就在前一陣子，一位夏威夷原住民活動家在路中央躺了整整11個小時，目的是阻止科學(xué)家興建一臺新的大型望遠(yuǎn)鏡——30米望遠(yuǎn)鏡(ThirtyMeterTelescope，TMT)。
這臺望遠(yuǎn)鏡的主鏡直徑為30米，是目前全球最大可見光望遠(yuǎn)鏡的三倍。它將使天文學(xué)家看得更深、更遠(yuǎn)、更清晰。
一臺肩負(fù)重大科學(xué)使命的望遠(yuǎn)鏡為何頻頻被攔截?如果TMT的興建一直推遲將帶來哪些影響?
“下一個時代的主宰”卻屢遭推遲
TMT是一臺地基、光學(xué)—紅外的望遠(yuǎn)鏡，其臺址選定于夏威夷莫納克亞山。“TMT將是開創(chuàng)望遠(yuǎn)鏡下一個時代并主宰未來數(shù)十年光學(xué)天文觀測的望遠(yuǎn)鏡之一。”中科院國家天文臺副研究員、TMT項目組成員沈志俠告訴科技日報記者。
TMT主要在光學(xué)和紅外波段工作，它和另外兩臺下一代30米級望遠(yuǎn)鏡都是國際合作的產(chǎn)物。TMT建設(shè)各方包括美國加州大學(xué)、加州理工學(xué)院、日本國立天文臺、中科院國家天文臺、印度科技部和加拿大國家研究委員會等。我國有十余家科研院所和大學(xué)參與研發(fā)。
“由于TMT是光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，其鏡面加工精度要達(dá)到10-7米，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲直徑的百分之一，建設(shè)難度非常大，計劃經(jīng)費是14億美元。”沈志俠說。
“這樣拖延下去，時間、精力和經(jīng)費成本都會相應(yīng)增加。而TMT的興建意義深遠(yuǎn)，科學(xué)家們都希望能早點用上，以實現(xiàn)相應(yīng)的科學(xué)目標(biāo)。”中科院上海天文臺研究員劉慶會對抗議行為頗感無奈。
“另外，TMT是一個國際合作項目。拖延時間太長，可能導(dǎo)致某些國家中途退出。至少，參與TMT建設(shè)的國家都希望順利建成并盡快投入使用。”劉慶會說。
實際上，莫納克亞山是科學(xué)家在全球經(jīng)過5年尋覓才定下的理想場地。然而，抗議活動已使TMT的建設(shè)推遲了5年。盡管夏威夷最高法院已裁定TMT的建設(shè)合法，并且頒發(fā)了許可證，還幫助建設(shè)望遠(yuǎn)鏡的公司加快恢復(fù)其努力成果。但反對者的行動讓TMT的建設(shè)舉步維艱。
為何莫納克亞山是最優(yōu)選擇
劉慶會稱：“天文學(xué)家希望TMT能幫助他們研究宇宙大爆炸后宇宙中最早的時刻，以及識別太陽系外的更多行星。”
但根據(jù)夏威夷大學(xué)的說法，古代夏威夷人認(rèn)為，只允許最高級別的酋長和牧師長途跋涉至莫納克亞山頂。“反對者認(rèn)為，莫納克亞山是‘圣山’，在其山頂興建望遠(yuǎn)鏡是讓‘圣山’蒙羞。”
既然多番受阻，為何還要堅持在莫納克亞山興建TMT呢?據(jù)報道，莫納克亞山海拔4000多米，空氣清澈，光污染少，是世界上研究天文的最佳地點之一。截至目前，莫納克亞山頂坐落著13臺正在工作的望遠(yuǎn)鏡，國際著名的8—10米級望遠(yuǎn)鏡中，有4臺就坐落于此，其中包括美國8.1米的北半球雙子座、日本的8.3米昴星團(tuán)等望遠(yuǎn)鏡。
莫納克亞山覆蓋著類似火星表面的紅色土壤，幾乎找不到任何植被。來自太平洋的反氣旋在莫納克亞山海拔2000米的半山腰生成了一個近似“空氣墻”的逆溫層，阻隔了低海拔空氣、水汽以及塵埃向高海拔的運動，保證了山頂異常優(yōu)良的視寧度和大氣結(jié)構(gòu)。
劉慶會提到，莫納克亞山頂上方的云量以高空卷云為主，總體云量的情況相對通常的大陸型臺址要好很多。
2018年一項獨立民意調(diào)查表明，72%的夏威夷原住民(僅限登記選民)支持修建TMT，23%反對，3%不確定。“只不過支持者往往是沉默的，他們的聲音遠(yuǎn)比不過反對者的熱鬧與喧囂。”國家天文臺副研究員、TMT項目組成員馮麓坦言，倘若夏威夷的建設(shè)環(huán)境得不到改善，與其陷入漫長的僵持，不如更換臺址。
西班牙拉帕爾馬島是TMT第一備選臺址。“拉帕爾馬島的晴夜數(shù)、視寧度等多個最重要的臺址參數(shù)與莫納克亞山不相上下，主要的缺點在于低海拔水汽含量較高，會影響中紅外目標(biāo)的觀測。”沈志俠告訴記者，拉帕爾馬島每年可能有1—2周發(fā)生沙塵暴，影響觀測時間。
而且，觀測地址發(fā)生改變也意味著TMT的設(shè)計需要做出一定調(diào)整。“莫納克亞山當(dāng)前仍是TMT國際天文臺的首選。”沈志俠說。
緯度和云量是臺址選擇關(guān)鍵
望遠(yuǎn)鏡的選址并非易事，通常需要花費好幾年的時間。馮麓表示，在建望遠(yuǎn)鏡之前，科學(xué)家首先要分析，自己想要看什么，以及現(xiàn)在的望遠(yuǎn)鏡能不能看到。看不到的話，應(yīng)該造一個什么樣的望遠(yuǎn)鏡?
當(dāng)望遠(yuǎn)鏡類型確定后，就要考慮給它“安家”。就像找房子需要列出一二三項，望遠(yuǎn)鏡的選址不是拍拍腦袋的事。馮麓說：“臺址要能幫助望遠(yuǎn)鏡做到三條，一是看得見，二是看得深，三是看得更清晰。越遠(yuǎn)的天體越暗弱，能否看到這些天體，取決于望遠(yuǎn)鏡及其臺址的綜合能力。”
而對于夜天文的光學(xué)紅外望遠(yuǎn)鏡，臺址的緯度和云量是關(guān)鍵。
從緯度上看，天文臺臺址最明顯的差別是南北半球之分。在地球上，我們其實是“歪”著看向銀河系中心的。“這個朝向使得在南半球所對應(yīng)的南天可以看到更多銀河系內(nèi)的天體，尤其是更多的恒星。而在北半球?qū)?yīng)的北天，可以看到的銀河系內(nèi)的天體相比南天要少。但由于銀河系造成的遮擋相對更少，借助望遠(yuǎn)鏡就可以看到銀河系外天體。”馮麓解釋道。
從云量上看，臺址所在區(qū)域的天頂云量越少，望遠(yuǎn)鏡的觀測條件越好。“臺址的晴夜數(shù)大致決定了望遠(yuǎn)鏡正常工作一年能實際觀測的時間。”劉慶會表示，大氣中的水汽含量多會影響望遠(yuǎn)鏡的觀測，所以一個優(yōu)良的光學(xué)紅外天文臺址通常選在干旱、高海拔、少植被的地區(qū)。
“天光背景暗、空氣稀薄寧靜、水汽少、晴夜數(shù)多，是一個優(yōu)良光學(xué)紅外望遠(yuǎn)鏡需要滿足的條件。”劉慶會總結(jié)道，這也是世界上最好的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡選在莫納克亞山和阿塔卡瑪沙漠的原因。
需要注意的是，由于人類活動會造成空氣中存在大量灰塵、污染物，以及人為光造成的光污染，光學(xué)紅外望遠(yuǎn)鏡通常在遠(yuǎn)離人口密集區(qū)域的地方。
“不過，不能太偏僻，要有一定的基礎(chǔ)設(shè)施條件，否則建設(shè)和運維成本較大。”劉慶會表示。
“此外，不同類型的望遠(yuǎn)鏡對臺址的要求會有差別，比如光學(xué)望遠(yuǎn)鏡注重大氣條件，射電望遠(yuǎn)鏡則需要避免無線電干擾，還有些波段的觀測只能在太空中進(jìn)行。總而言之，望遠(yuǎn)鏡選址是一件十分復(fù)雜的事情。”沈志俠說。
幾位專家均表示，希望TMT能盡快開工。
