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宇宙千里眼

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为了迎接50周岁的庆生,欧洲南方天文台(European Southern Observatory,以下简称欧南台),将在今年9-10月推出一系列展览、研讨会等活动。你若是一名天好者,不妨亲自前往智利参观,欧南台也是另类的旅游圣地,在ESO各个天文台,在晴朗无月的夜晚,参观者甚至有机会看到在最亮的那些星星照耀下的自己的影子。只是,你必须忍受沙漠的极端气候,因为,这只大眼睛,就建在智利北部的阿塔卡马沙漠里。

世界上有不少著名的天文台,像英国格林尼治皇家天文台、美国夏威夷莫纳克亚天文台,都只属于个别国家,而欧洲南方天文台则是一个由14个欧洲国家组成的国际性天文学研究机构,是欧洲天文科学力量整合的产物,主要观测设备位于智利。欧洲在第一次世界大战前,便停止了对新天文仪器的建造。二战后,由于现代天文望远镜在结构上越来越精密,在造价上也越来越高昂,这不是二战后衰弱的欧洲国家能个别负担的。

为了让欧洲的天文学家能研究南方的天空,1962年10月5日,德国、法国、比利时、荷兰和瑞典在巴黎签署一份协议,决定共同在南半球创建天文台,并命名为欧洲南方天文台。后来陆续有丹麦、芬兰、意大利、葡萄牙、瑞士、英国、西班牙、捷克和奥地利加入。一年后,ESO派出专家考察了智利北部的阿塔卡马沙漠,并最终选择在那里建起天文台。1969年3月25日,ESO在阿塔卡马沙漠南部的拉西拉山正式剪彩。随后的几十年里,ESO在这片沙漠中建起了多个世界级的天文望远镜,获取了多项重大天文发现。

各会员国为ESO缴纳会费维持运营,2008年和2009年的费用分别为1.34亿欧元和1.41亿欧元。与此同时,ESO各成员国的天文学家和天体物理学家可以使用ESO最先进的地基望远镜对天空进行观测,并进行国际合作,而ESO各天文台所在地—阿塔卡马沙漠正是世界上南方天空的最佳观测地点之一。

ESO三大观测地

智利有天文观测圣地之称,而ESO的大部分观测设备位于智利北部阿塔卡马沙漠的3个观测地:拉西拉(La Silla)、帕瑞纳(Paranal)和拉诺德查南托(Chajnantor)。

1969年,ESO把它的第一个天文台建在了位于智利圣地亚哥以北600公里、海拔2400米的拉西拉山上,拥有多个先进的光学望远镜。圆顶的拉西拉3.6米口径望远镜于1977年开始运行,其后不断升级改造,搭载的高精度视向速度行星搜索器(HARPS),毫无疑问是世界上最成功的行星追踪器。最近,它发现一些围绕主星旋转的行星,运动轨道与主星是相反的—这与我们太阳系的例子正好相反。

1989年在拉西拉落成的3.5米口径新技术望远镜(NTT)是世界上第一台主镜由电脑控制的大型望远镜,天文学家不用千里迢迢从欧洲横渡大西洋飞到智利观测,直接在德国慕尼黑总部就可以遥控它。它特殊的主动光学系统现在被运用在所有现代大型望远镜上如“甚大望远镜”(VLT)和未来的“欧洲极大望远镜”(E-ELT)上。

虽然拉西拉拥有多个先进的天文望远设备并获取了多项地面天文观测成果,但欧洲天文界的旗舰级设备当属位于帕瑞纳山顶、8.2米口径的“甚大望远镜”(VLT)。帕瑞纳天文台位于智利安托法加斯塔以南约130公里,海拔2600米,距离太平洋海岸线12公里,这里遍地红沙并且缺少植被,是世界上最干燥的地区之一。

作为目前世界上最先进的光学望远镜,VLT最不同寻常的地方是,它不只是一台望远镜,而是由4台8.2米口径的“单元望远镜”(主镜)和4台1.8米口径可移动“辅助望远镜”组成的合成望远镜。它们形成一个巨大的光学合成干涉仪,可获得比单独一台望远镜清晰24倍的天体影像。

科学家们希望通过VLT这只“宇宙千里眼”,搜索太阳系旁邻近恒星的行星,研究星云内恒星的诞生,观察活跃星系核内可能隐藏的黑洞及探索宇宙的边缘。

VLT对天文观测界产生的影响是无可争议的。它是最多产的单一地基天文设施,平均每天有不止一项研究成果在天文科学出版物公开出版。它也帮助ESO成为世界上研究成果最丰硕的地基天文台。VLT有几个显著的科学新发现,包括拍到太阳系外行星的首张影像,追踪在银河系中心超大质量黑洞周围移动的单个恒星,以及观察可知最远的伽马射线暴(GRB)的余辉。ESO的数个天文望远镜对银河系超大质量黑洞进行了16年的研究,获取了最详尽的数据。

山脉中的眼睛

在智利安第斯山脉的拉诺德查南托,海拔5000米、极端干燥的地方,正在建设现今最大的地基天文项目—阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列(ALMA)。它是世界上最高的天文台之一,也是一个国际合作的天文设施,由欧洲、北美、东亚与智利合作建设及运营。ALMA项目计划耗资13亿美元,建设工作于2003年启动,将在2013年全部完成,而初期应用所必需的16个抛物面天线的架设已经完成并于2011年秋天投入应用。

建成后的66个直径为12米或7米的抛物面天线将作为1架巨大的射电望远镜工作,届时ALMA将拥有0.01弧秒的分辨率,相当于能看清500多公里外的一分钱硬币,其视力超过“哈勃”太空望远镜10倍。ALMA将主要用于获得有关星系和行星演变的数据,寻找新天体以及探寻宇宙中是否存在能进化成生命的物质。

另外一只山脉眼睛位于塞鲁阿玛逊斯山。2006年,欧洲议会批准了一项议案,开始研制ESO的极大望远镜(Extremely Large Telescopes,E-ELT)。2010年,E-ELT定址于智利阿塔卡马沙漠深处的塞鲁阿玛逊斯山,海拔3060米,离VLT所在地帕瑞纳约20公里的地方。

项目2011年动工,计划21世纪20年代初投入使用。E-ELT被称为“世界上最大的天眼”,目前口径最大的光学望远镜是座落在夏威夷的凯克望远镜(Keck),口径有10米,而ELT的主镜口径竟然达到了近40米,将由798块直径1.4米的六边形镜片拼合而成,它的圆形屋顶大约高80米、直径100米。E-ELT所提供的精确数据,将帮助人类找到宇宙起源的地方,更彻底地研究生命形成和进化的过程。

科学家生活在巨眼里

毫无疑问,除了硬件外,欧南台还聚集了全球最顶尖的天文学家们。他们的生活和工作并没有我们想象中的那般艰苦,坦白说,他们其实居住环境还不错。若前往欧南台参观,游客们亦可以入住到欧南台自己的生态旅馆。为摆脱干旱的外部环境,使人们生活和工作在这里成为可能,欧南台依靠最先进的环保技术,在帕拉纳大本营建起了一座生态旅馆。第22部邦德电影《微量情愫》(Quantum Of Solace)有一部分场景就是在那里拍摄的,为此剧组还给ESO的VLT拍了个007风格的广告片。

这座嵌入地下的L形“沙漠绿洲”,耗费1100万欧元;建筑材料均属于环保材料,不会导致任何污染。建筑面积1万平方米,其中有1000平方米室内花园,被一个直径35米的圆顶覆盖,使用天然材料和颜色,使其与阿塔卡马沙漠的景观融为一体。它共有4层,108间客房,设施包括餐厅、音乐厅、图书馆、游泳池、桑拿浴室,于2002年2月开张营业。旅馆平常主要供长期在极端干燥和封闭的环境下工作的专家和技术人员居住,虽然他们的换班时间较长,但他们同时也可获得较长的休息时间,在旅馆里尽可能地放松身心。

中国游客或许会对这座嵌入式的酒店倍感亲切,因为它的外观看起来很像中国黄土高坡上的古窑。来自国内的参观者谷岳亦有同感。的确如此,来自德国的酒店设计师菲利普·奥尔的设计理念参考了中国西北的古窑。它利用沙漠中现有的下陷地形,将建筑水平展开嵌入地形中,如同坚实的水坝,顶面平整,主入口通过长长的下沉坡道进入主要的圆形大厅。当初,欧洲南方天文台给菲利普的建筑预算不多,采用“嵌入地形”的设计,帮助菲利普节省了很大一笔开销。更重要的是,埋在地下的酒店依靠“地热”,实现了不用空调却四季如春的神话。

不过,在拉西拉和帕瑞拉,公众参观者无法在那过夜或获取食物,两地的食宿只提供给ESO员工。此外,切记在日落后是不允许在户外使用闪光灯拍照的,因为对满布星星的天空来说,灯光就是污染源。

参观者谷岳说

问:你是几时参观ESO的,为什么想到去哪里参观?

答:2011年12月初, 当时正好路过智利北部的阿塔卡马沙漠,之前记得在报纸上读过关于这里的天文台。

问:参观人员需要满足什么条件?是否有参观的费用?

答:2012年开始每周六对外开发,前往前最好查一下他们的网站。据我所知参观都是免费的。

问:请具体谈谈你参观的感受?那里是什么样子的?

答:这里是世界上最干燥的地区之一,一年340天是晴天,感觉就像在火星上,周围只有石头和沙子和土,没有任何的植物。

我们到访的当天,西边来自太平洋的云被这座山挡住,东部的安第斯山脉挡住了大西洋来的雨云。太阳快下山的时候, 科学家也要准备工作了。 在4号望远镜的技师准备开始把天窗打开。Gonzalo带着我们进去4号里,进门往上看这个巨大的望远镜有8层楼那么高。好像自己在一个科幻小说里。 这座巨型机械最底下就是22吨重的镜子。4号有一个特殊的功能,就是可以用激光在制作一个人工星星,帮助消除地球大气层的失真。4号拍摄了第一个太阳系行外星的图像。

整个仪器在转动,我站在走廊边,看到地面上的移动圆盘帮助望远镜转动。这个移动花了好几分钟才结束。 紧接着,望远镜也开始往我们这边倾斜。 第三步,天窗开了。 我的嘴都张得很大,场面很壮观。