姚永強(qiáng)供圖

上世紀(jì)80年代，就在歐美天文學(xué)家忙著設(shè)計未來巨型望遠(yuǎn)鏡時，他們不得不面對一個重要的問題：地球還剩什么地方可以架設(shè)這種龐然大物？

中國正計劃在20年內(nèi)建造一座口徑數(shù)十米的大型光學(xué)天文臺，為了找出最佳臺址，中科院國家天文臺自2003年起，在西藏與新疆展開了長期的選址工作。

在阿里地區(qū)獅泉河鎮(zhèn)南30公里的山脊頭部，幾座白色的圓頂建筑物格外引人注目。海拔高、云量少、水汽低、透明度高、視寧度條件好……這便是中國天文學(xué)家耗時十年找到的仰望星空的地方——獅泉河監(jiān)測點(diǎn)。

八月是西藏阿里地區(qū)一年中最好的季節(jié)。這里平均海拔超過4500米，是“世界屋脊的屋脊”。壯麗雄偉的雪山，星羅棋布的湖泊，莽莽蒼蒼的草原……這里被旅游者和信徒視為心中的圣地。

然而，對于天文學(xué)家來說，賦予阿里神秘色彩的絕不僅限于自然風(fēng)光，這里還是地球上觀測天象的一處絕佳場所。

選中阿里，天文學(xué)家在西部野外探勘了近十年。

如今，國家天文臺阿里觀測站已宣布正式成立。回首西部天文臺的漫漫“選址路”，中科院國家天文臺首席研究員、西部選址項目組負(fù)責(zé)人姚永強(qiáng)感慨萬千。

“十年艱辛，我們只想選擇一處最好的觀測地點(diǎn)，用來安置我國未來大型地面光學(xué)紅外和亞毫米觀測設(shè)備，使我國躋身世界天文與空間科學(xué)強(qiáng)國之列。”姚永強(qiáng)說。

十年修得正果

在很多天文學(xué)家眼中，獅泉河點(diǎn)的選址和建成，堪稱天文臺址選址工作的典范。

9月3日，《中國科學(xué)報》記者在國家天文臺見到了姚永強(qiáng)。此時，他剛剛結(jié)束了一次長時間的野外考察返回北京。

自國家天文臺西部選址組開展工作以來，在長達(dá)十年的時間里，姚永強(qiáng)幾乎每個月都要參加一次這樣的考察。“我感覺自己已經(jīng)是阿里人了，回到北京很不適應(yīng)。”他笑稱。

上世紀(jì)80年代，天文學(xué)家逐漸認(rèn)識到，天文臺的臺址條件決定了大口徑望遠(yuǎn)鏡的性能和效率。沒有苛刻的觀測條件，再精密、昂貴的大望遠(yuǎn)鏡也只能牛刀小試，難以完全發(fā)揮威力。

國際天文學(xué)界為此刮起一場“選址風(fēng)”。架設(shè)望遠(yuǎn)鏡前，天文學(xué)家往往根據(jù)天文觀測的要求慎重選擇條件較好的臺址，把大氣干擾降至最低。目前，國際上公認(rèn)的世界級最佳天文臺分別位于美國夏威夷莫納凱亞山、智利安第斯山和大西洋加那利島的山頂，而亞洲地區(qū)則長期缺乏優(yōu)秀天文臺址。

上世紀(jì)90年代，中國科學(xué)院天文委員會組織實施了較大規(guī)模的天文臺址資源調(diào)研。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)蒙古至西藏一線季風(fēng)不易到達(dá)的西北干旱地區(qū)，有望找到條件相對較好的天文臺址。

2003年，為推進(jìn)中國地面天文學(xué)發(fā)展、確定未來20年國家天文學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略的重要基礎(chǔ)工作，國家天文臺組織啟動了中國西部天文選址計劃。當(dāng)時，以紅外天文為主要研究方向的姚永強(qiáng)開始擔(dān)任西部選址項目組負(fù)責(zé)人。

該項目的總體目標(biāo)是為中國下一代大型地面光學(xué)紅外望遠(yuǎn)鏡選擇最佳西部臺址。同時，對全國范圍的天文氣候、亞毫米波及太陽觀測臺址進(jìn)行調(diào)查。整體周期為十年，前五年進(jìn)行臺址調(diào)查，后五年則基于望遠(yuǎn)鏡項目實施專項監(jiān)測。

隨后，姚永強(qiáng)帶領(lǐng)項目組成員開始了漫長的選址工作。經(jīng)過兩年左右的前期調(diào)研，項目組嗅到了青藏高原這塊寶地。

2005年，國家天文臺時任臺長艾國祥院士在中科院2005年度《科學(xué)發(fā)展報告》中透露，國家天文臺正在推進(jìn)七項大天文科學(xué)工程。其中一項便是“啟動青藏高原選址計劃”。與此并列的還有如今已經(jīng)受到廣泛關(guān)注的“大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）”、“五百米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）”以及承擔(dān)月球及深空探測中的相關(guān)工作。

“我們最后將阿里獅泉河選點(diǎn)作為建設(shè)站址，從2010年起正式開工建設(shè)。”姚永強(qiáng)回憶。

2010年7月，西部選址組籌備啟動獅泉河南選點(diǎn)的建設(shè)。一期建設(shè)內(nèi)容包括望遠(yuǎn)鏡圓頂、衛(wèi)星通訊天線和25千瓦太陽能電源。3個月后，望遠(yuǎn)鏡十米塔圓頂建設(shè)完成。

2012年年底，首架口徑50厘米望遠(yuǎn)鏡觀測設(shè)備成功架設(shè)，并于2013年投入使用。姚永強(qiáng)介紹，科學(xué)家將利用它對太陽系天體、恒星形成區(qū)以及變星樣本進(jìn)行觀測研究。

從2003年至2013年，阿里獅泉河監(jiān)測點(diǎn)的建成歷經(jīng)整整十年時間。國內(nèi)外多名天文學(xué)家一致認(rèn)為，獅泉河點(diǎn)的選址和建成，堪稱天文臺選址工作的典范。

“艱難”的選擇

對于放棄卡拉蘇，姚永強(qiáng)至今心存遺憾：“卡拉蘇是個不錯的點(diǎn)，只可惜云量多了些。”

盡管國家天文臺西部選址的結(jié)果花落阿里，但在阿里獅泉河的背后，則是整個項目組十年的“艱難”選擇。

姚永強(qiáng)介紹，現(xiàn)代化的專業(yè)天文臺址最關(guān)鍵的是需要有優(yōu)良的大氣穩(wěn)定程度，即“視寧度”。同時，大氣透明度、較小而穩(wěn)定的風(fēng)速、合適的日照數(shù)等也是考察指標(biāo)。“還有海拔高度，站點(diǎn)建立得越高，大氣越稀薄，影響就越小。”他說。

所以，科學(xué)上的要求，注定了天文臺選址的“艱難”。

按照國際慣例，各種指標(biāo)一般通過4個階段來篩選和考察，分別是遠(yuǎn)程研究、實地調(diào)查巡測、定點(diǎn)監(jiān)測和選點(diǎn)建設(shè)。“也就是說，國際上優(yōu)秀的天文臺站，往往需要?dú)v經(jīng)十年甚至更長的時間才能建成。”姚永強(qiáng)指出。

其中，遠(yuǎn)程研究是指大范圍進(jìn)行調(diào)查，目標(biāo)是選擇最佳的區(qū)域，也被稱為“海選”。國家天文臺副研究員劉立勇回憶說，如果要算上最初的“海選”，項目組選過的地方接近100個。劉立勇自2006年畢業(yè)后便加入西部選址項目組，親歷實地調(diào)研和建設(shè)過程。

劉立勇說：“西部區(qū)域我們調(diào)查過新疆帕米爾高原、天山地帶、西藏阿里地區(qū)、川西高原、滇西北以及華北及內(nèi)蒙古地區(qū)。”在這一階段，科學(xué)家要將范圍縮小至方圓60公里左右。

第二個階段為實地調(diào)查，目標(biāo)是調(diào)查候選區(qū)域中的地理環(huán)境是否適合人員常駐、運(yùn)輸設(shè)備等。國家天文臺喀什基地前主任王金良回憶：“有許多指標(biāo)很好的地方，我們到了那兒之后發(fā)現(xiàn)是個陡坡，人根本上不去，只好放棄。”

經(jīng)過這兩個階段，位于新疆帕米爾高原的卡拉蘇監(jiān)測點(diǎn)、西藏阿里地區(qū)的物瑪監(jiān)測點(diǎn)和獅泉河監(jiān)測點(diǎn)成為“幸運(yùn)兒”，進(jìn)入了下一個環(huán)節(jié)的選拔。

第三個階段便是通過長期監(jiān)測數(shù)據(jù)，對候選點(diǎn)進(jìn)行驗證。姚永強(qiáng)和同事在帕米爾高原和阿里高原進(jìn)行了異常艱難的堅守觀測。

位于距新疆塔什庫爾干縣縣城80公里的卡拉蘇監(jiān)測點(diǎn)盡管交通條件便利，卻因為云量達(dá)不到要求而最終被淘汰。2009年，卡拉蘇站撤站。對于放棄卡拉蘇，姚永強(qiáng)至今心存遺憾：“卡拉蘇還是個不錯的點(diǎn)，只是我們優(yōu)中選優(yōu)，最終選擇了藏西南地區(qū)。”

不僅姚永強(qiáng)，生活上的艱難也使卡拉蘇給項目組成員留下了深刻印象。劉立勇回憶，2006年，他第一次去卡拉蘇，海拔超過4500米的帕米爾高原就給了他一個“下馬威”。“高原反應(yīng)引發(fā)整個臉都腫了，根本喘不過氣。還有的同事干著干著就暈倒了。”他說。盡管如此，自從那時起，每年超過2/3的時間，劉立勇都泡在高原上。

王金良也曾參與過卡拉蘇和物瑪?shù)慕ㄕ�。他告訴《中國科學(xué)報》記者，當(dāng)初建站時，五六個科研人員親自上去做苦力。“給養(yǎng)都上不去，吃喝都要自己帶。”他說，“值守期間一天只有一杯水可以用來洗臉。”

科學(xué)和生活上兩種“艱難”并存的日子，讓姚永強(qiáng)和同事們至今刻骨銘心。

最后的PK

物瑪觀測點(diǎn)交通不夠便利。且不說兩邊都是懸崖，有時候山路陡得連前面的路都看不見。

選擇到了決出“勝負(fù)”的時刻。西藏阿里的物瑪和獅泉河監(jiān)測點(diǎn)將進(jìn)行最后的PK。

其中，物瑪觀測點(diǎn)位于藏北高原腹地，海拔高度5032米。其選址觀測點(diǎn)位于正西方向?qū)掗煿鹊氐耐黄鸶叩�，相對高差達(dá)600米，山頂平坦，東北南三面為緩坡，易于登頂，便于越野車將生活補(bǔ)給直接運(yùn)送到監(jiān)測點(diǎn)。

獅泉河南選點(diǎn)則位于阿里地區(qū)獅泉河鎮(zhèn)南30公里的山脊，海拔高度5100米，距離昆沙機(jī)場25公里。其西北方向迎風(fēng)面寬闊平坦，相對落差700米。

“單就氣候條件、視寧度等各種指標(biāo)而言，兩個監(jiān)測點(diǎn)差別不大。”姚永強(qiáng)說，“這時候就要綜合其他的條件進(jìn)行選擇。”

項目組發(fā)現(xiàn)，物瑪觀測點(diǎn)交通不夠便利。當(dāng)時，劉立勇經(jīng)常坐著王金良駕駛的越野車穿行在道路條件險惡的山路上。“且不說兩邊都是懸崖，有時候山路陡得連前面的路都看不見。”劉立勇只好緊緊握住車窗旁的把手。

姚永強(qiáng)的責(zé)任心讓同事們欽佩。為了讓同事們在后排休息、幫助司機(jī)消除疲勞，姚永強(qiáng)是整個隊伍中雷打不動的“副駕駛”。

2006年冬天，姚永強(qiáng)和王金良從喀什前往阿里途中遭遇暴雪襲擊，阻斷了道路，進(jìn)退不能。“要不是我們彼此鼓勵，繼續(xù)前進(jìn)，當(dāng)時可能就被埋在大雪中消失了。”當(dāng)時的情景至今讓王金良感到后怕。

補(bǔ)給困難也是物瑪?shù)牧觿荨１O(jiān)測點(diǎn)西距最近的居民點(diǎn)鹽湖鄉(xiāng)60余公里，離東面的改則縣城110公里，距離水源地近50公里。

“這些地理條件意味著，物瑪點(diǎn)的補(bǔ)給很困難。”王金良說。事實上，項目組成員也在建站實際工作中實實在在地體會了這一點(diǎn)。2007年，項目組一輛越野車在翻越山區(qū)前往物瑪站時燃油耗盡，只好高價向山中牧民買油。為保證油品質(zhì)量，項目組一名成員還脫下棉襪將汽油過濾后，再倒進(jìn)越野車油箱。

王金良回憶，他們還曾花270塊錢買了3棵娃娃菜。“本來我們向當(dāng)?shù)厝速I3棵大白菜，也談好了價錢，沒想到拿來一看居然是這么小的‘大白菜’，也只好認(rèn)了。”這件事讓項目組成員哭笑不得。

最終，根據(jù)這些情況，項目組認(rèn)為，物瑪選點(diǎn)“建設(shè)運(yùn)行費(fèi)用太大，不現(xiàn)實”。

獅泉河點(diǎn)在最終的PK中勝出。姚永強(qiáng)解釋：“獅泉河的云量和風(fēng)速更有優(yōu)勢，阿里機(jī)場已建成通航，觀測站距離機(jī)場25公里，山頂還有輸電網(wǎng)絡(luò)通過，交通、供電、網(wǎng)絡(luò)通信、后勤補(bǔ)給等條件都遠(yuǎn)比物瑪優(yōu)越。”

經(jīng)過綜合評比，項目組認(rèn)為，阿里獅泉河監(jiān)測點(diǎn)有望成為國際一流的天文臺址。

阿里站的未來

阿里天文臺的視寧度至少優(yōu)于0.8角秒，可與莫納凱亞天文臺媲美，具備世界一流天文臺的條件。

姚永強(qiáng)和同事多年來的付出，在不久前又取得了階段性成果。

今年6月，國家天文臺臺長嚴(yán)俊、副臺長薛隨建一行赴西藏考察。此行的主要目的旨在推進(jìn)國家天文臺阿里觀測站和阿里天文臺機(jī)構(gòu)的建設(shè)。其中一項重要議程，就是與阿里地區(qū)行署專員白瑪旺堆簽署《西藏阿里地區(qū)行署—中科院國家天文臺戰(zhàn)略合作協(xié)議》。

協(xié)議內(nèi)容包括：正式成立國家天文臺阿里觀測站，啟動組建阿里天文臺的相關(guān)程序，成立阿里天文資源開發(fā)利用與保護(hù)委員會以及共同推進(jìn)阿里星空暗夜公園和星空旅游體驗中心建設(shè)等。

姚永強(qiáng)解釋，從以往天文臺站建設(shè)運(yùn)行經(jīng)驗看，隨著城市化進(jìn)程，光污染是威脅天文觀測的重要因素。“精挑萬選的阿里站一定要在預(yù)防光污染上有所準(zhǔn)備。”他強(qiáng)調(diào)。對此，姚永強(qiáng)借助自己掛職阿里地區(qū)行署副專員的身份，與當(dāng)?shù)卣�府開展了卓有成效的觀測區(qū)保護(hù)工作。

據(jù)悉，在該協(xié)議簽署儀式上，嚴(yán)俊指出，青藏高原具備得天獨(dú)厚的天文資源，阿里又地處全球天文望遠(yuǎn)鏡分布空乏區(qū)，具備優(yōu)越的天文觀測條件和優(yōu)勢地理位置，將為促進(jìn)國內(nèi)大望遠(yuǎn)鏡項目和拉動重大國際天文合作投入提供基礎(chǔ)支撐。

他表示：“相信隨著國家天文臺阿里觀測站和阿里天文臺的成立，會逐步吸引更多學(xué)科領(lǐng)域的科研團(tuán)隊進(jìn)駐阿里開展科研工作，切實展開院地友好合作。”

如今，于2012年年底成功架設(shè)的50厘米口徑望遠(yuǎn)鏡觀測設(shè)備近期已經(jīng)在阿里監(jiān)測站投入使用，科學(xué)家將利用它對太陽系天體、恒星形成區(qū)以及變星樣本進(jìn)行觀測研究。

“工欲善其事，必先利其器”，這句話對天文學(xué)家而言再恰當(dāng)不過。“當(dāng)前，天文學(xué)領(lǐng)域的競爭是大型望遠(yuǎn)鏡設(shè)備的競爭，觀測地點(diǎn)的條件對發(fā)揮望遠(yuǎn)鏡關(guān)鍵性能起著決定性作用。”他說，“毫無疑問，阿里觀測站的建成，將為我國天文學(xué)未來發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。”

“根據(jù)目前觀測，阿里天文臺的視寧度至少優(yōu)于0.8角秒，可與莫納凱亞天文臺媲美，具備世界一流天文臺的條件。”國際天文學(xué)聯(lián)合會主席海部宣男曾在接受媒體采訪時對阿里站給出如此評價。他指出，一旦阿里天文臺建成，將成為亞洲最佳的世界級天文臺，成為推動亞洲天文學(xué)界合作的極好平臺。

同時，阿里地處全球望遠(yuǎn)鏡分布的空乏區(qū)，具備天文與空間觀測的地理優(yōu)勢。其高晴日數(shù)、高透明度和低水汽條件對于高能、紫外、紅外、亞毫米波觀測和太陽觀測都具有絕對優(yōu)勢，適宜于建立全波段觀測基地。此外，建成后的阿里天文臺將成為北半球首個海拔5000米以上的天文臺，可協(xié)同其他國際天文臺對特定天體目標(biāo)進(jìn)行全天不間斷追蹤觀測。

據(jù)悉，整個阿里天文臺建設(shè)預(yù)計將持續(xù)10年時間。根據(jù)目前規(guī)劃，建設(shè)口徑10米望遠(yuǎn)鏡的投資數(shù)額巨大，若未來建設(shè)口徑30米大型望遠(yuǎn)鏡，則需要多國合作投資建設(shè)。包括中國、日本、韓國在內(nèi)的國際天文學(xué)界將共同出資支持阿里天文臺建設(shè)。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，阿里天文臺也將成為天文學(xué)界國際合作的典型案例。

就在接受記者采訪的第二天，姚永強(qiáng)又要動身前往阿里。在他看來，中國西部天文選址的工作遠(yuǎn)未結(jié)束，“選址是為建設(shè)中國新一代望遠(yuǎn)鏡設(shè)備的前瞻性研究，直接關(guān)系到國家重大天文設(shè)備的投入決策和長遠(yuǎn)發(fā)展戰(zhàn)略”。

姚永強(qiáng)和同事仍然在漫漫“選址路”上，一步一個腳印地行進(jìn)。