“坐地日行八萬里，巡天遙看一千河?！?/p>

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(fā)展。

2021年12月25日，哈勃望遠鏡的繼任者，韋布望遠鏡成功發(fā)射升空，它將接替“前任”的工作，繼續(xù)擔任“宇宙之眼”的工作。與此同時，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(fā)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(fā)展。

韋布望遠鏡

其實，除了太空望遠鏡，地面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。

人類仰望星空的歷史

在古代，人們進行天文觀測時，由于沒有輔助工具，只能通過肉眼進行觀測，因此出現(xiàn)了大量像我國瑯琊臺、陶寺，兩河流域的月神臺這樣，位置好，視野開闊的“觀星臺”。

中國古代觀星臺

1608年，荷蘭眼鏡商人李波爾賽偶然發(fā)現(xiàn)兩塊鏡片疊加能夠看清遠方，并制作出人類歷史上第一架望遠鏡。

伽利略受此啟發(fā)，于1609年發(fā)明了一種以凸透鏡為物鏡，凹透鏡為目鏡的光學系統(tǒng)，被稱為伽利略式望遠鏡。伽利略利用這臺望遠鏡創(chuàng)造了大量天文觀測成果，發(fā)現(xiàn)了月面大量的環(huán)形山，繪制了歷史上第一幅月面草圖；發(fā)現(xiàn)了木星的四顆衛(wèi)星；觀測到了土星的“光環(huán)”……天文學從此進入望遠鏡時代。

隨著技術的發(fā)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(fā)展。1938年，人們捕捉到來自銀河中心方向的天體的無線電波，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射電波的基本設備，與熟知的光學望遠鏡不同的是，射電望遠鏡并沒有光學鏡頭，它由天線和接收系統(tǒng)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，再經過接受系統(tǒng)將信號放大，最終從噪音中分離出有用的信號供科學家研究。500米口徑球面射電望遠鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，F(xiàn)AST）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，F(xiàn)AST建于貴州省平塘縣，之所以選擇這個地方，也是在全國范圍內經過層層選拔的。首先建造地內的巖體結構、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；整體的地質災害、地震風險、氣象條件、無線電環(huán)境等都是選址要考慮的范疇。

FAST位于喀斯特地貌區(qū)，巖石透水性強，有利于地表水向下滲透，利于整體的排水，而且此地人口稀少，周圍高山環(huán)繞，能夠有效屏蔽周圍的無線電磁波干擾。這些要求也是射電望遠鏡選址時需要綜合考慮的方面。

2021年12月19日拍攝的“中國天眼”全景

（維護保養(yǎng)期間攝，無人機照片）新華社記者歐東衢 攝

當然，不止是射電望遠鏡對于選址的要求如此苛刻，基地光學天文的選址同樣也非常嚴格。

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

其次，人造光源帶來的光污染會使夜天光增亮，空氣中的煙霧、粉塵會增加大氣吸收，無線電發(fā)射臺發(fā)出的電波還會對射電觀測產生影響，因此，天文觀測最好能夠避開人口密集區(qū)域。

說到專業(yè)天文臺的選址標準，還有兩個概念，是我們必須了解：大氣湍流和視寧度。

大氣湍流是一種大氣不規(guī)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(fā)生變化。在天文學中，大氣溫度或大氣密度隨機起伏會引發(fā)折射率場湍動，這些改變都會嚴重影響光學成像系統(tǒng)的觀測質量，因此大氣湍流對天文學家而言是一項至關重要的指標，也是天文臺建設過程中一項至關重要的基礎性工作。

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，我國的天文臺在選址時需要將氣象，晴夜占比，天文大氣視寧度，天光背景等一系列檢測指標考慮在內。例如我國著名的紫金山天文臺，就選址在南京市玄武區(qū)紫金山上，那里云量相對較小，溫度低，空氣稀薄、清新，能夠在一定程度上避免環(huán)境因素對觀測效果的影響，滿足觀測需求。而位于青海冷湖，賽什騰山上的冷湖天文觀測基地，更是被譽為“擁有整個歐亞大陸上最澄澈的星空”。

M87中心黑洞

而舉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(xié)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(qū)選址并建成的天文臺昆侖站，在選址時就充分考慮了大氣湍流和視寧度兩項指標。而南極冰穹A地區(qū)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(wěn)定，因此具有良好的視寧度。

南極冰穹A地區(qū)昆侖站

2020年發(fā)表于著名國際學術期刊《自然》第583卷上的研究成果表示，昆侖站坐在的南極冰穹A地區(qū)，光學天文觀測條件優(yōu)于已知的其他任何地面臺址，為我國進一步開展南極天文研究奠定了科學基礎。

就這樣，中國的天文學家們在地球最寒冷的大陸上，發(fā)現(xiàn)了最澄澈的星空，這一成果也必將在人類探索星空的歷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里看到的呢？又有著怎樣的一段故事呢？一起來評論區(qū)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(chuàng)作團隊：中國科學技術館新媒體團隊

審核專家：魯暘筱懿 行星物理學博士

由科普中國重新排版編輯內容來自：中國數(shù)字科技館