天文學家與居民搶"聖山" 最牛光學望遠鏡建設遇阻

2019年08月15日 来源:新浪新闻

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  原標題:最牛光學望遠鏡建設遇阻,天文學家與夏威夷原住民搶“聖山”

莫納克亞山天文台群 IC 圖莫納克亞山天文台群 IC 圖

  就在前一陣子,一位夏威夷原住民活動家在路中央躺了整整11個小時,目的是阻止科學家興建一台新的大型望遠鏡——30米望遠鏡(Thirty Meter Telescope,TMT)。

  這台望遠鏡的主鏡直徑為30米,是目前全球最大可見光望遠鏡的三倍。它將使天文學家看得更深、更遠、更清晰。

  一台肩負重大科學使命的望遠鏡為何頻頻被攔截?如果TMT的興建一直推遲將帶來哪些影響?

  “下一個時代的主宰”卻屢遭推遲

  TMT是一台地基、光學—紅外的望遠鏡,其台址選定於夏威夷莫納克亞山。“TMT將是開創望遠鏡下一個時代並主宰未來數十年光學天文觀測的望遠鏡之一。”中科院國家天文台副研究員、TMT項目組成員沈誌俠告訴科技日報記者。

  TMT主要在光學和紅外波段工作,它和另外兩台下一代30米級望遠鏡都是國際合作的產物。TMT建設各方包括美國加州大學、加州理工學院、日本國立天文台、中科院國家天文台、印度科技部和加拿大國家研究委員會等。我國有十餘家科研院所和大學參與研發。

  “由於TMT是光學望遠鏡,其鏡麵加工精度要達到10-7米,相當於一根頭發絲直徑的百分之一,建設難度非常大,計劃經費是14億美元。”沈誌俠說。

  “這樣拖延下去,時間、精力和經費成本都會相應增加。而TMT的興建意義深遠,科學家們都希望能早點用上,以實現相應的科學目標。”中科院上海天文台研究員劉慶會對抗議行為頗感無奈。

  “另外,TMT是一個國際合作項目。拖延時間太長,可能導致某些國家中途退出。至少,參與TMT建設的國家都希望順利建成並盡快投入使用。”劉慶會說。

  實際上,莫納克亞山是科學家在全球經過5年尋覓才定下的理想場地。然而,抗議活動已使TMT的建設推遲了5年。盡管夏威夷最高法院已裁定TMT的建設合法,並且頒發了許可證,還幫助建設望遠鏡的公司加快恢複其努力成果。但反對者的行動讓TMT的建設舉步維艱。

  為何莫納克亞山是最優選擇

  劉慶會稱:“天文學家希望TMT能幫助他們研究宇宙大爆炸後宇宙中最早的時刻,以及識別太陽係外的更多行星。”

  但根據夏威夷大學的說法,古代夏威夷人認為,隻允許最高級別的酋長和牧師長途跋涉至莫納克亞山頂。“反對者認為,莫納克亞山是‘聖山’,在其山頂興建望遠鏡是讓‘聖山’蒙羞。”

  既然多番受阻,為何還要堅持在莫納克亞山興建TMT呢?據報道,莫納克亞山海拔4000多米,空氣清澈,光汙染少,是世界上研究天文的最佳地點之一。截至目前,莫納克亞山頂坐落著13台正在工作的望遠鏡,國際著名的8—10米級望遠鏡中,有4台就坐落於此,其中包括美國8.1米的北半球雙子座、日本的8.3米昴星團等望遠鏡。

  莫納克亞山覆蓋著類似火星表麵的紅色土壤,幾乎找不到任何植被。來自太平洋的反氣旋在莫納克亞山海拔2000米的半山腰生成了一個近似“空氣牆”的逆溫層,阻隔了低海拔空氣、水汽以及塵埃向高海拔的運動,保證了山頂異常優良的視寧度和大氣結構。

  劉慶會提到,莫納克亞山頂上方的雲量以高空卷雲為主,總體雲量的情況相對通常的大陸型台址要好很多。

  2018年一項獨立民意調查表明,72%的夏威夷原住民(僅限登記選民)支持修建TMT,23%反對,3%不確定。“隻不過支持者往往是沉默的,他們的聲音遠比不過反對者的熱鬧與喧囂。”國家天文台副研究員、TMT項目組成員馮麓坦言,倘若夏威夷的建設環境得不到改善,與其陷入漫長的僵持,不如更換台址。

  西班牙拉帕爾馬島是TMT第一備選台址。“拉帕爾馬島的晴夜數、視寧度等多個最重要的台址參數與莫納克亞山不相上下,主要的缺點在於低海拔水汽含量較高,會影響中紅外目標的觀測。”沈誌俠告訴記者,拉帕爾馬島每年可能有1—2周發生沙塵暴,影響觀測時間。

  而且,觀測地址發生改變也意味著TMT的設計需要做出一定調整。“莫納克亞山當前仍是TMT國際天文台的首選。”沈誌俠說。

  緯度和雲量是台址選擇關鍵

  望遠鏡的選址並非易事,通常需要花費好幾年的時間。馮麓表示,在建望遠鏡之前,科學家首先要分析,自己想要看什麽,以及現在的望遠鏡能不能看到。看不到的話,應該造一個什麽樣的望遠鏡?

  當望遠鏡類型確定後,就要考慮給它“安家”。就像找房子需要列出一二三項,望遠鏡的選址不是拍拍腦袋的事。馮麓說:“台址要能幫助望遠鏡做到三條,一是看得見,二是看得深,三是看得更清晰。越遠的天體越暗弱,能否看到這些天體,取決於望遠鏡及其台址的綜合能力。”

  而對於夜天文的光學紅外望遠鏡,台址的緯度和雲量是關鍵。

  從緯度上看,天文台台址最明顯的差別是南北半球之分。在地球上,我們其實是“歪”著看向銀河係中心的。“這個朝向使得在南半球所對應的南天可以看到更多銀河係內的天體,尤其是更多的恒星。而在北半球對應的北天,可以看到的銀河係內的天體相比南天要少。但由於銀河係造成的遮擋相對更少,借助望遠鏡就可以看到銀河係外天體。”馮麓解釋道。

  從雲量上看,台址所在區域的天頂雲量越少,望遠鏡的觀測條件越好。“台址的晴夜數大致決定了望遠鏡正常工作一年能實際觀測的時間。”劉慶會表示,大氣中的水汽含量多會影響望遠鏡的觀測,所以一個優良的光學紅外天文台址通常選在幹旱、高海拔、少植被的地區。

  “天光背景暗、空氣稀薄寧靜、水汽少、晴夜數多,是一個優良光學紅外望遠鏡需要滿足的條件。”劉慶會總結道,這也是世界上最好的光學望遠鏡選在莫納克亞山和阿塔卡瑪沙漠的原因。

  需要注意的是,由於人類活動會造成空氣中存在大量灰塵、汙染物,以及人為光造成的光汙染,光學紅外望遠鏡通常在遠離人口密集區域的地方。

  “不過,不能太偏僻,要有一定的基礎設施條件,否則建設和運維成本較大。”劉慶會表示。

  “此外,不同類型的望遠鏡對台址的要求會有差別,比如光學望遠鏡注重大氣條件,射電望遠鏡則需要避免無線電幹擾,還有些波段的觀測隻能在太空中進行。總而言之,望遠鏡選址是一件十分複雜的事情。”沈誌俠說。

  幾位專家均表示,希望TMT能盡快開工。

  來源:科技日報

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