天文太空

聚焦西藏,北半球最後一個光學天文台址
—專訪 中央大學天文所副教授 孫維新

就在歐美各國的天文學家忙著設計未來的巨型望遠鏡時,他們不得不面對一個很重要的問題:地球上還剩下什麼地方可以架設這種龐然大物?中國大陸正計畫在20年內建造一座口徑數十米的大型光學天文台,為了找出最佳的台址,大陸的國家天文台自2003年起,對大陸西部的西藏與新疆展開了長期的規劃與探勘,並廣邀各國專家參與選址。 全球的天文學家在轉遍地球儀後,開始對中國大陸西部這塊鮮少開發之地充滿興趣。孫維新長期參與這個選址計畫,《科學人》特地請他來談談建造天文台時選址的過程與其中的科學。

撰文/郭雅欣

天文太空

聚焦西藏,北半球最後一個光學天文台址
—專訪 中央大學天文所副教授 孫維新

就在歐美各國的天文學家忙著設計未來的巨型望遠鏡時,他們不得不面對一個很重要的問題:地球上還剩下什麼地方可以架設這種龐然大物?中國大陸正計畫在20年內建造一座口徑數十米的大型光學天文台,為了找出最佳的台址,大陸的國家天文台自2003年起,對大陸西部的西藏與新疆展開了長期的規劃與探勘,並廣邀各國專家參與選址。 全球的天文學家在轉遍地球儀後,開始對中國大陸西部這塊鮮少開發之地充滿興趣。孫維新長期參與這個選址計畫,《科學人》特地請他來談談建造天文台時選址的過程與其中的科學。

撰文/郭雅欣

西藏給人的印象往往是一望無際的高山草原,幾個商人牽著犛牛走向漫長的旅途,簡單的民生條件與歷史悠久的宗教建築等。然而當地的天然地理環境,卻是建造天文台的絕佳地點。2004年夏天,來自世界各國的天文學家組成探勘隊,進行實地考察,孫維新也參與其中。

問:中國科學院國家天文台為了在西藏、新疆等地尋找適合的天文台址,在2004年7月於西藏首府拉薩市舉辦一場「中國西部天文選址國際研討會」,您與台灣的多位天文學家也都出席了。「中國西部天文台」是一個什麼樣的計畫?

答:中國大陸為了推動地面光學天文學的發展,計畫在西部建設一座大型的天文望遠鏡。這項天文選址計畫從2003年開始,計畫主持人是中國科學院國家天文台選址組(簡稱「國台選址組」)的姚永強博士,他們希望在西藏和新疆一帶,尋覓一個合適的台址,並在10年之內興建一個口徑30米上下的大型望遠鏡;後期甚至可能蓋一個100米口徑的巨型望遠鏡。

選址組至今已經物色了幾個候選點,集中在新疆、西藏和青海一帶,他們會先在這些候選點上擺放量測設備,做恆星影像的長期監測。所謂的量測設備,是大約10~20公分口徑的小望遠鏡,用來監測星體影像的變化,研究當地的氣流是否穩定。這種量測需要很長的時間,因為一個地點一年四季的溫度與氣壓都不一樣,一般大概需要2~3年,大型天文台的台址候選點甚至需要花上5~8年的監測時間。

經過長期監測,天文學家會得出一個初步結論,例如某兩個地點不錯,就會在這兩個地點架設比較正式的專業設備,也就是1~2米的望遠鏡,對這兩個點繼續進行監測,同時也進行科學研究,最終找出最好的一個。中國大陸計畫在五年之後,也就是2008年會有個最終結論,決定在何處架設這個口徑30米左右的大型望遠鏡。當然這個計畫需要先「立項」,大陸科學工作者所稱的「立項」,就是「確定要發展這個重點項目」,一旦「立」了「項」,這個計畫就獲得了保障,這對大陸的科學工作者來講是非常重要的。

問:通常在選擇天文台的地點時,需要考慮些什麼條件?為什麼中國要在「西部」進行選址?

答:興建一座專業天文台有幾個要求,首先是晴夜數要多,可以進行觀測的時間也就多,望遠鏡的使用效率自然較高。第二是「視相」(seeing)良好。視相是指大氣擾動造成的星點大小,擾動得越厲害的地點,星點會越大也越模糊;大氣穩定,才看得清楚星體的細部結構。第三是海拔高,海拔高的好處是大氣透明度佳,如果空氣很乾淨、很透明的話,來自外太空的光可以長驅直入,不會被吸收得太厲害。

另外的兩個要求,則是低水氣與低夜空亮度。大氣中的水氣會吸收紅外線,不利於在這個波段觀測,所以天文學家會希望大氣中的水氣越低越好。在高海拔的地方,多半時候氣溫都很低,大氣中的水氣大多已凝結在地上了。此外由於大氣層本身有溫度,也就會有光學輻射,這就是所謂的夜空亮度。當然,天文台址也要求沒有光害、沒有空氣污染,這些都是基本條件。

西藏優勢:
多晴夜、高海拔、低緯度


根據「國台選址組」的統計,西藏西部地區的晴夜數大於65%,夜空亮度極低,降雨量也非常稀少,就天氣而言,是很適合設置天文台的地點。以藏南縱谷地區為例,北邊是岡底斯山,南邊是喜馬拉雅山,這個地區非常乾燥,長期的衛星雲圖疊在一起,顯示出這裡竟然好幾年沒有下過雨!因為北邊下來的氣流在接近這裡之前就轉而向東,南邊印度洋上來的氣流遇到喜馬拉雅山也同樣沒輒。印度就選擇了在中印邊界(實際上是「中印未定界」)的漢來(Hanle),設置了一架2.2米的望遠鏡。