海拔4200米，探访北半球“最强”巡天望远镜

10月18日至22日，第81届世界科幻大会将在成都举办。在距离大会开幕不足30天之际，红星新闻、每日经济新闻联合启动“幻响未来，全球追光”大型融媒体采访报道。特别报道组记者将奔赴全球五大洲探访科技科幻地标，对话院士专家、科技企业，追寻科幻转换为现实背后人类不同文明所共同拥有的科技与梦想之光。

今天，我们带你攀上海拔4200米的青海冷湖赛什腾山，探访近日刚刚正式投入观测的北半球“最强”巡天望远镜——墨子巡天望远镜，领略中国天文与浩瀚星空的时空对话。

星空下的冷湖天文观测基地 张程 摄

近日，中国天文学界迎来一件喜事。

9月17日，来自中国科学院、中国科学技术大学、深空探测实验室等科研院所近百名专家和学者，穿越七百余里的戈壁和沙漠，登上冷湖赛什腾山海拔4200米处。几名天文学家已白发苍苍，也坚持带着氧气瓶，赶到这个小草都难以存活的地方。

“墨子巡天望远镜首光仪式暨科学战略研讨会”，红底黄字的横幅，挂在望远镜巨大的圆顶外围。

5年前，这里荒无人烟；5年来，43台天文望远镜在这里如火如荼地建设和研制，“墨子”是其中第一台正式投入观测的大型天文望远镜，这将使我国时域天文研究能力达到国际先进水平。

首光仪式上，中国科学院副院长、国家天文台台长常进院士与中国科学技术大学校长包信和院士共同揭开红布，映入人们眼帘的，是墨子巡天望远镜试观测阶段拍摄的一张仙女座星系照片——两个小时后，这张照片传遍互联网。

公元前5世纪，墨子就曾做过小孔成像实验，发现了光直线传播的规律。他在光学、几何学、物理学等方面的突出成就，让他被当代中国科学家奉为“祖师爷”。墨子巡天望远镜的名字，便是穿越千年的致敬。

墨子巡天望远镜拍摄的仙女座星系

墨子的“第一个夜晚”

一架天文望远镜往往要花费几年甚至数十年的时间进行调试，不断优化性能。一如两千年前墨子所言：甘瓜苦蒂，天下物无全美。

9月18日下午5点半，小布来到冷湖镇一家酒店门口，与几名青年天文工作者汇合。17日首光仪式当晚天气状况不佳，他们没有进行观测，而这天天气晴朗，经过两个月试观测的“墨子”将正式开工。

一行8人分乘一辆皮卡车和一辆SUV，赶往赛什腾山上的冷湖天文观测基地。皮卡车货箱里装着几大袋方便面、自热米饭和水果，那是深夜里的补给。星星只在晚上出现，通宵达旦自然是天文观测工作的常态。

从镇上到观测基地，车程约84公里。车窗外，一望无际的戈壁滩蔓延至天边，数千万年风蚀雕刻出奇绝陡峭的雅丹土堡点缀其间，更远处祁连山余脉的积雪在云雾中若影若现。视野里几乎看不到任何活物，只有赛什腾山下有一小片枯黄稀松的草场。沿盘山公路而上，不知道拐了多少个弯，豁然看到伫立在各个山头的天文望远镜。

墨子巡天望远镜

墨子巡天望远镜位于海拔4200米处，被一座通体白色的圆拱形建筑包裹。操控室深入地下约5米，室内的长桌上摆有几台电脑，控制着楼上圆顶里望远镜的运行。晚7点，参加当晚观测工作的10名天文工作者各就各位，操控室里10余块屏幕实时显示着望远镜拍摄的画面和各项变化的数据，繁忙的调试工作随即开始：机架俯仰编码器可靠性测试、主焦端六维调整机构低俯仰角重复定位精度测试、TCS(望远镜本体控制系统)更新……

工程师颜昆摸黑走进楼上的圆顶，这里放置着三层楼高的“墨子”。他一边检查和调试，时而拿起对讲机和楼下执行当晚科学观测任务的蒋凝博士等人沟通。时间来到晚9点，对讲机传来蒋凝和学生林哲宇说话的声音：

“我主要想确认天暗了吗？”

“（晚）九点了，可以拍星了。”

“好，就拍那个北黄极。”

颜昆在操控室里

此刻，夜幕低垂，群星洒向无垠天幕，银河如一条流动的丝带，在赛什腾山上空演绎着永恒的舞蹈。天窗已打开，墨子巡天望远镜指向夜空。银河带着群星向西移动，圆顶随着观测方位的调整而旋转，偶尔发出轰隆隆的低鸣。随着时间推移，电脑屏幕上出现数百张长条形的星空图像，但随动程序（圆顶与望远镜同步移动的功能）一度出现未知的bug，导致跟丢拍摄目标，大伙儿花了20多分钟才解决。

紧张的调试工作

“墨子”正式开工后的第一夜，是不断出现故障，又不断尝试解决的一夜。每当故障出现，操控室里大伙一边更改程序指令，一边激烈讨论。而每当指令运行稳定或故障解决，又会响起几句“太牛了！”在现场参与调试工作的墨子巡天望远镜本体副总设计师张程女士告诉小布，一架天文望远镜往往要花费几年甚至数十年的时间进行调试，不断优化性能。一如两千年前墨子所言：甘瓜苦蒂，天下物无全美。

紧张的调试工作，一直进行到19日凌晨3点多，观测室才渐渐安静下来。忙碌之余，林哲宇打开手机刷了刷足球新闻，蒋凝和几名工程师闭目养神。另一名工程师李生学撑着惺忪的双眼，为监视天气状况的相机录制的星空画面渲染上延时特效：镜像里，满天繁星随着地球的自转，勾勒出一幅梵高风格的“油画”。

早晨7点，一行人下山回到宿舍时，天已透亮。

墨子巡天望远镜录制的星空延时画面，宛如梵高的油画

悬崖上的厕所

山上没有水和食物，他们要带着大批水和方便食品上山。而更困难的是，山上至今缺少完善的厕所，只有一个架在悬崖上的旱厕。

2020年，李生学大学毕业后回到青海，去了德令哈市郊区的中国科学院紫金山天文台青海观测站。三年前，他的首选是去厦门，那是大城市，有山有水。而青海的工作选择相对较少，在他看来，他自己的专业和天文科学不对口，“我的专业能给望远镜提供技术支撑，和科学研究是不沾边的。”

在德令哈，李生学为一台13.7米射电望远镜做运行维护，那个望远镜像是人类的“耳朵”，“聆听”来自遥远天体的信号，他每天和电子元器件、设备和数据打交道，再把获取的数据转交给科学组的同事处理。他并不能通过望远镜直观地看到宇宙，这多少显得有些枯燥。

这几年，国内诸多光学望远镜逐步向观测条件更优异的冷湖转移。今年7月28日，李生学也转移了过来，彼时，墨子巡天望远镜的本体正从成都拉往赛什腾山上，他和另外5名同事组成的运维团队，将成为墨子巡天望远镜的“保护者”和“操控者”。

2021年6月，李生学第一次登上赛什腾山，为墨子巡天望远镜的圆顶轨道测量精度。那时候上山的柏油路还没修好，紧挨悬崖的石子路缺少护栏保护，挖机在山上紧张作业，随时都有落石的危险。“刚开始觉得这边有一种荒凉的美，很辽阔，但是如果遇到天气不好的时候，人的心情会比较压抑。”他说。

荒凉如火星地表的冷湖地区

运维团队几乎都是青海本地人，长期生活在高寒地带，但来到冷湖，依然会有高原反应。颜昆说，每次上山的时候，他都会出现一阵耳鸣，这种生理反应一直持续到现在。山上没有水和食物，他们要带着大批水和方便食品上山，海拔4000多米的地方，开水的沸点只有80多度，一碗方便面差不多要十分钟才能泡软。而更困难的是，山上至今缺少完善的厕所，只有一个架在悬崖上的旱厕。

对于张程来说，上厕所更是一个无解的难题。旱厕距离操控室有近100米的山路，途中要经过两个步梯，夜路上寒风刺骨。作为山上少有的女性，张程通常选择憋着。“上山之前我会上一次厕所，清理干净，上来之后就不吃不喝。”说到这个事情，特别爱笑的张程笑得有些尴尬：“也只有这样了。”

成都“智”造

曾经，我国天文工作者做研究时，几乎只能采用国外的观测数据，一些天文工作者甚至连天文台都没有机会去。而今天，我国天文事业蓬勃发展，他们有了更多的机会走进天文台，用上“made in China”的设备。

何为“巡天”？在冷湖镇的科研工作者食堂里，国家天文台研究员周旭指着天花板上的一盏灯向小布解释：“比如说这盏灯是一颗星星，有的天文望远镜只对着一颗星星看。”接着他又指向另外几盏灯：“但巡天望远镜都可以看，一会儿看这颗，一会儿又看那颗，到处巡视。”

墨子巡天望远镜包括望远镜本体、主焦相机、望远镜圆顶台址和数据存储分析四大分系统。2019年7月，其本体的研制任务，落在中国科学院光电技术研究所的身上，张程担任该项目的副总设计师。此前，她做过1.2米、1.3米、1.8米口径的望远镜，技术不断进步，在2019年迭代到2.5米口径的“墨子”。张程说，大型天文望远镜并不神秘，其基本构造和商店卖的小型望远镜是完全一样的，只是被造得更大、更精密了：“口径越大，聚光能力就越强，就越能看清更暗更小的目标。”

墨子巡天望远镜

墨子巡天望远镜本体的设计工作，花了近两年，之后再历经约一年的时间完成所有零部件的加工。2022年10月，中国科学院光电技术研究所在成都双流的一个大型车间内，正式开始所有零部件的整体组装和集成。

张程用尽可能通俗的语言，为小布解释了建造过程：它分为两部分，一是光学结构，“其实就是磨玻璃、做透镜”。当玻璃磨好之后，需要建一个架子来做支撑，这便是第二部分机械机构。最后，再按照“搭积木”的方式，把玻璃和架子垒起来。而在这其中，镜面本身的曲率半径、每一个透镜之间的间隔和偏差、物理上的“六个自由度”等，都需要按照设计要求精心控制。

今年7月30日，墨子巡天望远镜的本体，由一辆具有减震功能的气垫车和一辆平板车，从成都拉到了冷湖赛什腾山上，由于运输超宽超限，“墨子”还专门办了“超限证”才得以上路。

9月17日，随着墨子巡天望远镜拍摄的仙女座星系图片传遍全网，公众也获知了它优异的性能，新闻上这样描述：

它的口径2.5米，配备7.65亿像素的大靶面主焦相机，采用国际先进的主焦光学系统设计和主镜主动光学矫正技术，可实现3度视场范围内均匀高像质和极低像场畸变成像。它的通光面积大、杂散光少，系统探测灵敏度高，具备强大的巡天能力，能够每3个晚上巡测整个北天球一次，为北半球光学时域巡天能力最强的设备。

张程和其团队目前的任务，是要验证“墨子”是否满足观测需求，根据需求不断地调试，让墨子巡天望远镜“最强”的称号更加名副其实。

张程

曾经，我国天文工作者做研究时，几乎只能采用国外的观测数据，一些天文工作者甚至连天文台都没有机会去。而今天，我国天文事业蓬勃发展，他们有了更多的机会走进天文台，用上“made in China”的设备。但前路依旧漫长，张程说，目前国际上已经建成的光学望远镜最大口径为10米的keck望远镜，而我国光学望远镜口径最大的为4米。不过张程也表示：“我们不气馁，我们在努力缩短差距。”

为了墨子巡天望远镜，张程在40岁出头的年纪，头发就白了一大片。她说，曾经研制望远镜时，她只是某个分系统的负责人，而作为“墨子”本体的副总设计师，从光学结构、机械结构再到电工系统，都需要她来统筹安排，“操的心多了，头发就白了一点，但也只是白，没有脱发（笑）！”

张程有两个孩子，大的上高二，小的上小学二年级。小孩喜欢给她打视频，一天下来，小孩说的话从“妈妈，你来不来接我”、变成“妈妈，你回不回家吃饭”、再变成“妈妈，你晚上回不回家给我讲故事”。这种时候，张程就不敢看视频了，因为眼泪已经流下，她会告诉孩子：“妈妈努力加班，尽量早点回来。”

为什么来这里？为什么做天文？

蒋凝说，他不会去追寻意义，享受科研的过程就行了：“宇宙中有太多的奥秘和惊喜，让人一次又一次地感叹。”

为什么要来到这个荒凉的地方做天文？有什么意义？

上世纪五十年代，钻井队在冷湖地区发现油田，他们在贫瘠的土地上一度建立起人口达十万人的超级小镇。随后，石油资源枯竭，那个小镇只留下一片废墟和一段传奇的拓荒史。2017年，当冷湖常住人口只剩下百余人时，时任冷湖行政委员会副主席的田才让和邓李才研究员，发现赛什腾山上光污染很少，星空璀璨，随后爬了几十次山以论证这里是否适合天文观测，得出了视宁度极佳、适合天文观测的结论。2021年，邓李才团队在《自然》杂志发表了在冷湖发现世界一流天文台址的论证，引发国际关注。冷湖也因为这样的科技内核，一项科幻科普+旅游的产业随之发展起来。

“视宁度说的是大气湍流的扰动，视宁度越小，星星‘眨眼’的次数就越少，拍出来的星星就会更清晰。”当聊起冷湖天文观测基地的“拓荒”史，李生学向小布解释道。

李生学

李生学错过了厦门，但没有错过星空，每当在赛什腾山上抬头仰望，过往的遗憾烟消云散，“找不到更多语言来描述星空，除了震撼，还是震撼。”

8月的一天，墨子巡天望远镜在赛什腾山上完成了初步搭建，第一次把光调通之后，当晚对准一个焰火星系进行了拍摄。“我还记得，短时间的曝光，就拍出来了很清晰的旋臂，当时大家都很震撼，我有了很明显的兴趣提升。”李生学说，有的星空摄影师会通宵达旦，用极长的曝光时间去拍摄星云，但“墨子”只要一两秒钟就能实现。未来，他希望能通过“墨子”，得到专业上的提升。

因为星空，李生学还喜欢上了摄影，他常常带着三脚架，在星空下一拍就是一个小时。李生学说，不久前墨子巡天望远镜总设计师杨戟发现了他的爱好，于是交给他一台专业单反相机，“说让我先用着……领导和家人的关心，也会带给我安慰。”

在邓李才看来，研究天文学并无多少现实意义，与普通人的生活关联不大，但天文学中的新发现，不管是对科学发展还是人类经济生活，都有很大的关联。例如5G的核心技术和CPU中的很多技术，都是从天文学发展而来的。

张程说，对于个人而言，她没有去想过从事天文研究的意义，“工作交给我了，我就要踏踏实实做，我的目标是把项目做好”；而对于人类而言，张程认为天文学或许能解答“我们从哪儿来，要往哪儿去”的哲学问题。

蒋凝

蒋凝小时候生活在乡下，夏天户外纳凉的时候时常仰望星空，产生无限遐想，甚至做过木星撞击地球之类奇怪的梦，后来中学时看的一些科幻杂志也给了他在天文学上的启蒙。上大学后，他偶然在图书馆里看到一本叫《黑洞与时间弯曲》的书，很快就被黑洞的奇妙和其精彩纷呈的研究历史所深深吸引，于是在中科大物理学院众多的专业中毫不犹豫地选择了天文专业。他在美国博士联合培养期间，有幸向那本书的作者、著名天文学家基普·S·索恩当面请教。“基普传递给我最大的感受，是从事科研要享受科学的乐趣，基普写科普书、做科幻电影（如《星际穿越》），都是把天文学的乐趣和美妙传递给大家。”

当被问及天文研究的意义，蒋凝说，他不会去追寻意义，享受科研的过程就行了：“宇宙中有太多的奥秘和惊喜，让人一次又一次地感叹。”

蒋凝目前的主要研究兴趣是黑洞潮汐撕裂恒星事件，这是一类罕见的天文爆发事件，发现极其困难，而墨子巡天望远镜正是发现它们的利器，他期待利用“墨子”带给人们更多关于黑洞的美妙故事。

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墨子巡天望远镜

墨子巡天望远镜由中国科学技术大学和中国科学院紫金山天文台联合研制，是北半球光学时域巡天能力最强的设备，每三个晚上就能巡测整个北天球一次。它不仅能给星空实时录像，还能看到以往难以观测到的、非常暗的天体。

对于天文学而言，数据积累和比较非常重要。墨子巡天望远镜巡天数据叠加，将提供北天球最深的高精度、大天区、多色测光和位置星表，在未来数10年内可用于宇宙中各类天体的证认和系统研究。

同时，它还可以在诸多天文领域取得突破性原始创新成果——时域天文，如引力波事件电磁对应体等；太阳系天体普查，如寻找第九大行星；银河系结构和近场宇宙学，如暗物质本质等。巡天数据还可用于开展近地小行星监测，满足国家航天安全战略需求。

来源 | 成都发布

原标题：《全球追光！海拔4200米，探访北半球“最强”巡天望远镜→》

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