一張圖看懂地球以外的星星（地球上這個地方）

2023-07-17 16:33:56 2

「坐地日行八萬裡，巡天遙看一千河。」

一直以來，浩瀚的星空都寄託著人類無限的遐想，隨著天文學的進步，天文觀測技術也在不斷發展。

2021年12月25日，哈勃望遠鏡的繼任者，韋布望遠鏡成功發射升空，它將接替「前任」的工作，繼續擔任「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，由於沒有輔助工具，只能通過肉眼進行觀測，因此出現了大量像我國琅琊臺、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現兩塊鏡片疊加能夠看清遠方，並製作出人類歷史上第一架望遠鏡。

伽利略受此啟發，於1609年發明了一種以凸透鏡為物鏡，凹透鏡為目鏡的光學系統，被稱為伽利略式望遠鏡。伽利略利用這臺望遠鏡創造了大量天文觀測成果，發現了月面大量的環形山，繪製了歷史上第一幅月面草圖；發現了木星的四顆衛星；觀測到了土星的「光環」……天文學從此進入望遠鏡時代。

隨著技術的發展，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，射電望遠鏡並沒有光學鏡頭，它由天線和接收系統構成，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，FAST）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，FAST建於貴州省平塘縣，之所以選擇這個地方，也是在全國範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、無線電環境等都是選址要考慮的範疇。

FAST位於喀斯特地貌區，巖石透水性強，有利於地表水向下滲透，利於整體的排水，而且此地人口稀少，周圍高山環繞，能夠有效屏蔽周圍的無線電磁波幹擾。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於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，雲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乾燥少雨，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，人造光源帶來的光汙染會使夜天光增亮，空氣中的煙霧、粉塵會增加大氣吸收，無線電發射臺發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域。

說到專業天文臺的選址標準，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生變化。在天文學中，大氣溫度或大氣密度隨機起伏會引發折射率場湍動，這些改變都會嚴重影響光學成像系統的觀測質量，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，晴夜佔比，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紫金山上，那裡雲量相對較小，溫度低，空氣稀薄、清新，能夠在一定程度上避免環境因素對觀測效果的影響，滿足觀測需求。而位於青海冷湖，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」。