□ 弗吉尼亚大学天文系 孙 萌

美国西南部重要观测基地概览（二）

□ 弗吉尼亚大学天文系 孙 萌

图1 晨光里的大双筒望远镜（图片来源：LBT天文台）

在结束了劳累却又兴奋的第一天参观行程后（参见《天文爱好者》第三期），我们第二天一大早就离开了亚利桑那的图森市，前往位于格拉汉姆山的LBT大型双筒望远镜天文台（Large Binocular Telescope Observatory）。

和之前去基特峰的路上差不多，我们一路的景色依旧是漫无边际的沙漠，但这些地质构造还是很有意思的。

2 在US-191公路上遥望格拉汉姆山

在沙漠中的高速上走了一个多小时，我们的左侧出现了群山（如图2）。我们又继续前行了一个多小时，却始终感觉还在围着这群山转，可见这山的规模还是很大的（有兴趣的读者可以在google地图上搜Mount Graham）。后来我才意识到，大名鼎鼎的LBT大型双筒望远镜天文台就在这群山的某个山头上。虽然山下一片晴朗，但山顶上却是另一番天地。细看图2，山顶上似乎堆满了厚云，登顶后也确实如此，山上居然有些阴天。远看这些山，感觉没什么大不了，但登顶以后随之而来的轻微高原反应，使我意识到了海拔3300多米也不是闹着玩的。

小插曲：

在上山之前，我们需要在山下的一个监察基地拿松鼠许可证（squirrel permit）。大概是要发誓自己不会猎杀格拉汉姆山上的红松鼠，遇到松鼠尸体要报告等琐碎事宜。在之前的观测课上，教授已经和我们提到过这点，因为红松鼠是这个州的保护动物，想上山没有许可证是不行的。总之，每当一群天文学家想找块地方建个观测基地，即便是选好了址、找来了资金，也没那么容易说盖就盖。总有一些神人会半路跳出，说我们破坏环境或是占了他家祖坟之类，轻则交钱了事，重则另外选址，还真让人唏嘘不已。教授在课上也给我们讲过一件趣事，就是我们系另外一个教授在美国国家光学天文台（NOAO）做博士后的时候，有一项工作是数天文台松树底下的松果个数。因为地方保护组织想以此监测松鼠的数量，如果松果少了即证明松鼠少了，那么天文学家大概又要挨罚了。好在最后事件的结果是松鼠的数量在天文学家到来之后反而增多了，于是皆大欢喜。在美国，除个别极其繁华的大城市，松鼠在城市及乡村基本随处可见，所以我们对地方保护组织的行为持保留意见。图3即为签松鼠许可证的地方。

直到中午我们才临近目的地，我们在格拉汉姆山脚下的小镇上吃了个快餐并且买了晚饭带上山。

3 领取松鼠许可证的营地

4 在VATT圆顶外的教授和同学们

虽然是坐车，但我们的上山之路并不轻松，都是蜿蜒的道路，快到山顶时是石子土路，非常颠簸。再加上劳累与轻微的高原反应，想不晕车都难，好在我一路和同学侃了过来，分散了些注意力，才没有拖组织的后腿。

到了山顶，顿时把我冻得够呛，山顶上到处可见积雪、松叶林，沙漠的踪迹早已不见，可见海拔的威力。我们先是躲到LBT的建筑里，直到接待我们的工作人员来了，才开始参观第一个圆顶——梵蒂冈高新技术望远镜（Vatican Advanced Technology Telescope，简称VATT，图4）。

图5 VATT

VATT是一个1.8米的小镜子。细心的读者可能会发现，VATT里的这个“V”是Vatican，即梵蒂冈，以宗教闻名的小国。而VATT也是隶属于梵蒂冈天文台（Vatican Observatory），它成立于1891年，最初用于制定历法。时至今日，这个有些年头的天文学研究组织已由亚利桑那大学的斯图尔德天文台代管了。

VATT的光路是格里高利式，焦比f/1.0，所以看起来就是一个矮胖的立方体，颇为可爱，如图5。当然，这样的设计也进一步节省了空间，比起前几代的望远镜，VATT的体积要小了三倍。VATT的主镜也是前一天我们参观的镜面实验室制造的，和口径大至8.4米的LBT主镜一样，VATT在制造时也采用了旋转筑镜法以及先进的打磨方法。VATT采用地平式坐标系统，再加上先前的短焦比，所以这个望远镜的占地面积很小。从外面看VATT的圆顶和控制室，一开始我根本没意识到这是个1.8米的镜子，因为其圆顶和中学教学用圆顶体积相当。这样紧凑而坚固的设计也使得即便是把望远镜放到大风中，镜子主体也会很稳定，天文学家用其切换到不同观测目标的速度也更快。圆顶小的优势一方面是节省建造资金，另一方面是使得圆顶内外的温度在打开圆顶之后能尽快达到平衡，以改善圆顶视宁度。此前，由于技术原因，天文学家们无法造出焦比很短的镜子，因为这意味着主镜的曲率会相对较大，很容易造成像差。后来随着技术发展，镜面实验室开始制造这种短焦比的镜子。

VATT的控制室、生活区，与圆顶里是隔热的，这是防止空气冷热不平衡而造成湍流影响像质。值得一提的是，VATT的生活区也相对奢华，好似就在自己家的楼顶装了一个观天利器，生活气息非常浓厚。

出了VATT，我们的下一站是亚毫米波望远镜（Submillimeter Telescope，简称SMT）。虽说两个圆顶相距不远，但是走着走着我便气喘吁吁，这是高原缺氧的结果。我们系隔壁就是美国国家射电天文台，所以之前也参观过100米的单口径绿堤射电望远镜(Green Bank Telescope，简称GBT)，所以大家对于射电以及亚毫米波段都不算太陌生。SMT建于1993年，口径10米，f/0.35，隶属于亚利桑那射电天文台（图6）。

SMT有四个接收器，观测波段分别为：215~280吉赫（GHz）、320~370吉赫、420~500吉赫和602~720吉赫。接收器可接收两个方向的偏振光。亚毫米波段处于微波和红外波段之间。制造亚毫米波望远镜时，天文学家对镜面的精度要求比射电望远镜要高。后面我将会写到，在参观甚大阵（VLA）时，我们是可以爬上望远镜镜面乱走的，但是亚毫米波望远镜则是断然不可的。亚毫米波望远镜观测选址也更严格，要求干燥、远离城市。在全世界，亚毫米波望远镜的理想观测基地也就几处，分别是：夏威夷的莫纳克亚山，智利的拉诺德查南托天文台（Llano de Chajnantor Observatory，就是ALMA所在地），南极和印度靠近喜马拉雅山的一块地方。天文学家主要用亚毫米波段观测分子云、暗云以研究恒星形成过程。

SMT全年工作9~10个月，在非常湿润的季节，射电天文学家们会把望远镜收起来，暂时不用，这是因为大气中的水蒸气吸收带会落在这个波段。理论上来说，SMT也应该可以在白天观测，但不知什么原因，我们参观的时候，SMT没有观测，只是值班室一直有人。

SMT的圆顶分为两部分，上面的部分可以转。工作人员在我们到来后，转了圆顶，打开了天窗（如图7），让我有一种坐船的感觉，当然我的另一个感觉还是冷……

终于到了参观LBT的时刻了，这是我长这么大以来见过的最大口径的光学望远镜。LBT建筑里面，一进门是个小型展览区，里面有制造LBT的玻璃原料（图8）。

前面提到过，LBT也出产于斯图尔德天文台镜面实验室。我手里拿的这块毛坯玻璃是一块重为1.5磅的样品。制造LBT其中之一的8.4米主镜，要消耗40000磅玻璃。当玻璃被加热到1180℃时，熔融玻璃的黏度就和冷蜂蜜的黏度差不多了，方便铸造。

展览室里还有几块展板是说这里曾经发生过严重山火。2004年，格拉汉姆山上曾因闪电引起过两场山火，破坏力较强。我们在上山的路上也看到了山火遗迹，即大片烧黑的枯枝横倒在山路两旁。当时由于是旱季，所以山火蔓延得很快，一个月之后火势才被控制下来，这要归功于900多个参与救火的消防员们。这其中的一支队伍，还是当年救援过9·11、哥伦比亚号航天飞机失事的著名队伍。幸运的是，山上的主要仪器都在这场山火中幸存了下来。

6 SMT

7 “开窗”后的SMT

8 制作LBT主镜的原材料

9 LBT外景

10 用于旋转LBT的巨型轮子

11 LBT内部的圆形走道

容纳LBT的建筑分为两部分（图9），上面白色的部分有几层楼高，可旋转。这栋可旋转的建筑和传统可旋转圆顶不同，因为白色部分在转的时候，里面的望远镜也是跟着一起转的。所以调节方位角，需要转建筑，调节高度角才需要转望远镜。这样制造也可以节省空间，因为只需要留出一个方向的空间保证可调节高度角即可。此外，LBT建筑上面的白色部分也不可朝一个方向无限制的旋转，因为这样两部分之间的各种数据线、电线会被破坏。

我们先是在LBT下面绿色的部分(图9)听工作人员讲解，然后看到了用于旋转LBT的巨型轮子（图10）和接在终端的光谱仪等设备。巨型轮子的那一层空间里，有些设施被漆上了蓝色。被漆成蓝色的设施是在旋转圆顶和望远镜时要格外注意的，即人有可能被转来的仪器打到。如果有人不慎在旋转圆顶时处在巨型轮子的那一层，那一定要保证自己处于安全地带，要远离漆成蓝色的物体。这也是吸取了当时梅奥尔圆顶曾经夹死过人的经验教训。

为防止建筑旋转过后，内外层位置改变（走廊内侧不转，外侧随着圆顶转动），人走在圆形通道里找不到门，所以LBT里的旋转走道都是贴了这种引导线的（图11）。沿着线升高的方向走，就能找到这个过道的出口。