智利的欧洲南方天文台。
智利的欧洲南方天文台。ESO / M。Kornmesser/CC BY 4.0

1963年,天文学家杰拉德柯伊伯租了一架飞机,飞越云层,在夏威夷的莫纳克亚山顶上空盘旋。他需要一座山,而他在这里看到的第一座山哈雷阿卡拉山让他失望了——雾太大了。但莫纳克亚山,太平洋上最高的山,向太空延伸得更近。煤渣锥周围的空气干燥而寒冷,天气平静而稳定。柯伊伯说服了该州的州长,帮助他开辟一条崎岖不平的通往山顶的道路,然后花了几个月的时间收集有关那里的光线质量的数据。最后,他确信,对于天文学家来说,莫纳克亚山“可能是世界上最好的地方”,是看到“月亮、行星和星星”的完美地方。正如他在网站的落成仪式上所说的那样"这是一颗宝石! "到20世纪70年代末,山顶上安装了四台精密的望远镜。

现在有了13个望远镜在莫纳克亚山上,国际财团正在建造一个新的巨型仪器,30米望远镜(TMT),计划再增加一个。TMT小组确信,就像柯伊伯一样,这将是世界上最适合他们项目的地点。他们知道它“对当地人具有重大的文化和考古意义”,但他们还是去了。他们与希望保护该遗址遗产的当地人进行了法律斗争,但在经历了多年的法律挑战和抗议之后,上周,夏威夷最高法院批准了望远镜的建造许可。

当TMT小组开始为这种前所未有的光学和技术结合寻找一个地点时,他们首先考虑了“地球上所有可能有趣的地点”,最终选择了可能是地球上最著名、最受考验的天文地点。同样的事情也发生在另一个雄心勃勃的望远镜项目上:今年夏天,建造巨型麦哲伦望远镜的团队在智利阿塔卡马沙漠的拉斯坎帕纳斯天文台破土动工,这是世界上另一个重要的天文地点。当然,任何耗资数十亿美元的项目都希望选择最好的地点。是什么让这些精选的山顶对天文学家来说如此不可抗拒?

莫纳克亚山的日落。
莫纳克亚山的日落。Keith Kendrick/CC BY-SA 2.0

在某种程度上,这很简单。天文学家想要捕捉到从遥远的恒星、行星和星云射到地球上的干净而清晰的光,他们想要每年尽可能多的晚上这样做。有一些明显的因素阻碍了这一目标。来自附近人类住区的光污染使得人们很难看到最微弱的物体。风会使望远镜发出震动,影响其精度。云层会成为阻碍,尤其是对于在可见光光谱中工作的望远镜。地点选择从地球上一年中无云夜晚最多的地方开始。Beplay客户端安卓版但这还不够。

“一旦你找到了一个足够清晰的地方,你就必须找到一个湍流很小的区域,”欧洲南方天文台(European Southern Observatory)负责现场监测的应用物理学家马克·萨拉津(Marc Sarazin)解释说。这种热乱流是在冷热气团改变高度时形成的。萨拉津说:“这就产生了你在炎热的夏天在柏油路上开车时看到的景象。”“一切都在动;你看得不太清楚。这对天文学家来说是一样的,当他们向上看时,如果有被扰动的层。星星就不会那么明亮了。”

这种质量——恒星的清晰度——就是天文学家所说的“可见度”,也是选择观测地点最重要的标准之一。但也有其他细节需要考虑。充满水蒸气的空气会使仪器起雾和结霜,并干扰红外光谱中的光线。无线电波和微波辐射会干扰望远镜,而且一个白天变热、晚上变冷的地方也会成为一个问题。

其中一些参数的变化取决于天文学家希望进行的观测类型。红外线望远镜项目可能会把更多的多云夜晚换成湿度更低的地点,而多云夜晚对光谱的那一端来说并不是什么大问题。“这都是妥协的问题,”萨拉津说。

最重要的是,如果人们跑步和使用望远镜可以相对容易地到达那里,这意味着道路。天文学家和支持人员需要能够舒适地工作。莫纳克亚山是如此之高,以至于上世纪60年代在那里建造第一座天文台的施工人员都因为高原反应而慢了下来。

在同一时期,贺拉斯·巴布科克(Horace Babcock)正在南半球寻找一个观测站,以便卡内基科学研究所(Carnegie Institution for Science)为其未来的雄心奠定基础,他担心在一个有希望的地点能否获得水。拉斯坎帕纳斯,他后来告诉一位采访者“从一开始,它就很有吸引力”——晴朗的夜晚,绝佳的视力——“只是看起来似乎没有多少可用的水。”

随着基础设施在一些偏远地区的建设,它们变得更具吸引力,部分原因是它可以降低项目的成本。在其关于潜在地点的报告中,TMT集团指出,“作为一个拥有几个天文台的发达地区,TMT所需的大部分基础设施都存在于莫纳克亚山上。”原来拉斯坎帕纳斯有水。而且它有足够的空间放置很多望远镜。

南极的望远镜。
南极的望远镜。Amble/CC BY-SA 3.0

如今,像Sarazin这样的网站测试人员拥有丰富的数据,他们可以利用这些数据来评估潜在的网站,而不必跋涉无尽的山顶。作为一般规则,站点测试人员可能会从最高的山脉开始,拥有最少的邻居,并根据在简短的站点列表中收集的进一步数据缩小他们的选择。即使在智利北部,理论上仍有数百座山峰可以提供良好的天文条件。

考虑到所有的因素和妥协,世界上有三种主要的地方最适合用望远镜观测可见光。Beplay客户端安卓版一个是南极洲——干旱高原的高峰湍流很小,周围都是黑暗。条件很残酷,但是,支持者认为在美国,向南极洲发射望远镜要比向太空发射望远镜便宜。第二是沿海多山地区,那里的风来自海洋,最大限度地减少了山峰上的湍流。智利符合这一描述。第三个是岛上的一座孤立的山,那里所有的条件都是合适的。夏威夷有这样的山脉。加那利群岛也是如此。差不多就是这样了。

天文学家确实考虑到在其他地方存在黄金地点的可能性。TMT的研究人员指出,乌兹别克斯坦有一个很好的、未命名的地点,墨西哥北部和北非也有潜力。有一些人对肯尼亚山感兴趣,中国可能有很多好地方。但是,自20世纪60年代和70年代以来,放置巨型光学望远镜最明显和最理想的地方并Beplay客户端安卓版没有改变。

“从来没有人对地球做过全面的调查,”萨拉津说。“我们不能说我们已经找遍了所有地方。我们或多或少知道可以提供地点的地区,但当然,个别山脉的特征还没有全部确定。所以现场测试人员仍有工作要做。”