科创中国行 | 冷湖：在暗夜保护区，寻找黑暗宇宙的密码

青海冷湖镇，海拔2700多米，离上海直线距离2420公里，被称为中国最孤独的小镇——全镇常住人口2000人，东面是柴达木盆地，西面是罗布泊无人区，北面是阿尔金无人区，南面是可可西里无人区，方圆几百公里都无人居住。

但攀上冷湖镇海拔4300米的赛什腾山顶，却仿佛瞬间走出了山脚下的荒芜，面对的是宇宙的繁华——这里被称为星星不会眨眼的地方，有着最极致的星空。赛什腾山是东半球唯一的世界级天文观测台址所在地，数十台天文望远镜在山上错落分布，日夜不息地将观测数据传到全国各地。

2027年，上海交通大学李政道研究所4.4米口径的JUST望远镜将在海拔4322米的B平台启用。今年8月底，记者跟随李政道研究所JUST团队的科学家们来到冷湖，等待JUST先导望远镜——天语望远镜（JUST-P）首光。9月5日，天语望远镜完成首光，当天就完整摄下天鹅座“北美洲星云”与“鹈鹕星云”及百万余颗恒星。明年，JUST望远镜安装完毕，除了开展探索黑暗宇宙的星系团密集场巡天，还将与天语协同配合，联手捕捉稀有的时域天象。

“JUST建成后不仅有助于我们对黑暗宇宙的认知，还为后面建设更多、更先进的望远镜提供了基础。”JUST项目负责人、李政道研究所副所长杨小虎告诉记者：“中国的光学观测水平将离国际前沿水平更近一步，而我们宇宙学与天体物理学的研究也将会迈进一大步。”

天语望远镜所在地。

“发现者”和“解读者”

宇宙究竟如何演化？地球是不是宇宙中唯一有生命的星球？人类是否宇宙中最特别的存在？每个人都思考过这些问题。“这些也是天体物理学家向往解决的难题。”天语望远镜负责人、李政道研究所青年学者冯发波就长期聚焦系外行星研究。

他在2017年通过创新方法证认的行星——位于鲸鱼座、距离地球11.9光年的天苍五e，就是今年3月份上映的科幻大片《挽救计划》中，太阳系即将被噬星体吞噬时人类的潜在宜居星球。

完成首光后的天语望远镜10月开启巡天任务，将对数以亿计的天体持续测光监测，捕捉亮度的细微变化，从中发现太阳系外行星、各类变星、超新星和太阳系小天体。冯发波自信地告诉记者：“预计5年内可以发现若干颗类似木星的凌星行星，朝发现与太阳系相似的行星系统这一目标迈进，最终回答一个核心问题——地球和太阳系在宇宙中是否独特。”

“天语望远镜的特点就是看得广，看得远，每0.1秒即可全视场拍摄一帧，相当于为一大片天空连续录像。其1米口径主镜配合国际先进的大靶面科学相机，单次拍摄即可覆盖近9平方度天区。”冯发波解释道，“可以理解为，镜头里能容纳40多个满月的面积，而且可以‘看’到比人眼能感受到的极限暗约50万倍的天体。”

一旦空间望远镜或引力波探测器发出警报，“天语”就能快速转向目标，同时还能对正在监测的天区“倒带回放”，还原爆发前几秒钟的天空图景。

而JUST则是国内最大口径的通用光谱望远镜，虽然4.4米口径离目前全世界最先进的10米口径光谱望远镜仍有差距，但却有全世界密度最高的光纤定位单元。

“光谱望远镜要获取天体的光谱，必须把光纤精准地对准目标。在星系团这种天体极其密集的区域，如果光纤数量不够，就只能‘抽样’观测极少数天体。”杨小虎解释道，而JUST的焦面上同时放置超过2000根光纤，单位平方度内光纤密度全球最高，这意味着它能在一次曝光中，把“触手”同时伸向大量密集分布的天体，星系团区域的覆盖率提升至90%以上。这样，它就能从“抽样”变成几近“普查”了。

“JUST-P和JUST就是发现者和解读者的关系。JUST-P仿佛是一张网，一晚上搜寻百万余颗恒星，而JUST则将对JUST-P捕捞到的特殊天体和天文现象进行解读。”杨小虎说，“最终我们的目标是解密黑暗宇宙，追踪动态宇宙，寻找物质演化和宇宙演化的规律，当然，也可能找到第二个地球。”

冷湖的星空

填补国内光谱望远镜空白

天体物理学某种程度是观测驱动的科学。光学、射电、X射线、红外、空间望远镜、自适应光学、引力波探测器等，每一次观测能力的提升都会为天体物理学打开新领域。

这是因为宇宙中许多剧烈事件——超新星爆发、中子星并合产生的引力波、伽马射线暴的余晖，以及黑洞瓦解等事件产生的电磁波、引力波等，都是时域现象，即每个观测数据都带有时间信息，短的瞬间即逝，长的可以持续一两周甚至两个月。观测到这些时域现象，并追溯其起源，可以解析出其究竟来自哪一类天文现象，或者哪一类天体，并从中发现隐藏的天体物理的规律。“这也是为什么每当有重要的天体物理现象发生时，全世界的天体物理学家都会立刻用自己的装备进行观测研究。”杨小虎说。

JUST的演示图（受访者供图）

中国的天文望远镜在射电、高能和太阳观测方向已经初步具备世界领先的实力。然而在光学波段，尽管LAMOST（郭守敬光学望远镜）在相当长时间内保持了光谱获取率世界第一，赛什腾山上的墨子巡天望远镜在北半球时域巡天能力最强，我国光学望远镜的总体性能和国际最先进的设备还存在较大差距。

过去，中国科学家要用到先进的光学望远镜，往往需要向海外科研机构租借或者通过合作的方式来换取。除了极少量的开放课题申请外，最顶尖的望远镜往往不对中国科学家开放，即便开放，一晚上几万美元的观测费用，也不能自主选择时间，甚至常常只能有一些“垃圾时间”。

因此，JUST望远镜自2022年开始筹划建设，其目的就是填补国内大型通用光谱望远镜的空白。杨小虎告诉记者，按照李所的规划，JUST望远镜将和四川锦屏山2400米深处的PandaX液氙探测器、海南深海3500米深处的海铃中微子望远镜“联手”，从三个不同的维度揭示极端宇宙条件下的物质的起源与演化。

天文学迎来黄金时代

赛什腾山上，冷湖天文观测基地一期的“山头”已经基本饱和，基地二期工程正在规划中。这里的白天交给天文望远镜的建设者们，夜晚则是数十台天文望远镜的绝佳工作时间。从海拔最高的A平台（4358米）俯视，冷湖天文观测基地一期ABCDE等平台由高到低分布，数十台天文望远镜错落有致。

如此飞速的发展就发生在短短九年间。而背后是一群长期投入的天体物理学家。

光学天文观测台址是稀缺资源，此前世界上大型光学望远镜几乎都集中在西半球，如智利的阿塔卡马沙漠、美国夏威夷的莫那卡亚峰、西班牙的加纳利群岛以及南极内陆冰穹地区，整个东半球曾是巨大的空白地带。

2000年，为了在国际天文学研究领域占有一席之地，我国启动了中国西部天文战略选址计划，寻找符合天文观测台址。直到2018年初，中国科学院国家天文台研究员邓李才团队开始在冷湖进行监测研究，持续三年，直到2021年8月，在冷湖发现世界一流天文台址的论证发表在《自然》杂志，引发国际关注。

而在冷湖附近海拔3200米的德令哈，中国科学院紫金山天文台青海观测站（又称德令哈市天文观测基地）从1982年开始建设，如今除了有我国最早的毫米波段大型射电天文望远镜，还运行着施密特望远镜、40厘米光电望远镜、1.2米量子通信专用望远镜等。

一台望远镜从建成到正常运行通常需要几年时间，甚至10年时间。JUST望远镜历经数年建设，直到今年，其先导望远镜才终于首光。

冯发波感慨：“对于年轻学者而言，中国迎来了天文学的黄金时代，这是老一辈天文学家不敢想象的。随着天文数据的指数级上升，在这个宇宙大发现时代，浩瀚星海如同金矿一般，等待年轻的学者们去探险寻宝。”

（中国互联网发展基金会中国正能量网络传播专项基金支持项目）