從安徽飛往蘭州或者西安，轉機落地敦煌后，再開車四個小時來到青海冷湖鎮。車窗外，茫茫的沙漠戈壁飛快向后掠過，落日余暉為遠方的群山之巔鑲上金邊。

從2019年起，在這條從清晨到黃昏的行程上，中國科學技術大學教授、墨子巡天望遠鏡 (Wide Field Survey Telescope，WFST)總設計師孔旭數不清奔波了多少回。人跡罕至的荒漠信號斷斷續續，他也因此經常處于失聯狀態。

經過4年的建設，墨子巡天望遠鏡迎來高光時刻，9月17日，墨子巡天望遠鏡首光儀式在冷湖臺址舉行，望遠鏡將正式開啟科學觀測。作為北半球光學波段時域巡天能力最強的望遠鏡，它每3個晚上能夠巡測整個北天球一次，可與預期在2025年投入使用的位于南半球的薇拉魯賓天文臺大型綜合巡天望遠鏡（VRO/LSST）在天區覆蓋上互補，實現全天時域監測，推動時域天文學的發展。

“鑒于墨子巡天望遠鏡的性能，我們希望它能盡早帶來突破性的原始創新發現?！笨仔駶M懷期待。

9月17日，墨子巡天望遠鏡正式啟用。中國科學技術大學供圖

冷湖臺址

墨子巡天望遠鏡所在的冷湖鎮，近些年因天文觀測聲名鵲起。它位于青海省海西州，曾是我國重要的石油產地。隨著上世紀80年代石油資源枯竭，冷湖逐漸萎縮成只有400個常住居民的小鎮，鎮上的出租車只有6輛。也正是由于海拔高、人煙稀少，這里幾乎沒有光污染，繁星璀璨的夜空格外通透。

“夜幕漆黑，絢麗的銀河拱橋肉眼可見?！闭劶啊靶谴蛊揭伴煛钡膲衙谰跋?，天文愛好者小方難掩激動，“仿佛走到地平線盡頭，就可以順著天梯遨游星空。”

相比天文愛好者的感性，天文學家用更精準的數據評判了冷湖的觀測條件。

光學觀測臺址是極其寶貴的稀缺資源，目前國際公認的最佳臺址只有智利北部山區、美國夏威夷莫納克亞峰、南極內陸冰穹地區。2017年開始，國內相關研究團隊在海西州西部無人區開始臺址搜尋工作，冷湖賽什騰山區走入天文學家的視野。經過數據監測，他們發現，冷湖賽什騰山C區（4200米標高點）的視寧度中值為0.75角秒，可與夏威夷莫納克亞天文臺址的條件相媲美。

墨子巡天望遠鏡安置于青海省海西州茫崖市冷湖鎮海拔4200米的賽什騰山天文臺址。中國科學技術大學供圖

0.75角秒是什么概念？星光穿過大氣到達人眼和設備，而大氣壓縮或者膨脹造成空氣混亂流動，光線經過這些地方會發生彎折和抖動，大家經?？吹叫切恰罢Ｑ劬Α?，眨得越厲害，表示視寧度越差。

一個圓切成360份，每份是一度，把一度再切成3600份，其中一份是一個角秒。0.75角秒是眼睛分辨不了的非常小的角度?！耙晫幎仍叫?，觀測到的天體越穩定。大家在城市里看到的星星‘眨眼’覺得很美，而從這里看，星星是基本不閃爍的，這樣的條件對于天文觀測十分有利?！?/p>

當地少雨，全年降水量只有50毫米，每年有大約270個條件較好的觀測夜。夜間，臺址的氣溫波動（峰谷差）中位值僅為2.4攝氏度，這表明大氣非常穩定，適合天文觀測?！百愂豺v山是戈壁上突然冒起來的一座山，前后沒有遮擋，是很理想的天文臺選址?！笨仔裾f。

冷湖國際一流臺址的發現，為我國光學天文發展創造了重大機遇。在賽什騰山上，多個正在建設中的望遠鏡像珍珠一樣散落在山間，它們白色的圓頂在連綿的石山上頗為搶眼，為壯麗的自然環境營造了科幻片般的神秘感。

30個望遠鏡的落地和建成，將使冷湖成為中國甚至亞洲最大的天文臺。

“墨子”安家

從平均海拔2700米的冷湖鎮出發到達賽什騰山，有一個半小時的車程。在山腳下，汽車沿著蜿蜒的盤山路向山頂駛進，深褐色的群山溝壑縱橫，山上遍布嶙峋碎石，“小心落石”的提示牌讓司機不由得多了一份謹慎和專注。

墨子巡天望遠鏡于2019年7月開始建設，彼時，專門為天文臺址新建的盤山路還沒有完工，孔旭到山頂勘查望遠鏡臺址，需要先開著四驅車順著山間炸出來的窄路到達山腰，坑坑洼洼的路面經常將車子顛到路面外。直至前方已經無路可行，他就背著方便面、水、黃瓜，攀爬3個小時到達頂峰。

高海拔地區稀薄的空氣增加了登山的難度，陡峭山崖上還不時有落石滾下。有一次，團隊中的一員攀登時將山石踩踏松動，山石掉落擊中孔旭的膝蓋，他簡單處理了傷口，將血跡擦掉，堅持爬到了山頂。山上的紫外線強烈，孔旭曾被曬得脫皮，眼睛刺痛流淚。

在賽什騰山上安置30個望遠鏡，需要冷湖天文觀測基地學術委員會進行討論和統一規劃。墨子巡天望遠鏡的位置可謂“黃金地帶”，它位于一處4200米的較為平整的大山頭?！斑@是當時可以到達的最高山峰，星光到達望遠鏡要穿過地球大氣，望遠鏡越高，觀測受到大氣的影響就越小。”孔旭說，此地處于上風口，望遠鏡前面沒有任何設施阻擋，周邊空氣平穩地從望遠鏡上方流過，不會對視寧度造成干擾。

今年7月底，望遠鏡本體和相機運抵臺址，安裝調試后于8月15日迎來首次工程觀測測試。9月10日，新京報記者前往墨子巡天望遠鏡探訪。站在海拔4200米的山頂，遠處圣潔的雪山和遼闊的柴達木盆地讓人內心平靜，但缺氧的環境、8攝氏度的低溫和尚未完備的工作條件仍是科研人員需要面對的挑戰。由于山上暫未通水，他們在山下將飯菜打包上山后加熱食用。

在望遠鏡的觀測控制室，中國科學技術大學教授姜繼安身穿厚實的抓絨沖鋒衣，在電腦前通宵觀測，白天再下山睡覺休息。他此前在日本國立天文臺工作，從事時域巡天研究。為了墨子巡天望遠鏡，他于今年4月回國工作，“這個望遠鏡和我的研究契合度是100%的，它有無限潛力?！钡谝淮蝸淼劫愂豺v山時，他對這里很滿意。“我不在乎工作條件是否艱苦，這里的觀測條件很理想，沒有光污染。環境越暗，越容易探測到更加遙遠的天體或者暗弱的天體?！?/p>

與射電望遠鏡中國天眼（FAST）不同，墨子巡天望遠鏡是光學望遠鏡，工作在可見光波段。墨子巡天望遠鏡的名字是為了紀念中國古代科學家墨子，他在兩千多年前首次發現了光線是沿直線傳播的原理，并進行了小孔成像實驗，被譽為“世界光學第一人”。

但墨子巡天望遠鏡與同屬于光學望遠鏡的郭守敬望遠鏡（LAMOST）也不一樣。郭守敬望遠鏡進行光譜觀測，通過光譜，天文學家可以確定恒星的溫度、壓力和化學組成等。而墨子巡天望遠鏡進行圖像觀測，強調“時域巡天”?？仔衽e例說，墨子巡天望遠鏡對著一塊天空拍照，過幾個小時再拍一次，兩相對比，就得知哪個天體發生了變化。郭守敬望遠鏡素有“一眼千星”的美譽，而觀測同樣的天區時，墨子巡天望遠鏡可以給幾億個天體拍照。

姜繼安說，墨子巡天望遠鏡可以對有趣的天體進行快速“初篩”，后續再和其他望遠鏡進行合作觀測，發現更多天體的秘密。

北半球最強

夜幕降臨，高度10米、重達50噸的望遠鏡圓頂緩慢開啟，望向宇宙深處。

作為一臺口徑為2.5米的大視場光學成像望遠鏡，墨子巡天望遠鏡的搜索效率高、探測范圍廣，能夠每3個晚上巡測整個北天球2萬平方度一次，是北半球光學波段時域巡天能力最強的望遠鏡，可以發現暗弱至23等的天體。

在孔旭的帶領下，記者參觀了望遠鏡的內部。據他介紹，望遠鏡用30秒拍攝的一幅圖像為1.76GB，相當于一部高清電影，一晚上可以獲得1.6T的數據。望遠鏡內部有一臺數據存儲柜，如果網絡中斷，可以存儲一個月的數據。這些數據通過光纖傳送至中國科學技術大學，那里的數據中心可以存儲20年的數據。內部還有一個嗡嗡作響的設備間，集中了防斷電設備等發熱的設備，將噪音和熱源隔絕于內，否則熱量會在空氣中產生對流，影響大氣視寧度。

在總設計師孔旭的帶領下，記者參觀了墨子巡天望遠鏡的內部。新京報記者 張璐 攝

在地下室可以清晰看到，重達50噸的望遠鏡支在一個圓墩上，和外圍地面留有一圈縫隙，沒有物理接觸?！斑@是因為我們走路時有震蕩，會影響望遠鏡的觀測。地面和下面的基巖中間有70公分的緩沖沙，盡量克服人走路的震動對天文觀測的影響?！?/p>

作為“北半球最強”，望遠鏡的研發過程極具挑戰。孔旭說，望遠鏡采用了國際先進的主焦光學系統設計，覆蓋視場直徑3度，配備了7.65億像素大面陣拼接CCD相機。

CCD是感光元件，可以將光子轉換成電子讀出，呈現數碼圖像。“9片CCD芯片拼接后要在零下100攝氏度的環境中工作，盡管芯片厚度不一，但拼接的平整度必須控制在20微米以內，否則望遠鏡就會出現‘近視’或者‘遠視’的情況。”為了攻克這一難關，中國科學技術大學物理學院的王堅團隊運用熱力學仿真并多次改進工藝，達到了這一苛刻要求。

另外，2.5米大口徑望遠鏡的主鏡很薄，只有12公分，薄鏡面豎直時受力比較均勻，但傾斜觀測不同方向天體時，受力不均會導致鏡面變形。為了突破這一瓶頸，中國科學院光電技術研究所科研人員采用了主動光學支撐系統，對主鏡重力形變和熱形變等進行實時矯正，使望遠鏡更好成像。

望遠鏡推進與建設，由中國科學技術大學負責牽頭組織實施，中國科學院紫金山天文臺予以全方位協助。建成后，由中國科學院紫金山天文臺主要負責該設施的運行，中國科學技術大學予以全方位協助。在調試和初步觀測階段，觀測控制室每晚至少有4人值班觀測，目前中國科學技術大學已經建好了遠程觀測室，即將投入使用。

助力黑洞、近地天體等研究

墨子巡天望遠鏡首次調試觀測，就獲得了球狀星團和旋渦星系的觀測圖像，姜繼安在電腦中展示了一張望遠鏡拍攝的仙女座大星系M31的圖像，這是距離銀河系最近的大星系。“望遠鏡最大優勢就是有很大的視場，能拍攝到很深的圖像。我們希望能找一些大的天體圖像作為首光圖像，可以展現望遠鏡的性能?！?/p>

未來，墨子巡天望遠鏡將有哪些科學發現？

近年來，近地小行星飛掠地球的新聞時常引發公眾關注。墨子巡天望遠鏡巡天數據可用于開展近地天體監測，助力預警和防御。近地天體指運行軌道靠近地球軌道的太陽系天體，包括小行星和彗星等?！皹嫿ūM可能完整的近地天體星表，還能監控它們對地球生命安全的潛在威脅。”孔旭說，墨子巡天望遠鏡開展全天圖像巡天，可以探測、監視、編目和證認90%的潛在有威脅的尺寸大于140米的近地天體。

近地天體可能會攜帶太陽系中的原始物質，為研究太陽系起源提供關鍵線索。預期墨子巡天望遠鏡每晚的巡測可以觀測到數千顆近地小行星。這些觀測有望揭示近地天體軌道特征與動力學起源和物理特性，地球上水和生命的起源是否來自外太空。

前沿時域天文現象也是望遠鏡巡天觀測的主要研究對象，包括引力波事件電磁對應體、黑洞潮汐瓦解恒星事件、伽馬射線暴、快速射電暴、超新星激波暴等。

孔旭舉例說，黑洞潮汐瓦解恒星事件是指一顆恒星被星系中心黑洞捕獲，其物質被強潮汐力瓦解并形成一個或多個吸積爆發過程的事件。潮汐瓦解事件可以幫助天文學家更好地了解恒星的內部物質結構、強引力場條件下物質運動規律，同時研究黑洞的增長和演化。

探索的腳步永遠向前，“我們在謀劃下一代更大口徑的望遠鏡，希望當地留一個位置，能夠放置6-6.5米以上口徑的望遠鏡。”孔旭說。

新京報記者 張璐

編輯 劉茜賢 校對 趙琳