幻響未來全球追光①丨海拔4200米，探訪北半球“最強”巡天望遠鏡：看中國天文與浩瀚宇宙的時空對話

10月18日至22日，第81屆世界科幻大會將在成都舉辦。在距離大會開幕不足30天之際，紅星新聞、每日經(jīng)濟新聞聯(lián)合啟動“幻響未來，全球追光”大型融媒體采訪報道。特別報道組記者將奔赴全球五大洲探訪科技科幻地標(biāo)，對話院士專家、科技企業(yè)，追尋科幻轉(zhuǎn)換為現(xiàn)實背后人類不同文明所共同擁有的科技與夢想之光。

今天，我們帶你攀上海拔4200米的青海冷湖賽什騰山，探訪近日剛剛正式投入觀測的北半球“最強”巡天望遠鏡——墨子巡天望遠鏡，領(lǐng)略中國天文與浩瀚星空的時空對話。

星空下的冷湖天文觀測基地（張程 攝）

近日，中國天文學(xué)界迎來一件喜事。

9月17日，來自中國科學(xué)院、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、深空探測實驗室等科研院所近百名專家和學(xué)者，穿越七百余里的戈壁和沙漠，登上冷湖賽什騰山海拔4200米處。幾名天文學(xué)家已白發(fā)蒼蒼，也堅持帶著氧氣瓶，趕到這個小草都難以存活的地方。

“墨子巡天望遠鏡首光儀式暨科學(xué)戰(zhàn)略研討會”，紅底黃字的橫幅，掛在望遠鏡巨大的圓頂外圍。

5年前，這里荒無人煙；5年來，43臺天文望遠鏡在這里如火如荼地建設(shè)和研制，“墨子”是其中第一臺正式投入觀測的大型天文望遠鏡，這將使我國時域天文研究能力達到國際先進水平。

首光儀式上，中國科學(xué)院副院長、國家天文臺臺長常進院士與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)校長包信和院士共同揭開紅布，映入人們眼簾的，是墨子巡天望遠鏡試觀測階段拍攝的一張仙女座星系照片——兩個小時后，這張照片傳遍互聯(lián)網(wǎng)。

公元前5世紀(jì)，墨子就曾做過小孔成像實驗，發(fā)現(xiàn)了光直線傳播的規(guī)律。他在光學(xué)、幾何學(xué)、物理學(xué)等方面的突出成就，讓他被當(dāng)代中國科學(xué)家奉為“祖師爺”。墨子巡天望遠鏡的名字，便是穿越千年的致敬。

墨子巡天望遠鏡拍攝的仙女座星系

墨子的“第一個夜晚”

一架天文望遠鏡往往要花費幾年甚至數(shù)十年的時間進行調(diào)試，不斷優(yōu)化性能。一如千年前墨子所言：甘瓜苦蒂，天下物無全美。

9月18日下午5點半，紅星新聞記者來到冷湖鎮(zhèn)一家酒店門口，與幾名青年天文工作者匯合。17日首光儀式當(dāng)晚天氣狀況不佳，他們沒有進行觀測，而這天天氣晴朗，經(jīng)過兩個月試觀測的“墨子”將正式開工。

一行8人分乘一輛皮卡車和一輛SUV，趕往賽什騰山上的冷湖天文觀測基地。皮卡車貨箱里裝著幾大袋方便面、自熱米飯和水果，那是深夜里的補給。星星只在晚上出現(xiàn)，通宵達旦自然是天文觀測工作的常態(tài)。

從鎮(zhèn)上到觀測基地，車程約84公里。車窗外，一望無際的戈壁灘蔓延至天邊，數(shù)千萬年風(fēng)蝕雕刻出奇絕陡峭的雅丹土堡點綴其間，更遠處祁連山余脈的積雪在云霧中若影若現(xiàn)。視野里幾乎看不到任何活物，只有賽什騰山下有一小片枯黃稀松的草場。沿盤山公路而上，不知道拐了多少個彎，豁然看到佇立在各個山頭的天文望遠鏡。

墨子巡天望遠鏡

墨子巡天望遠鏡位于海拔4200米處，被一座通體白色的圓拱形建筑包裹。操控室深入地下約5米，室內(nèi)的長桌上擺有幾臺電腦，控制著樓上圓頂里望遠鏡的運行。晚7點，參加當(dāng)晚觀測工作的10名天文工作者各就各位，操控室里10余塊屏幕實時顯示著望遠鏡拍攝的畫面和各項變化的數(shù)據(jù)，繁忙的調(diào)試工作隨即開始：機架俯仰編碼器可靠性測試、主焦端六維調(diào)整機構(gòu)低俯仰角重復(fù)定位精度測試、TCS(望遠鏡本體控制系統(tǒng))更新……

工程師顏昆摸黑走進樓上的圓頂，這里放置著三層樓高的“墨子”。他一邊檢查和調(diào)試，時而拿起對講機和樓下執(zhí)行當(dāng)晚科學(xué)觀測任務(wù)的蔣凝博士等人溝通。時間來到晚9點，對講機傳來蔣凝和學(xué)生林哲宇說話的聲音：

“我主要想確認(rèn)天暗了嗎？”

“（晚）九點了，可以拍星了。”

“好，就拍那個北黃極。”

顏昆在操控室里

此刻，夜幕低垂，群星灑向無垠天幕，銀河如一條流動的絲帶，在賽什騰山上空演繹著永恒的舞蹈。天窗已打開，墨子巡天望遠鏡指向夜空。銀河帶著群星向西移動，圓頂隨著觀測方位的調(diào)整而旋轉(zhuǎn)，偶爾發(fā)出轟隆隆的低鳴。隨著時間推移，電腦屏幕上出現(xiàn)數(shù)百張長條形的星空圖像，但隨動程序（圓頂與望遠鏡同步移動的功能）一度出現(xiàn)未知的bug，導(dǎo)致跟丟拍攝目標(biāo)，大伙兒花了20多分鐘才解決。

緊張的調(diào)試工作

“墨子”正式開工后的第一夜，是不斷出現(xiàn)故障，又不斷嘗試解決的一夜。每當(dāng)故障出現(xiàn)，操控室里大伙一邊更改程序指令，一邊激烈討論。而每當(dāng)指令運行穩(wěn)定或故障解決，又會響起幾句“太牛了！”在現(xiàn)場參與調(diào)試工作的墨子巡天望遠鏡本體副總設(shè)計師張程女士告訴記者，一架天文望遠鏡往往要花費幾年甚至數(shù)十年的時間進行調(diào)試，不斷優(yōu)化性能。一如千年前墨子所言：甘瓜苦蒂，天下物無全美。

緊張的調(diào)試工作，一直進行到19日凌晨3點多，觀測室才漸漸安靜下來。忙碌之余，林哲宇打開手機刷了刷足球新聞，蔣凝和幾名工程師閉目養(yǎng)神。另一名工程師李生學(xué)撐著惺忪的雙眼，為監(jiān)視天氣裝框的相機錄制的星空畫面渲染上延時特效：鏡像里，滿天繁星隨著地球的自轉(zhuǎn)，勾勒出一幅梵高風(fēng)格的“油畫”。

早晨7點，一行人下山回到宿舍時，天已透亮。

墨子巡天望遠鏡錄制的星空延時畫面，宛如梵高的油畫

懸崖上的廁所

山上沒有水和食物，他們要帶著大批水和方便食品上山。而更困難是，山上至今缺少完善的廁所，只有一個架在懸崖上的旱廁。

2020年，李生學(xué)大學(xué)畢業(yè)后回到青海，去了德令哈市郊區(qū)的中國科學(xué)院紫金山天文臺青海觀測站。三年前，他的首選是去廈門，那是大城市，有山有水。而青海的工作選擇相對較少，在他看來，他自己的專業(yè)和天文科學(xué)不對口，“我的專業(yè)能給望遠鏡提供技術(shù)支撐，和科學(xué)研究是不沾邊的。”

在德令哈，李生學(xué)為一臺13.7米射電望遠鏡做運行維護，那個望遠鏡像是人類的“耳朵”，“聆聽”來自遙遠天體的信號，他每天和電子元器件、設(shè)備和數(shù)據(jù)打交道，再把獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)交給科學(xué)組的同事處理。他并不能通過望遠鏡直觀地看到宇宙，這多少顯得有些枯燥。

這幾年，國內(nèi)諸多光學(xué)望遠鏡逐步向觀測條件更優(yōu)異的冷湖轉(zhuǎn)移。今年7月28日，李生學(xué)也轉(zhuǎn)移了過來，彼時，墨子巡天望遠鏡的本體正從成都拉往賽什騰山上，他和另外5名同事組成的運維團隊，將成為墨子巡天望遠鏡的“保護者”和“操控者”。

2021年6月，李生學(xué)第一次登上賽什騰山，為墨子巡天望遠鏡的圓頂軌道測量精度。那時候上山的柏油路還沒修好，緊挨懸崖的石子路缺少護欄保護，挖機在山上緊張作業(yè)，隨時都有落石的危險。“剛開始覺得這邊有一種荒涼的美，很遼闊，但是如果遇到天氣不好的時候，人的心情會比較壓抑。”他說。

荒涼如火星地表的冷湖地區(qū)

運維團隊幾乎都是青海本地人，長期生活在高寒地帶，但來到冷湖，依然會有高原反應(yīng)。顏昆說，每次上山的時候，他都會出現(xiàn)一陣耳鳴，這種生理反應(yīng)一直持續(xù)到現(xiàn)在。山上沒有水和食物，他們要帶著大批水和方便食品上山，海拔4000多米的地方，開水的沸點只有80多度，一碗方便面差不多要十分鐘才能泡軟。而更困難是，山上至今缺少完善的廁所，只有一個架在懸崖上的旱廁。

對于張程來說，上廁所更是一個無解的難題。旱廁距離操控室有近100米的山路，途中要經(jīng)過兩個步梯，夜路上寒風(fēng)刺骨。作為山上少有的女性，張程通常選擇憋著。“上山之前我會上一次廁所，清理干凈，上來之后就不吃不喝。”說到這個事情，特別愛笑的張程笑得有些尷尬：“也只有這樣了。”

成都“智”造

曾經(jīng)，我國天文工作者做研究時，幾乎只能采用國外的觀測數(shù)據(jù)，一些天文工作者甚至連天文臺都沒有機會去。而今天，我國天文事業(yè)蓬勃發(fā)展，他們有了更多的機會走進天文臺，用上“made in China”的設(shè)備。

何為“巡天”？在冷湖鎮(zhèn)的科研工作者食堂里，國家天文臺研究員周旭指著天花板上的一盞燈向記者解釋：“比如說這盞燈是一顆星星，有的天文望遠鏡只對著一顆星星看。”接著他又指向另外幾盞燈：“但巡天望遠鏡都可以看，一會兒看這顆，一會兒又看那顆，到處巡視。”

墨子巡天望遠鏡包括望遠鏡本體、主焦相機、望遠鏡圓頂臺址和數(shù)據(jù)存儲分析四大分系統(tǒng)。2019年7月，其本體的研制任務(wù)，落在中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所的身上，張程擔(dān)任該項目的副總設(shè)計師。此前，她做過1.2米、1.3米、1.8米口徑的望遠鏡，技術(shù)不斷進步，在2019年迭代到2.5米口徑的“墨子”。張程說，大型天文望遠鏡并不神秘，其基本構(gòu)造和商店賣的小型望遠鏡是完全一樣的，只是被造得更大、更精密了：“口徑越大，聚光能力就越強，就越能看清更暗更小的目標(biāo)。”

墨子巡天望遠鏡

墨子巡天望遠鏡本體的設(shè)計工作，花了近兩年，之后再歷經(jīng)約一年的時間完成所有零部件的加工。2022年10月，中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所在成都雙流的一個大型車間內(nèi)，正式開始所有零部件的整體組裝和集成。

張程用盡可能通俗的語言，為記者解釋了建造過程：它分為兩部分，一是光學(xué)結(jié)構(gòu)，“其實就是磨玻璃、做透鏡”。當(dāng)玻璃磨好之后，需要建一個架子來做支撐，這便是第二部分機械機構(gòu)。最后，再按照“搭積木”的方式，把玻璃和架子壘起來。而在這其中，鏡面本身的曲率半徑、每一個透鏡之間的間隔和偏差、物理上的“六個自由度”等，都需要按照設(shè)計要求精心控制。

今年7月30日，墨子巡天望遠鏡的本體，由一輛具有減震功能的氣墊車和一輛平板車，從成都拉到了冷湖賽什騰山上，由于運輸超寬超限，“墨子”還專門辦了“超限證”才得以上路。

9月17日，隨著墨子巡天望遠鏡拍攝的仙女座星系圖片傳遍全網(wǎng)，公眾也獲知了它優(yōu)異的性能，新聞上這樣描述：

它的口徑2.5米，配備7.65億像素的大靶面主焦相機，采用國際先進的主焦光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計和主鏡主動光學(xué)矯正技術(shù)，可實現(xiàn)3度視場范圍內(nèi)均勻高像質(zhì)和極低像場畸變成像。它的通光面積大、雜散光少，系統(tǒng)探測靈敏度高，具備強大的巡天能力，能夠每3個晚上巡測整個北天球一次，為北半球光學(xué)時域巡天能力最強的設(shè)備。

張程和其團隊目前的任務(wù)，是要驗證“墨子”是否滿足觀測需求，根據(jù)需求不斷地調(diào)試，讓墨子巡天望遠鏡“最強”的稱號更加名副其實。

張程

曾經(jīng)，我國天文工作者做研究時，幾乎只能采用國外的觀測數(shù)據(jù)，一些天文工作者甚至連天文臺都沒有機會去。而今天，我國天文事業(yè)蓬勃發(fā)展，他們有了更多的機會走進天文臺，用上“made in China”的設(shè)備。但前路依舊漫長，國家天文臺研究員鄧?yán)畈旁f，美國在100年前就做出了2.5米口徑胡克望遠鏡，這其中的差距無比巨大。張程說，目前國際上已經(jīng)建成的光學(xué)望遠鏡最大口徑為10米的keck望遠鏡，而我國光學(xué)望遠鏡口徑最大的為4米。不過張程也表示：“我們不氣餒，我們在努力縮短差距。”

為了墨子巡天望遠鏡，張程在40歲出頭的年紀(jì)，頭發(fā)就白了一大片。她說，曾經(jīng)研制望遠鏡時，她只是某個分系統(tǒng)的負(fù)責(zé)人，而作為“墨子”本體的副總設(shè)計師，從光學(xué)結(jié)構(gòu)、機械結(jié)構(gòu)再到電工系統(tǒng)，都需要她來統(tǒng)籌安排，“操的心多了，頭發(fā)就白了一點，但也只是白，沒有脫發(fā)（笑）！”

張程有兩個孩子，大的上高二，小的上小學(xué)二年級。小孩喜歡給她打視頻，一天下來，小孩說的話從“媽媽，你來不來接我”、變成“媽媽，你回不回家吃飯”、再變成“媽媽，你晚上回不回家給我講故事”。這種時候，張程就不敢看視頻了，因為眼淚已經(jīng)流下，她會告訴孩子：“媽媽努力加班，盡量早點回來。”

為什么來這里？為什么做天文？

蔣凝說，他不會去追尋意義，享受科研的過程就行了：“宇宙中有太多的奧秘和驚喜，讓人一次又一次地感嘆。”

為什么要來到這個荒涼的地方做天文？有什么意義？

上世紀(jì)五十年代，鉆井隊在冷湖地區(qū)發(fā)現(xiàn)油田，他們在貧瘠的土地上一度建立起人口達十萬人的超級小鎮(zhèn)。隨后，石油資源枯竭，那個小鎮(zhèn)只留下一片廢墟和一段傳奇的拓荒史。2017年，當(dāng)冷湖常住人口只剩下百余人時，時任冷湖行政委員會副主席的田才讓和鄧?yán)畈叛芯繂T，發(fā)現(xiàn)賽什騰山上光污染很少，星空璀璨，隨后爬了幾十次山以論證這里是否適合天文觀測，得出了視寧度極佳、適合天文觀測的結(jié)論。2021年，鄧?yán)畈艌F隊在《自然》雜志發(fā)表了在冷湖發(fā)現(xiàn)世界一流天文臺址的論證，引發(fā)國際關(guān)注。冷湖也因為這樣的科技內(nèi)核，一項科幻科普+旅游的產(chǎn)業(yè)隨之發(fā)展起來。

“視寧度說的是大氣湍流的擾動，視寧度越小，星星‘眨眼’的次數(shù)就越少，拍出來的星星就會更清晰。”當(dāng)聊起冷湖天文觀測基地的“拓荒”史，李生學(xué)向記者解釋道。

李生學(xué)

李生學(xué)錯過了廈門，但沒有錯過星空，每當(dāng)在賽什騰山上抬頭仰望，過往的遺憾煙消云散，“找不到更多語言來描述星空，除了震撼，還是震撼。”

8月的一天，墨子巡天望遠鏡在賽什騰山上完成了初步搭建，第一次把光調(diào)通之后，當(dāng)晚對準(zhǔn)一個焰火星系進行了拍攝。“我還記得，短時間的曝光，就拍出來了很清晰的旋臂，當(dāng)時大家都很震撼，我有了很明顯的興趣提升。”李生學(xué)說，有的星空攝影師會通宵達旦，用極長的曝光時間去拍攝星云，但“墨子”只要一兩秒鐘就能實現(xiàn)。未來，他希望能通過“墨子”，得到專業(yè)上的提升。

因為星空，李生學(xué)還喜歡上了攝影，他常常帶著三腳架，在星空下一拍就是一個小時。李生學(xué)說，不久前墨子巡天望遠鏡總設(shè)計師楊戟發(fā)現(xiàn)了他的愛好，于是交給他一臺專業(yè)單反相機，“說讓我先用著……領(lǐng)導(dǎo)和家人的關(guān)心，也會帶給我安慰。”

在鄧?yán)畈趴磥?，研究天文學(xué)并無多少現(xiàn)實意義，與普通人的生活關(guān)聯(lián)不大，但天文學(xué)中的新發(fā)現(xiàn)，不管是對科學(xué)發(fā)展還是人類經(jīng)濟生活，都有很大的關(guān)聯(lián)。例如5G的核心技術(shù)和CPU中的很多技術(shù)，都是從天文學(xué)發(fā)展而來的。

張程說，對于個人而言，她沒有去想過從事天文研究的意義，“工作交給我了，我就要踏踏實實做，我的目標(biāo)是把項目做好”；而對于人類而言，張程認(rèn)為天文學(xué)或許能解答“我們從哪兒來，要往哪兒去”的哲學(xué)問題。

蔣凝

蔣凝小時候生活在鄉(xiāng)下，夏天戶外納涼的時候時常仰望星空，產(chǎn)生無限遐想，甚至做過木星撞擊地球之類奇怪的夢，后來中學(xué)時看的一些科幻雜志也給了他在天文學(xué)上的啟蒙。上大學(xué)后，他偶然在圖書館里看到一本叫《黑洞與時間彎曲》的書，很快就被黑洞的奇妙和其精彩紛呈的研究歷史所深深吸引，于是在中科大物理學(xué)院眾多的專業(yè)中毫不猶豫地選擇了天文專業(yè)。他在美國博士聯(lián)合培養(yǎng)期間，有幸向那本書的作者、著名天文學(xué)家基普·S·索恩當(dāng)面請教。“基普傳遞給我最大的感受，是從事科研要享受科學(xué)的樂趣，基普寫科普書、做科幻電影（如《星際穿越》），都是把天文學(xué)的樂趣和美妙傳遞給大家。”

當(dāng)被問及天文研究的意義，蔣凝說，他不會去追尋意義，享受科研的過程就行了：“宇宙中有太多的奧秘和驚喜，讓人一次又一次地感嘆。”

蔣凝目前的主要研究興趣是黑洞潮汐撕裂恒星事件，這是一類罕見的天文爆發(fā)事件，發(fā)現(xiàn)極其困難，而墨子巡天望遠鏡正是發(fā)現(xiàn)它們的利器，他期待利用“墨子”帶給人們更多關(guān)于黑洞的美妙故事。

紅星新聞記者 王拓 攝影記者 趙牧