五處觀測(cè)宇宙絕佳選址

安利

1.高原

世界最著名的天文臺(tái)都是設(shè)在高原，如智利北部安第斯山脈的山間高原、海拔4200米的夏威夷莫納克亞山山頂。氣象條件和大氣狀況是影響天文觀測(cè)的主要因素。海拔越高的地方，空氣越稀薄，煙霧、塵埃、水蒸氣等造成的擾動(dòng)也越小。尤其是位于安第斯山脈間的阿塔卡馬沙漠，是世界上最干燥的地方，萬(wàn)里無(wú)云、氣流穩(wěn)定，世界上三分之一的天文觀測(cè)設(shè)備便分布在這里的一座座山峰上。如66臺(tái)高精度射電天文望遠(yuǎn)鏡組成的阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波天線陣（ALMA）。我國(guó)擁有世界屋脊——青藏高原，科學(xué)家致力于將這一區(qū)域打造成世界級(jí)的天文“高地”。海拔5100米的阿里天文臺(tái)已初具規(guī)模，它是北半球海拔最高的天文臺(tái)。探測(cè)原初引力波的“阿里實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”也已啟動(dòng)。

2.洼地

中國(guó)的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）選址在貴州大窩凼——一處天然的洼地，其形狀、深度和尺寸恰到好處地安放了這個(gè)“巨鍋”。就好比跨越兩山之間的橋梁，從谷底建橋墩肯定要比從半山腰上建要難，F(xiàn)AST建在洼地要比建在平地上穩(wěn)定性更強(qiáng)，也更節(jié)省成本，否則用來(lái)懸吊FAST的核心部件——饋源艙的6座高塔就要比現(xiàn)在高得多，幾乎難以實(shí)現(xiàn)。350米口徑的美國(guó)阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡也是架在一個(gè)坑——波多黎各島上的天然火山口中。搜尋和發(fā)現(xiàn)宇宙中的射電脈沖星是FAST的核心科學(xué)目標(biāo)，尚處在調(diào)試期的FAST就已初顯身手：探測(cè)到數(shù)十個(gè)優(yōu)質(zhì)脈沖星候選體，其中6顆通過(guò)國(guó)際認(rèn)證。而利用阿雷西博取得脈沖雙星的科學(xué)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

3.地下

地下實(shí)驗(yàn)室，尤其是極深地下實(shí)驗(yàn)室，是探測(cè)宇宙中的暗物質(zhì)、中微子以及開展其他高精尖實(shí)驗(yàn)的重要場(chǎng)所。世界上最難擋住的就是宇宙射線，要打造一個(gè)輻射最少、干擾最小的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，用厚厚的巖石屏蔽宇宙射線是一個(gè)好辦法。中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室是目前世界上最深的地下實(shí)驗(yàn)室，垂直巖石覆蓋達(dá)2400米。在美國(guó)南達(dá)科他州一處礦井下進(jìn)行的世界上靈敏度最高的暗物質(zhì)探測(cè)實(shí)驗(yàn)——大型地下氙（LUX）實(shí)驗(yàn)，為了進(jìn)一步隔絕宇宙射線，探測(cè)器還被懸浮于一個(gè)大型超潔凈水池之中。

4.南極

南極為天文學(xué)家提供了幾乎可媲美太空的觀測(cè)環(huán)境。首先，南極的空氣極為透明和寧?kù)o，所以在南極安裝天文望遠(yuǎn)鏡就能得到非同一般的觀測(cè)效果。其次，南極氣候極為寒冷，空氣中的水汽凍結(jié)成了冰雪，減少水蒸氣對(duì)紅外輻射的吸收，有利于紅外望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)。另外，南極極端的寒冷還大大減少了望遠(yuǎn)鏡所發(fā)出的熱，提高了紅外觀測(cè)的靈敏度。加之南極還是地球上觀測(cè)天空視角最大的地點(diǎn)，能極大地提高觀測(cè)效率。這些得天獨(dú)厚的條件吸引世界多國(guó)在南極建立天文觀測(cè)站，開展從光學(xué)觀測(cè)、射電觀測(cè)、宇宙微波背景輻射觀測(cè)到中微子觀測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域的研究。位于南極點(diǎn)的南極望遠(yuǎn)鏡的一項(xiàng)重要任務(wù)是研究暗能量。中國(guó)的南極巡天望遠(yuǎn)鏡則安裝在冰穹A。

5.太空

無(wú)論建在哪里，地基望遠(yuǎn)鏡總會(huì)受到地球大氣層的影響，如果把望遠(yuǎn)鏡放置在地球大氣層之上，讓其在軌道上環(huán)繞地球運(yùn)行，便能把環(huán)境影響減到最小，這便是空間望遠(yuǎn)鏡的由來(lái)。1970年，人類歷史上第一顆x射線天文衛(wèi)星發(fā)射升空。1990年4月24日發(fā)射升空且至今仍在運(yùn)行的哈勃望遠(yuǎn)鏡則是迄今最成功的空間望遠(yuǎn)鏡。哈勃的“后繼者”詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡將于2018年10月升空，它將用“凌星”的方法研究幾百顆系外行星。

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