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“坐地日行八萬(wan) 裏，巡天遙看一千河。”

一直以來，浩瀚的星空都寄托著人類無限的遐想，隨著天文學的進步，天文觀測技術也在不斷發展。

2021年12月25日，哈勃望遠鏡的繼任者，韋布望遠鏡成功發射升空，它將接替“前任”的工作，繼續擔任“宇宙之眼”的工作。與(yu) 此同時，我國的太空望遠鏡計劃也在緊鑼密鼓的籌備中，預計到2024年，中國也將發射自己的“哈勃望遠鏡”——巡天望遠鏡，進一步推動深空探測的發展。

韋布望遠鏡

其實，除了太空望遠鏡，地麵上的天文觀測場所也是人類了解宇宙的重要途徑，今天就讓我們(men) 一起來看一下，觀測星空時需要知道的那些事吧。

人類仰望星空的曆史

在古代，人們(men) 進行天文觀測時，由於(yu) 沒有輔助工具，隻能通過肉眼進行觀測，因此出現了大量像我國琅琊台、陶寺，兩(liang) 河流域的月神台這樣，位置好，視野開闊的“觀星台”。

中國古代觀星台

1608年，荷蘭(lan) 眼鏡商人李波爾賽偶然發現兩(liang) 塊鏡片疊加能夠看清遠方，並製作出人類曆史上第一架望遠鏡。

伽利略受此啟發，於(yu) 1609年發明了一種以凸透鏡為(wei) 物鏡，凹透鏡為(wei) 目鏡的光學係統，被稱為(wei) 伽利略式望遠鏡。伽利略利用這台望遠鏡創造了大量天文觀測成果，發現了月麵大量的環形山，繪製了曆史上第一幅月麵草圖；發現了木星的四顆衛星；觀測到了土星的“光環”……天文學從(cong) 此進入望遠鏡時代。

隨著技術的發展，望遠鏡的各種缺陷在被不斷修正的同時，其本身也在朝著大型化、巨型化的方向發展。1938年，人們(men) 捕捉到來自銀河中心方向的天體(ti) 的無線電波，天文觀測中又一重要成員，射電望遠鏡由此誕生。

射電望遠鏡是用來觀測和研究來自天體(ti) 射電波的基本設備，與(yu) 熟知的光學望遠鏡不同的是，射電望遠鏡並沒有光學鏡頭，它由天線和接收係統構成，天線就好比射電望遠鏡的眼睛，用來收集宇宙中微弱的無線電信號，再經過接受係統將信號放大，最終從(cong) 噪音中分離出有用的信號供科學家研究。500米口徑球麵射電望遠鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，FAST）的建成，更是意味著我國射電天文學已經走向世界前沿。

FAST天眼

“看星星”的地方有講究

就拿上文提到的世界上最大的“天眼”來說，FAST建於(yu) 貴州省平塘縣，之所以選擇這個(ge) 地方，也是在全國範圍內(nei) 經過層層選拔的。首先建造地內(nei) 的岩體(ti) 結構、水文情況、長短軸比例、挖填方率是否合適；圈梁合攏情況、幾何形狀是否達標；整體(ti) 的地質災害、地震風險、氣象條件、無線電環境等都是選址要考慮的範疇。

FAST位於(yu) 喀斯特地貌區，岩石透水性強，有利於(yu) 地表水向下滲透，利於(yu) 整體(ti) 的排水，而且此地人口稀少，周圍高山環繞，能夠有效屏蔽周圍的無線電磁波幹擾。這些要求也是射電望遠鏡選址時需要綜合考慮的方麵。

2021年12月19日拍攝的“中國天眼”全景

（維護保養(yang) 期間攝，無人機照片）新華社記者歐東(dong) 衢 攝

當然，不止是射電望遠鏡對於(yu) 選址的要求如此苛刻，基地光學天文的選址同樣也非常嚴(yan) 格。

首先需要被納入考慮的是氣象因素，雲(yun) 量的多少直接影響到觀測時間的長短，而大氣的吸收也會(hui) 使星光減弱，除此之外，大氣溫度和密度起伏引起的折射率變化都會(hui) 影響圖像質量。因此天文觀測的地點需要幹燥少雨，大氣稀薄，最好還能“寸草不生”，避免植物蒸騰作用產(chan) 生的水汽對天文觀測質量造成影響。

其次，人造光源帶來的光汙染會(hui) 使夜天光增亮，空氣中的煙霧、粉塵會(hui) 增加大氣吸收，無線電發射台發出的電波還會(hui) 對射電觀測產(chan) 生影響，因此，天文觀測最好能夠避開人口密集區域。

說到專(zhuan) 業(ye) 天文台的選址標準，還有兩(liang) 個(ge) 概念，是我們(men) 必須了解：大氣湍流和視寧度。

大氣湍流是一種大氣不規則的隨機運動，湍流每一點上的流動速度、壓強、溫度等物理特性都在不斷地發生變化。在天文學中，大氣溫度或大氣密度隨機起伏會(hui) 引發折射率場湍動，這些改變都會(hui) 嚴(yan) 重影響光學成像係統的觀測質量，因此大氣湍流對天文學家而言是一項至關(guan) 重要的指標，也是天文台建設過程中一項至關(guan) 重要的基礎性工作。

大氣湍流強度概述圖

大氣的湍流活動強度會(hui) 影響望遠鏡顯示圖像的清晰度，而用來描述天文觀測目標在大氣湍流的影響下看起來變得模糊和閃爍程度的物理量，就是視寧度。視寧度小的地方，不僅(jin) 更容易捕捉到高質量的天文圖像，還能有效降低天文觀測成本。

因此，我國的天文台在選址時需要將氣象，晴夜占比，天文大氣視寧度，天光背景等一係列檢測指標考慮在內(nei) 。例如我國著名的紫金山天文台，就選址在南京市玄武區紫金山上，那裏雲(yun) 量相對較小，溫度低，空氣稀薄、清新，能夠在一定程度上避免環境因素對觀測效果的影響，滿足觀測需求。而位於(yu) 青海冷湖，賽什騰山上的冷湖天文觀測基地，更是被譽為(wei) “擁有整個(ge) 歐亞(ya) 大陸上最澄澈的星空”。

M87中心黑洞

而舉(ju) 世矚目的黑洞照片誕生，其中也有上海65米天馬望遠鏡和新疆南山25米射電望遠鏡協同觀測的功勞。

在地球上最冷的地方看星星

探索的腳步永不停止！2009年，我國在南極冰穹A地區選址並建成的天文台昆侖(lun) 站，在選址時就充分考慮了大氣湍流和視寧度兩(liang) 項指標。而南極冰穹A地區的大氣湍流主要在近地表的邊界層，而之上的自由大氣非常穩定，因此具有良好的視寧度。

南極冰穹A地區昆侖(lun) 站

2020年發表於(yu) 著名國際學術期刊《自然》第583卷上的研究成果表示，昆侖(lun) 站坐在的南極冰穹A地區，光學天文觀測條件優(you) 於(yu) 已知的其他任何地麵台址，為(wei) 我國進一步開展南極天文研究奠定了科學基礎。

就這樣，中國的天文學家們(men) 在地球最寒冷的大陸上，發現了最澄澈的星空，這一成果也必將在人類探索星空的曆史上留下濃墨重彩的一筆。

大家記憶中最明亮的星空是在哪裏看到的呢？又有著怎樣的一段故事呢？一起來評論區留言吧~讓胖科和大家一起看看這浩瀚無垠的宇宙到底有著怎樣的魅力吧！

創作團隊：中國科學技術館新媒體(ti) 團隊

審核專(zhuan) 家：魯暘筱懿 行星物理學博士

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