他们脚踏几千米高原，只为多仰望星空一眼 | 天问专栏
►仰望星空，摄影：王卓骁
编者按：
就在今夏，来自清华大学物理系的几个小伙儿，收拾行囊，远赴青藏高原，只因一份共同的好奇心。在那片最接近穹顶的地方，有一些常被称为“苍穹之眼”、也是人类得以一窥深邃宇宙的“眼睛”——天文望远镜。同时，在每一架望远镜背后，更有着一直坚守着的人们。他们也代表了中国天文观测的过去、现在和未来。
这支清华大学物理系赴青藏天文台实践支队究竟看到了什么？天问专栏第十一期，带你走进高原之上的那些“苍穹之眼”。
撰文 | 清华大学物理系赴青藏天文台实践支队
责编 | 吕浩然
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今天，现代天文学已经发展到了一个崭新的高度。
随着LIGO成功探测到引力波的存在并随之斩获诺贝尔奖、国内FAST建成并投入使用，公众对于天文学的关注程度不断提高。但是，当所有人的目光都集中在这些明星设备的高深且意义重大的成果的时候，你是否会想到，这些观测设备的维护和观测数据的获取皆需要一大批天文工作者工作几十年，甚至一辈子。
他们的工作比起名声赫赫的天文学家们可能显得默默无闻，甚至有些枯燥乏味，但是正是因为他们的工作，才使得天文学家们得以了解星空中的每一点细节。他们的工作，可以说是天文学研究的基石。
我们想去了解他们的工作和生活。于是，几个同学一拍即合——清华大学物理系赴青藏天文台实践支队应运而生。就在今年的暑假，我们来到了可称得上全国天文台站里条件最艰苦的地方——青藏高原。
青海德令哈观测站——四十年前的艰难起步
青藏高原恶劣的气候条件在我们到达西宁的第一天就感受到了，虽然三千多米的海拔并不算非常高，但正值夏天，干燥的气候和高原缺氧的环境还是给了我们一个“下马威”。刚上高原的几天，几乎每晚都会因为口干渴醒，睡眠质量严重下降；到了白天，高原反应导致的头疼、无力更是雪上加霜，别说跑步，就连走路也是气喘吁吁。
然而，正是这样的气候条件，却给天文观测带来了很大便利。青藏地区较高的海拔使得来自外太空的电磁信号更容易穿过更薄的大气到达地面，干燥的气候也使得空气中水蒸气减少，从而降低水蒸气对于信号的吸收。同时，这里一年中雨雪天气的占比很低，从而保证大部分时间都可以进行观测。
正是这些得天独厚的便利条件使得青藏地区成为天文观测的优良台址。然而，在那的实地探访却也让我们体会到，在高原之上建立一座观测站并长期维持观测是多么的艰辛。
我们首先来到的是德令哈市，这里坐落着青藏高原上规模最大、设施最完善的观测站——中国科学院紫金山天文台青海德令哈观测站。
►图1：中国科学院紫金山天文台青海德令哈观测站外景
虽然天文台隶属德令哈市，但它的确切位置距离德令哈市区仍有将近80公里。抵达的第二天一早，我们就乘坐通勤车奔赴观测站。由于正在修路，通勤车颠簸了近一个半小时才到达目的地。一路上的砾石颠得我们十分反胃，但车上的工作人员却好像都已习惯了颠簸，居然能够安然睡去。坐在他们旁边，心中说不出的，只有感动和敬佩。
直到荒凉的戈壁尽头出现了几个白色的圆球——毫米波射电望远镜（注：毫米波是射电波段中波长最短的波段），我们才意识到这段颠簸即将结束。然而，在汽车驶入观测站之前，德令哈观测站的巨秉刚站长就让我们将手机转为飞行模式。这是由于观测站射电望远镜的后端设备所用的传输频率和手机通讯频率相近，手机信号可能会对观测造成干扰。
巨站长带着我们参观了整个望远镜，并对观测站的历史、现状都做了介绍。德令哈站以一架13.7米口径的毫米波段射电望远镜为主要设备，这对于我们来说称得上是一个庞然大物，沿着竖梯爬到馈源所在的平台也需要不少勇气。
望远镜被一个球形外壳包围，主要用于抵御时长肆虐的大风，然而球壳表面的组成材料Gore-Tex又会让毫米波完全透明通过。望远镜口径13.7米，主要工作频段为85-115GHz，大约为手机相应频段的100倍。来自外太空的信号经过镜面反射后进入放置在液氮中的接收机，通过功率放大、降频后进入频谱仪生成频谱信息。
由于原子、分子在跃迁的时候都会发出特定频率的电磁波，所以通过这些频谱信息，天文学家们可以了解宇宙各个位置的元素信息，从而实现对于分子气体的探测。天文学告诉我们：分子云是恒星诞生的场所，所以此类望远镜对恒星形成的研究非常重要。
青海德令哈观测站1982年开始选址，1990年建成。从望远镜建成到现在的几十年里，青海观测站的“前线”与位于南京的紫金山天文台总部各个研究所的“后方”密切配合，一直在对望远镜进行升级。
现在的望远镜，分频系统可以同时接收三个频率的信号，九个接收机形成阵列。通俗来讲，望远镜就像拥有几十双眼睛，可以在三个小时的时间内扫描完成一块天球上30’×30’（满月时月亮的直径为30’）立体角单元格。
这样高的效率也使得大规模的巡天计划得以实现，也就是望远镜现在正在进行的“银河画卷”计划，即利用CO气体得到银河系轨道面上分子气体的分布，从而可以了解分子云在银河系的分布、结构和物理性质。这就像是位银河系绘制一张彩色的地图，凭借这张地图，天文学家们就可以准确找到恒星诞生的场所并进行深入研究，因此了解宇宙诞生和演化的秘密。
除了银河巡天，观测站也会接受天文学家单独申请的观测时间，按照他们的要求完成观测任务。站上现有的设施除了13.7米毫米波望远镜以外，还有国家天文台的两台望远镜、墨子号地面站和一些短期放置在此的设备。
德令哈站的设施算是比较齐全的，除了观测设备、办公室，这里还有条件不错的宿舍和食堂。目前，观测站共有工作人员近40人，除了巨站长，我们还与那里的工程师和后勤聊了一些。这些工作人员大多都是建站选址之初就来到了这里，其他一大部分也是大学毕业就到这里工作，没再动过地方。
回忆起建站之初，那个时候没有电、没有水，基建的时候只能顶着大风住帐篷。但是让我们很惊讶的是，问起他们到这里来的原因，大部分的回答皆是在当时没有更好的选择。虽然也知道这里条件艰苦，但是来到这里之后，仍坚持了下来，至今也都在这边成家。他们现在每天的工作大抵就是看看数据、修修设备，还要适应经常的值夜班。然而就是这些在我们看来艰苦且枯燥无味的工作，他们却已经坚持了几十年。
未来会怎么样？大家也都没有一个具体的蓝图。后勤老师傅也坦言，现在是越来越难招到年轻的后勤人员了。毕竟，如今的年轻人，都喜欢往大城市跑；又有多少会愿意驻守在这环山荒野之中呢？看着窗外，像画作一般静止的景色，再看看眼前这位已经年过花甲的老人，我们每个人都陷入了沉默。
西藏羊八井观测站——摸索前进中的中国天文观测
乘坐傍晚的班车回到市区，我们与德令哈道别了。火车把无尽的荒漠甩在身后，跨过海拔5100m的唐古拉，我们进入真正的藏区——拉萨。
在拉萨的那几天是那里难得的阴天，我们得以摆脱了恼人的紫外线。修整后，我们奔赴此次实践的另一个目的地——羊八井，那里不仅仅有温泉和地热，还有国家天文台羊八井观测站。
2009年前后，中国科学院国家天文台与德国科隆大学合作，将一座亚毫米波段射电望远镜——中德亚毫米波望远镜（CCOSMA）引进至青藏铁路沿线的西藏羊八井镇，并以其为核心建立了羊八井天文观测站。
►图2：实践支队与羊八井观测站工作人员在CCOSMA前合影
由于引进自国外，CCOSMA的技术比较先进。望远镜主镜口径3m，由18块铝板拼接而成。每个铝板下方的支架会因重力自动微调每块板的位姿，从而消除铝板自重造成的形变误差，这使得望远镜具有很好的面板精度和指向精度。望远镜光路采用纳焦式，馈源后方有三个焦点，放置了两套国内最先进的高频接收机。CCOSMA主要用来探测高频分子谱线，其中也以CO同位素高频谱线的示踪为主。
正好羊八井站的李建斌站长前一天刚刚到拉萨，正要去站上，我们便和他一同搭车前往。路上，李站长和我们聊了很多，从天文观测的基本常识，到羊八井站的状况、他自己的经历再到中国天文事业的未来。
羊八井站的海拔在4600m左右，环境相较于德令哈更为恶劣，尤其是冬天的气候更加寒冷、干燥，所以现阶段只有两名工作人员长期驻站。整个观测站以CCOSMA为主，仅有几间平房，连大门都没有。房间里床铺、电炉、锅碗瓢盆一应俱全，不问便知道工作人员不仅仅是技术大牛，也一定是个好厨子。“这板凳就是我们自己做的。”李站长笑着指着地上的板凳，骄傲地说道。确实，如此艰苦的生活条件，想必也一定练就了驻站人员的一身“武艺”。
这里的冬季过于干燥且氧气不足，所以每年可以用来调试和观测的时间也只有几个月。由于观测站还处于建设的过程中，李站长也需要长期在北京和羊八井两地之间奔波。按照他的话说，就是“一会缺氧、一会醉氧，到哪都困”。但是至今，工作人员已经完成了对望远镜的大部分调试工作，并且成功解决了望远镜的各种问题，“预计马上就可以对国台内部开放观测，明年即可正式对所有天文学家开放。”李站长表示。
在工作人员中还有位清华的学长，名叫关欣，他本科在清华，研究生去了北大，后来又去德国深造，回国后就在羊八井站长期驻站。在这样高寒荒凉、空气稀薄的高原，他却显得十分平静与满足，更是对于自己从事的天文工作充满了热爱与激情。的确，我们在青藏高原上遇到的每一个天文工作者，他们的一个共同点就是他们的热情。
可能许多天文工作者都是在机缘巧合之下走上了天文这条路，然而，这条路却并不平坦，但他们却越走越远、越走越来劲，这大概就是天文的魅力。
西藏阿里天文台——中国天文观测的未来
告别了留在站上继续工作的李站长，我们也告别了羊八井，乘坐第二天一早的飞机，飞向另一片遥远而未知的地域——西藏阿里。这里可能是中国最神秘，也是最难到达的地方，但是在阿里狮泉河镇南边的高山上，却坐落着中国天文的未来——国家天文台阿里站。
自2003年起，国家天文台开始筹划建设大型光学望远镜，随即展开了在全国范围内的选址工作。历经十几年考察观测，位于祖国西南边陲的西藏阿里地区在众多方案中脱颖而出，成为中国未来大光学望远镜的台址，阿里天文台也应运而生。天文台海拔5000余米，高山上的空气干燥、稀薄，即使在夏季夜里气温也接近零度。这里拥有较好的视宁度与将近全年250天的可观测天数，使得阿里天文台跻身国际优良观测台地址。
►图3：笔者在飞机上俯拍的阿里天文台
然而，也正是因为这些自然条件，使得阿里地区极其不适合人居住。本以为已经经历了拉萨的磨练，高原反应早已不再是什么问题，但实际情况却不那么乐观。身在阿里，我们甚至感觉到了窒息：头疼、流鼻血、恶心……问题接踵而至，打得我们措手不及。队里的小郑同学平时是个唱歌好手，很喜欢唱歌。
来到阿里后的一天，他走在路上看到美景，突然很想高歌一首，结果刚唱几秒就气喘吁吁，败下阵来。事后，他苦笑着感叹到：“怪不得高原地区的人个个都是唱歌好手”。
►图4：狮泉河镇夜景，阿里天文台就坐落在远处山顶。小镇近两年发展十分迅速，虽然距离天文台有20公里，但光污染的问题也已经提上了台面。
历经千辛万苦，我们终于抵达了台址。如果说德令哈站是一个已经历经风霜的成年人，羊八井站是一个处在弱冠之年的青年人，那么阿里天文台就还只是一个刚刚脱离襁褓的幼童。艰苦困难，但却四处散发着生机。
原本用于上站的近六十度倾角的土路早已废弃，旁边就是阿里地区政府资助修建的柏油路；站上供电，再也不需要靠不稳定的太阳能电池板，从镇上到机场架的高压线解决了所有问题；天文台的规划建设，也在井然有序、有条不紊的进行着。
阿里天文台于2012年开始建设，到目前为止还没有在工作的观测设备。只有一个墨子号量子通信卫星地面站、多个风廓线观测站正在运行。但这里目前正在建设的项目却有很多，包括与南京大学合作的望远镜的基建已经完成，此外还有与日本合作的国际巡天计划中的小型光学望远镜以及腾讯开发的大数据望远镜都在稳步进展中。
阿里观测站成立初期就确定为我国大型光学望远镜的选址之一，至今，阿里原初引力波（毫米波）探测实验已于2017年初破土动工。此外，阿里也是一个口径为12m的光学望远镜备选台址之一；为了达到更好的观测条件，该望远镜（如果落地阿里）将建设在阿里天文台东南方向约20公里外的一座近6000米的高山上。
如果说我们从德令哈站看到的是中国天文事业的艰难起步，在羊八井站看到的是中国天文事业的不断摸索前进，那么在阿里天文台看到的，或许是中国天文事业光明璀璨的未来，但许多工作（包括台址监测等）还在开展中。
阿里天文台台长周云贺大学毕业就参与了选址工作，虽然至今已十几年。在向我们介绍天文台的现状和未来时，他的眼中闪烁着光芒，言语中透露着自豪。的确，我国正处于一个天文学发展迅猛的时期。国家大量的投入、地方的充分支持，一批青年天文学家和技术人员在引进技术的基础上，自主创新、用于探索，在天文观测领域上打造出了一批属于我们自己的天地，而这，正是天文学科持续发展的根本保障。
在未来，阿里天文台将有望填补我国在大型光学望远镜方面的空白，让我国也有属于自己的大型光学望远镜，并以此追赶上世界的先进水平。
►图5：黄昏中的阿里天文台。图中白色的物资和地基都将在未来安置天文望远镜，此时摄影者的左后方（照片外）还有处腾讯投资修建的公共望远镜。
后记：仰望星空的人们
我们抵达阿里天文台的时候恰逢英仙座流星雨。在深夜里，我们与那里的工作人员及全国各地的天文爱好者一起，看一颗颗流星划过天空。
值此，我们也结束了此次的实践之旅。这一趟行程，沿途感悟了青海西藏的纯净与苍凉，也得见最为壮美的星河。当然，在这与日常如此不同的瑰丽景致之中，我们却更要为那里遇见的人与物而赞叹。他们用奉献的精神、恬淡的态度以及对天文的热忱，坚守着高原上指向深邃星空的“眼睛”，为人类丰富对宇宙的认知，采集着宝贵的素材。他们脚踏几千米高原，只为多仰望一眼星空。
天问专栏
作者介绍： 杨韫加，清华大学物理系学生，本次实践支队支队长。实践支队其他成员分别为：刘亘越、郑逢时、郑鑫宇、冯博，共计五人。
制版编辑： 吕浩然｜
