大山深處有一群數星星的人興隆天文台

07-28

郭守敬望遠鏡（大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡，簡稱LAMOST）的穹頂打開，中國科學院國家天文台興隆觀測站工作人員正在對其進行維護。本報記者郭守敬望遠鏡（大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡，簡稱LAMOST）的穹頂打開，中國科學院國家天文台興隆觀測站工作人員正在對其進行維護。本報記者陳泉涌攝盛夏剛過，燕山主峰霧靈山南麓連營寨，山路兩旁依然草木蔥蘢。山腳下，有8排紅磚房，牆體上依稀可見的「紅色語錄」，是它們經風雨見世面的證明。遠處山頂上，幾座白色穹頂建築，掩映在夕陽的餘暉中。從紅磚房沿著蜿蜒崎嶇的山路上行4.5公里，國家天文台興隆觀測站的字樣出現在一面簡樸的影壁牆上。49年前，北京天文台（國家天文台前身）首任台長程茂蘭騎著毛驢登上了山頂的這片開闊地，其後，興隆觀測站成了這座海拔900米的深山裡獨特的風景。現在，這裡的天文人不用再住山下的紅磚房，也不用每天再攀爬那4.5公里山路了。設備、條件今非昔比，但他們腳踏實地、仰望星空的清寂生活一如既往。觀測站沒有一盞路燈，所有房間都沒有電視機今年是中科院國家天文台興隆觀測站站長武振宇在這裡的第11個年頭。如今，與他一起紮根於此的有50多位天文人。宇宙是如何形成和演化的？數以千億計的星系背後藏著多少秘密？為了回答這些基本而又深奧的問題，幾百年來，科學家們孜孜以求，不斷探索。而探索的過程是艱苦和枯燥的。在這裡，記者還驚奇地發現了一棟與眾不同的小樓——所有房間的窗戶都比平常房屋的窗戶小許多，拉著厚厚的窗帘。原來，這是觀測人員的住處，晝伏夜出的他們和普通人的生物鐘是完全顛倒的。小窗戶透光少，觀測員們白天可以更好地休息。「這裡夜天光條件好，遠離城市的光污染。每年有240—260個光譜觀測夜，100—120個測光觀測夜，天文寧靜度和大氣透明度均有利於天文觀測。」武振宇說，這意味著一年的大部分時間，觀測人員都要在夜裡工作，並記錄整理相關數據。「觀測站有規定，即使天氣不好，所有值班人員也要等到凌晨才能離崗。」觀測站的夜晚漆黑一片，不僅沒有一盞路燈，所有房間都密不透光。這裡的人們早已習慣了看著星星走夜路。基地的工作人員告訴記者，在夜間，強光電筒、閃光燈、指星筆等均不得使用，因為這些光亮對觀測都是不利的。「你們回到房間一定先拉上窗帘，然後再開燈。」在這個「世外桃源」里，所有房間都沒有電視機。這群人的娛樂活動極其有限，上網、打籃球、看書是為數不多的「保留項目」。在藍天數需要統計、夜晚燈光越來越亮的時代，對於城市人，能看到滿天星斗是件浪漫、奢侈的事情。而對觀測站的天文人來說，「看星星」是他們年復一年、日復一日，機械重複的工作，其中的艱辛與枯燥普通人難以體會，但他們沒有「審美」疲勞，因為他們知道自己工作的意義。180萬條天體光譜和2700多顆小行星山不在高，有仙則名。郭守敬望遠鏡（大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡，簡稱LAMOST）以及2.16米光學天文望遠鏡等就是這裡的「仙」。「架設在三腳架上的相機拍出的星為什麼不是一個亮點，而是一條亮線呢？」在碩大的2.16米光學天文望遠鏡旁，觀測站工程師陳穎為用這個問題開始了有趣的講解。「因為地球自轉。」一個小學生答道。陳穎為微笑著點頭。接著，他不斷拋出問題：「怎樣拍攝才能使星星是亮點而不是亮線呢？」「如何找到你要看的那顆星？」「除了拍攝星星的照片，這台望遠鏡還能做什麼？」……隨著他層層剝繭的講述，我們知道了這台我國歷經風霜自行研製的光學望遠鏡，一度是國內、也是遠東最大的，被譽為中國天文學發展史上一個里程碑。由於鏡面大，聚光能力強，可以觀測到很暗的天體，相當於在20000千米以外一根火柴燃燒亮度的星，也逃不過它的「眼睛」。2.16米光學天文望遠鏡斜卧在綠色基墩上的那根巨大梭形軸與地球自轉軸嚴格平行，稱為赤經軸，工作時該軸以地球自轉速度反向旋轉，望遠鏡就安裝在這根抵消了地球自轉的軸上，它拍出的美麗星空是一個個的點而非一條條線。當可360度旋轉的穹頂打開一個寬闊的長口子，望遠鏡根據「指令」，在一分鐘之內，即可指向人們想要觀測的天體。由於獲取天體的光譜能獲得更多天體的信息，因此望遠鏡的下端安裝的不是普通相機，而是一台光譜儀，可以直接拍攝天體的光譜。目前，該望遠鏡正在進行搜索系外行星的觀測工作。陳穎為介紹說，如今，這些信息可以通過網路進行傳輸，供山下各個學科的科學家使用。根據近4年來的統計，2.16米望遠鏡作為興隆觀測站的主要望遠鏡，每年都有來自日本、比利時、俄羅斯、法國和美國等國家的天文學家，以及來自國內近20家研究機構的天文學家申請使用。除去望遠鏡維護時間，平均每年對國內外天文學家提供310天左右的觀測時間。使用該望遠鏡的觀測資料平均每年發表文章15篇。一般天文望遠鏡的寶貝都藏身在標誌性的穹頂建築里，興隆觀測站引以為傲的LAMOST則別出心裁：其穹頂建築還連接有兩個幾十米高的圓柱形配樓，一個巨型長筒昂首斜卧其上，彷彿只要插上翅膀，就能飛上雲霄。工作人員告訴記者，由中國科學家自主創新設計的LAMOST，被國際上譽為「大視場大口徑望遠鏡的最佳方案」。它創造性地將鏡筒固定，並用主動光學技術實時產生非球面面形不斷變化的高精度鏡面，解決了半個世紀以來大口徑和大視場難以兼備的世界性難題。在LAMOST穹頂建築的5樓，一個巨大的圓形鏡面讓人屏息凝氣。它被稱為反射施密特改正鏡（也叫Ma），由24塊六邊形鏡片拼接而成，大小是5.72米×4.40米。沿著連接天橋，可以到中間的「筒子樓」，這裡的東西更加神奇。在直徑1.75米的成像焦面之上，密密麻麻地分布著4000根光纖單元（國際上同類設備僅640根）。武振宇告訴記者，這些單元由8000個小型電機驅動，可以在觀測不同的天區時按照星表的位置快速將4000根光纖精確定位，即對準4000個天體。而在最南端的「筒子樓」里，則安裝著球面主鏡（也叫Mb）。望遠鏡的鏡筒就架設在兩個「筒子樓」之上。在適合觀測的夜晚，LAMOST穹頂和相鄰「筒子樓」的一面大門會全部打開，Ma可將赤緯-10度到+90度的天體盡收眼底，把來自宇宙深處的天體光線，經過自身形變，反射到由37塊正六邊形鏡片拼接而成的Mb上，由Mb將這些光線成像聚焦在成像焦面上。4000根光纖則將天體的光傳輸到16台光譜儀的狹縫中，通過光譜儀分光後有32台CCD照相機記錄下天體的光譜。由於LAMOST實現了「大視場與大口徑兼備」，在理想的巡天夜晚曝光1.5個小時內，可以觀測到20.5等的暗弱天體。如此複雜的設計和製造，完全由中國科學家獨立完成，標誌著我國天文觀測設備實現了自主創新的重大跨越。LAMOST於1997年立項，2008年建成；2011年10月開始先導巡天；2012年9月啟動正式巡天。截止到今年6月，已成功觀測了180萬條天體光譜。它作為目前世界上獲取天體光譜能力最強大的天文觀測設備，可在宇宙起源、暗物質、暗能量、星系形成與演化、銀河繫結構、恆星形成與演化等研究中發揮重要作用。如今人類已記錄的天體有十幾億顆，但天體光譜只做了數百萬個。LAMOST計劃完成1000萬個。主動光學發明人、國際著名天文光學專家R. Wilson評價說：「LAMOST包括瞭望遠鏡技術的所有方面……它的建成，將中國望遠鏡研製技術推到了世界前沿的頂峰。」在興隆觀測站，除了聲名赫赫的2.16米光學天文望遠鏡和LAMOST，「小傢伙」60/90施密特望遠鏡等也曾功勞卓著，觀測者已通過它發現了2700多顆小行星，並擁有對500多顆小行星的命名權。有志於天文學研究的人並不多「一個民族有一些仰望星空的人，他們才有希望；一個民族只是關心腳下的事情，那是沒有未來的。」這句話的原意應該並非聚焦於天文學。但在專業選擇層面上，與趨之若鶩的金融、經濟管理、法律等相比，天文學等基礎學科顯然屬於「仰望天空」的範疇。在「數理化天地生」六大基礎學科中，天文學是目前唯一沒有被列入我國中小學正式課程的學科。在本科教育階段，我國目前擁有2000多所高等院校，其中僅有不足10所大學設有天文系，每年培養的本科生不過百餘人，許多天文項目人才告急。多年來的大學擴招也未惠及天文學這一古老的基礎學科。而目前世界排名前100位的大學中，九成以上有天文系或者天文專業，這與我國目前的天文學教育現狀形成了鮮明對比。武振宇告訴記者，由於本科生「供給」不足，天文學研究生很多在本科階段是學物理的，一些天文學的基本知識需要在研究生階段補課。有志於天文學研究的人並不多。因為在「錢途」方面，天文學顯然處於劣勢。從「前途」角度看，在天文學領域，學生們會對從事熱點研究的導師趨之若鶩，因為他們的課題多，出國深造的機會也多；而觀測天文學則是冷門——出文章慢，且工作又相對艱苦。事實上，天文學作為一門基礎學科，對其他自然科學的發展起著極大的推動作用，研究成果直接服務於國防、通訊、導航、測地、預報自然災害等領域。2011年，中科院天文領域專家編寫了《中國天文發展戰略研究報告》稱，隨著國力增強，國家對天文學的投入已明顯增多。今後20年也被認為是中國天文學發展的黃金時期，無論是天文望遠鏡的自主研製項目，還是國際合作項目，都在醞釀和逐步實施。陳穎為告訴記者，他們這群大山深處的人在承擔天文觀測任務的同時，還根據自身的技術優勢，進行一些中小學生科普教育等方面的工作。「我們希望有更多的人愛上天文，從事天文研究。」（科技日報河北興隆8月17日電）

大山深處有一群數星星的人 興隆天文台

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