)域展開(kāi)一系列合作。而西南交通大學(xué)的研究團隊,也在依托“拉索”的數據開(kāi)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(shí),縣城只有一條正街,吃早飯的地方都很少。在當時(shí),“稻城”對很多科研工作者而言還是一個(gè)陌生的名字。“真沒(méi)太多了解。”吳俊偉2021年來(lái)到稻城時(shí),完全沒(méi)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(wú)名山上,我國自主研發(fā)的日冕儀成功觀(guān)測到白光日冕信號。研究日冕是解決太陽(yáng)物理領(lǐng)域重大未解之謎的必經(jīng)之路,在沒(méi)有日冕儀的情況下,研究人員只能在發(fā)生日全食的時(shí)段展開(kāi)觀(guān)測。當看到閃爍著(zhù)銀色光暈的白光日冕像時(shí),劉煜難掩心中的激動(dòng)——這說(shuō)明,多年的尋找沒(méi)有白費,稻城確實(shí)是一個(gè)優(yōu)良的天文臺址,具備開(kāi)展高水平太陽(yáng)物理觀(guān)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(cháng)楊戟曾與劉煜分享過(guò)這樣一個(gè)故事:上個(gè)世紀90年代初,在為一個(gè)射電天文學(xué)臺站選址時(shí),他們曾經(jīng)騎著(zhù)毛驢翻山越嶺進(jìn)入過(guò)稻城,但當時(shí)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(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(wú)名山、波瓦山,世界一流的天文科技創(chuàng )新高地已慢慢崛起。“目前,稻城天文設施集群已經(jīng)初具規模。”省發(fā)展改革委創(chuàng )新高技術(shù)處處長(cháng)易成波表示,四川支持天文觀(guān)測設施在稻城落地建設,加快打造世界一流的天文觀(guān)測基地。

省發(fā)展改革委成立創(chuàng )新驅動(dòng)發(fā)展中心,把服務(wù)支撐重大科技基礎設施作為一項重點(diǎn)工作。省創(chuàng )新驅動(dòng)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。”此外,為推動(dòng)更多天文科研機構和專(zhuān)家團隊以“拎包入住”的方式進(jìn)駐稻城,甘孜州還將統籌考慮各類(lèi)天文觀(guān)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(wù)。

在白云翔的辦公室里,掛著(zhù)一幅書(shū)法作品:“仰觀(guān)宇宙之大,俯察品類(lèi)之盛。”這是“拉索”正式落地稻城后,他的妻子書(shū)就的,也代表著(zhù)眾多科研工作者的心聲——仰望星空,同時(shí)腳踏實(shí)地。

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

“最晚2023年底動(dòng)工,2026年全部建成并投入觀(guān)測。”從事30多年太陽(yáng)爆發(fā)研究的丁明德介紹,到那時(shí),國際大型太陽(yáng)望遠鏡將集中在三個(gè)不同時(shí)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(lèi)將在24小時(shí)內,完整地觀(guān)看到太陽(yáng)的每個(gè)細節。

丁明德說(shuō),天文觀(guān)測有一定的偶然性,需要好時(shí)機、好天氣,同時(shí)在盡全力確保設備萬(wàn)無(wú)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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