▲中德亚毫米波望远镜（CCOSMA）圆顶

▲中德亚毫米波望远镜主体结构

羊八井天文观测站海拔4300米，是中国科学院国家天文台建于西藏的第一个专业天文台站，是北半球运行中的海拔最高的亚毫米波天文台，在世界上仅次于北智利的 Atacama 亚毫米波台址高度。

▲中国科学院国家天文台西藏羊八井观测站

在亚毫米波，有大量的分子谱线的发射，中德亚毫米波望远镜（CCOSMA）为研究恒星形成、星际介质以及近邻星系提供了很好的手段。

▲位于银河系银道面的恒星孕育场分布图

波长为1—10毫米的电磁波称毫米波；波长为0.1—1毫米的电磁波称为亚毫米波。

与光波相比，毫米波和亚毫米波利用大气窗口传播时的衰减小，受自然光和热辐射源影响小。因此，它们在通信、雷达、制导、遥感技术、射电天文学和波谱学方面都有重大的意义。

用毫米波和亚毫米波的射电天文望远镜探测宇宙空间的辐射波谱可以推断星际物质的成分。在波谱学中，亚毫米波可用于探索物质的微观结构。

射电望远镜是能收集来自宇宙射电源或空间探测器波长从0.1mm 到30m射电辐射，具有指向和测定射电源位置，对它们进行跟踪观测的天文仪器，可以测量天体射电的强度、频谱及偏振等。

上世纪六十年代中期的四大天文发现：类星体、脉冲星、星际分子和微波背景辐射，都是利用射电天文手段获得的。在此之前，人类只能看到天体的光学形象，而射电天文则为人们展示出天体的另一侧面——无线电形象。由于无线电波可以穿过光波通不过的尘雾，射电天文观测就能够深入到以往凭光学方法看不到的地方。银河系空间星际尘埃遮蔽的广阔世界，就是在射电天文诞生以后，才第一次为人们所认识。

▲中国科学院国家天文台西藏羊八井观测站

天文学是研究宇宙空间天体、宇宙的结构和发展的学科。主要通过观测天体发射到地球的辐射，发现并测量它们的位置、探索它们的运动规律、研究它们的物理性质、化学组成、内部结构、能量来源及其演化规律。

古代的天文学家通过观测太阳、月球和其他一些天体及天象，确定了时间、方向和历法。据记载，早在公元前100多年，藏族就有了自己的历法，那就是以月亮的圆、缺、朔、望来计算月份的苯教历法。

而天文台是专门进行天象观测和天文学研究的机构。晴夜数、大气透明度、视宁度和干燥度等指标，是判断、衡量一个地方能否成为天文台址的首要条件。在这方面，青藏高原被认为是建设天文台“可能性”最大的候选地之一，为了运用科学的观测数据证实这一观点。同时，也为了给中国未来尖端天文望远镜的投放、架设提供更好的选择。上世纪八十年代，时任北京天文台（中国科学院国家天文台前身）台长的王绶琯院士，联合国内多家天文台、研究所、观测站等单位的天文研究人员，共同开赴祖国的西部地区，寻找合适的天文台址。

此次天文台址的踏勘工作，无论从观测仪器还是测量时间来说，都不足以形成真正的认识。在经过对西藏部分地区的初步踏勘、观测后，天文研究人员取得了一些初步数据。在此基础上，中国科学院国家天文台又于2003年启动了新一轮天文台址的踏勘工作。“这次天文台址的踏勘工作主要目的是为将来的世界级大型光学、红外天文望远镜选择台址。顺便也可发现一些合适的台址为中德亚毫米波望远镜（CCOSMA）找一个‘家’。”中德亚毫米波望远镜项目首席科学家王俊杰研究员介绍。

从中德亚毫米波望远镜圆顶建筑在西藏羊八井落成到进入安装调试，从中德亚毫米波望远镜主镜面表面精度调整及测量达到世界水平到成功“开光”。王俊杰带领着一批天文研究人员奋战在羊八井这片海拔4300多米的“天文高地”上，守护着国内唯一一架可用于常规天文观测的亚毫米波望远镜，也是目前北半球台址海拔最高的亚毫米波望远镜。

▲位于阿尔卑斯山的KOSMA 亚毫米波望远镜及其圆顶

▲KOSMA底层基座被直升飞机成功吊离圆顶

国家天文台中德亚毫米波望远镜（CCOSMA）项目于2009年9月启动，由中国科学院国家天文台联合国内多家单位，与德国科隆大学合作，将位于瑞士阿尔卑斯山海拔3100米Gornergrat的3米口径KOSMA（已更名为CCOSMA）亚毫米波望远镜技术拆移至中国西藏自治区拉萨市当雄县海拔4300米的羊八井，并进行升级改造。

“当时，我与中国科学院国家天文台的工作人员一道去了瑞士阿尔卑斯山，与德国专家一起对CCOSMA进行技术拆移。”王俊杰研究员回忆说，这次技术拆移工作投入了大量的人力、物力、财力，甚至动用了小火车、直升机等运输工具。工作人员一边拆卸望远镜零部件，一边记录着拆装步骤，以期回到国内后还能按部就班地安装好。在经过近两个月的海运后，CCOSMA终于泊入天津港，最终由青藏线运抵羊八井。“迎接这位来自阿尔卑斯山上的‘来客’，还真是不容易呢！”

随后，中德亚毫米波望远镜项目组人员在恶劣的环境和极其艰苦的条件下，于2010年至2011年完成了该望远镜的安装工作，并建成国家天文台在西藏的第一个专业天文台站羊八井站。“这是中国第一架可进行常规天文观测的米级亚毫米波望远镜，也是目前北半球台址海拔最高的亚毫米波望远镜。”王俊杰研究员介绍。

▲研究人员在操作设备

2014年10月31日，安装在中国科学院国家天文台西藏羊八井观测站的CCOSMA亚毫米波望远镜在中德双方科技人员的共同努力下迎来“初光”。“First light”所观测天区为银河系内恒星形成区DR21，所用频率分别为345和230 GHz，对应分子谱线分别为CO（3-2）和CO（2-1）。2016年3月，中国科学院国家天文台西藏羊八井观测站邀请国内多家天文台、研究所、高校的专家召开了中德亚毫米波望远镜（CCOSMA）鉴定会，鉴定结果为该望远镜已可以开展大尺度科学研究工作。

通常，国际上大型的亚毫米波望远镜都具有“怕光”的独特属性。每当太阳升起时，观测者就不得不立即关闭望远镜，停止观测工作。但是在羊八井，情况则恰恰相反。工作人员事先在CCOSMA圆顶的夹缝处罩上了一层特氟龙材质的幕布，它可以吸收、遮挡其他所有光线、信号，唯独透过亚毫米波，所以CCOSMA可以进行太阳的亚毫米波观测。“CCOSMA来到西藏后，我们已经完整地扫描了太阳表面，得到了全日面的亚毫米波图像。甚至可以看出，太阳表面的亚毫米波辐射并不是均匀的。”王俊杰研究员透露了CCOSMA目前所测试观测的一些“成果”。

▲工作中的王俊杰

将CCOSMA的台址选择在西藏羊八井，不仅仅依赖于青藏高原纯净的天空，而且和它独特的区位优势也有着密不可分的关系。此前，CCOSMA位于瑞士阿尔卑斯山海拔3100米处。而中国科学院国家天文台西藏羊八井观测站位于海拔4300米处，相比较而言观测效果更好，信噪比数值更高。天文研究人员就此做过对比，针对同一片恒星形成区，西藏观测到的信号要比在瑞士观测到信号更强。“由于西藏纬度偏南，我们可以观测到银河系中心，在瑞士就观测不到。”王俊杰研究员告诉记者。

面对眼前的这台陌生的庞然大物，王俊杰研究员介绍了CCOSMA的用途。利用该望远镜可探测高频分子谱线，研究那些深埋于星际气体及尘埃中的天体，研究恒星的形成过程。而且，该望远镜也将在北天银道面亚毫米波分子谱线的巡天中发挥它的优势。“研究恒星的诞生相当于研究一个人是如何从母体诞生的，这是一项‘宇宙妇产科医生’的工作。”王俊杰研究员打趣道。我们知道，恒星会经历幼年、壮年、老年几个时期，如果不知道恒星如何诞生，那么何谈研究后期的一系列演化呢？“研究恒星的诞生是一项物理研究，研究一颗恒星的命运就能预判太阳的命运、走向，从而对整个宇宙中恒星的各种各样的现象有进一步了解。”王俊杰研究员一语道破了研究恒星的“秘密”。

▲观测站工作人员凿冰取水

▲观测站条件简陋

“中学时曾学过魏巍写的《谁是最可爱的人》这篇散文。现在要问谁是二十一世纪最可爱的人，他们一定就是西藏羊八井天文台的人！没有水喝，只好自己动手去刨冰取水。”这段文字节选自王俊杰在2016年2月间发布的一条微博，随文字附上的还有一组工作人员在“凿冰取水”的图片。

第一张图片，两名手持镐头的男性工作人员站在一座自然封冻的“冰山”前，好像正在考虑从何处下手；第二张图片，其中一名工作人员已经爬到了“冰山”的半山腰处，挥动镐头砸取冰块；第三张图片，两名工作人员又返回平地，将从“冰山”上凿下来的冰疙瘩用铁锹收集起来；第四张图片，工作人员已经将冰疙瘩装进蓝色塑料大桶里，等待融化、过滤。进入冬季，这便是西藏羊八井观测站人的取水、用水方式。

饮水有困难，连上厕所也成了一种困难。为了改善台站的后勤条件，为了不对周围环境造成污染，他们还动手搭建了简易厕所。“西藏羊八井观测站是中国最艰苦的天文台站，没有之一，但是坚守在这里的人们都是最可爱、最值得敬佩的！”王俊杰由衷地说。

说起西藏羊八井观测站的艰苦条件，王俊杰又想起了一件事。那是2014年3月21日，羊八井阴天下着小雪，气温已逾零下摄氏度。但是大家仍然忍不住兴奋劲头，依然坚持室外测试新安装的发电机。条件简陋，大家就用中学学习的物理原理倒柴油。“管子那一头连着柴油桶，另一头含在一名工作人员的嘴中，就这样吸出柴油。”王俊杰告诉记者。

射电天文望远镜的原理与卫星电视天线接收器的原理相似，它接收来自遥远天体的电磁辐射信号，通过分析其强度、频谱和偏振等研究天体。射电望远镜由天线、接收机和信号处理系统等 3 个主要部分组成。当天线指向需要观测的天体时，天线接收来自天体的射电辐射，接收机将信号转化成可记录、显示的形式，通过终端设备记录信号，按特定的要求进行处理后显示结果。

▲射电望远镜系统结构图

射电望远镜与卫星电视接收器的最大区别在于它所接收的信号均来自非常遥远的天体，信号非常微弱。微弱的信号对射电望远镜的接收灵敏度和接收效率提出了非常高的要求，而射电望远镜的天线结构是实现和提高射电望远镜观测效率的主要方法之一。一般而言，射电望远镜的主体是抛物面天线，由主镜面板、主镜背架、中心体、副镜、副镜背架、溃源、俯仰驱动机构、平衡重和其它附属装置组成。

▲中德亚毫米波望远镜天线结构

羊八井 3m 亚毫米波望远镜的主镜口径是 3m，焦距是 1300mm，副镜口径是 270mm。主镜由 18 块铝质面板拼接而成，内圈 6 块，外圈 12 块，每块面板的面型精度为 4 μm（rms）。拼接后，每块面板的位姿通过调整支撑面板的若干个螺钉的伸长量进行调整。调整后的拼接面板精度优于 20 μm（rms）。副镜面板的表面覆盖 100 μm 厚的铝质涂层，该涂层由 50 μm 厚的特殊涂料保护支杆支撑在主镜背架上。

▲中德亚毫米波望远镜背架结构

背架是由 162 根碳纤维管通过 46 个殷钢螺栓球联接而成的空间桁架。这种优化结构设计和选材综合考虑了热膨胀（背架整体的热膨胀系数为零）和刚度等性能，保证了在额定负载以及热循环条件下主镜表面精度保持在 10 μm（rms）以内的最大稳定性。

射电望远镜要求具有很高的指向和跟踪精度，这就要求抛物面天线有很强的方向性，即与抛物面主轴平行方向上的天体射电波经抛物面反射后会聚到焦点，才能被放置于焦点处的“馈源”收集到，并把它们传输到接收系统。凡偏离主轴方向太多的射电波都不会会聚到焦点处的“馈源”。为了满足这个要求，天线面板的精度是关键，一般要求表面精度达到天线工作波长的 1/20。

▲中德亚毫米波望远镜

▲控制室

▲安装在西藏羊八井观测站的人晷

▲萌萌的圆顶

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文/赵越 图/阿文 原创作品

（部分图片由王俊杰提供）