我國首台大型通用型光譜望遠鏡——上海交通大學JUST光譜望遠鏡基建項目塔台和控制室近日在青海省茫崖市冷湖天文觀測基地開工建設。據介紹，這台大型光譜望遠鏡的建設將耗時數年，建成後，將填補國內大型光譜觀測設施的空缺，為研究黑暗宇宙、追蹤動態宇宙、探測系外行星提供強大的設備支撐。
望遠鏡是開展天文觀測、支撐天文研究的核心設備。長期以來，中國的天文學者們都渴望擁有一台自己的大型通用光譜望遠鏡，如今，這一願景正逐步照進現實。為什麼我國首台大型通用型光譜望遠鏡要落戶青海？在海拔4300多米的高原建設望遠鏡，要克服怎樣的困難？
JUST光譜望遠鏡建設站點鳥瞰（2025年4月27日 劉成則/攝）
青海省海西蒙古族藏族自治州茫崖市冷湖鎮賽什騰山，是全球天文學家的理想觀測地，它的觀測條件可以與世界三大天文台址——夏威夷的莫納克亞山、加那利群島以及智利的阿塔卡馬沙漠相媲美。上海交通大學李政道研究所資深研究員、JUST光譜望遠鏡建設委員會主任鄭憲忠介紹，這裡自然條件得天獨厚，氣候乾燥、水汽值低，大氣穩定度優良，為天文觀測提供了絕佳的環境。
鄭憲忠：冷湖這裡的環境多為高原荒漠，平均海拔約3000米，常年乾旱少雨。大家知道，天文觀測需要在晴朗的夜晚，而冷湖鎮這裡全年70%多的晚上晴朗少雲，適合觀星；方圓幾百公里範圍內極少有人居住，夜空沒有燈光污染，天空背景亮度很低，能夠看到更多暗弱的天體；冷湖附近的賽什騰山頂，大氣穩定，視寧度優良，是非常好的天文觀測台址，所以我們選擇在這裡建設大型光學紅外天文望遠鏡設備。
5月28日，中建科技上海交大JUST光譜望遠鏡項目塔台和控制室開工（中建科技供圖）
大家知道，望遠鏡是開展天文觀測、支撐天文研究的核心設備。天文研究的進展很大程度上取決於科學家能觀測到什麼。那麼，JUST光譜望遠鏡，究竟有哪些超凡之處？鄭憲忠介紹，這台望遠鏡的主鏡，口徑為4.4米，由18塊正六邊形子鏡拼接而成，採用輕量化設計，具備口徑大、集光能力強、響應快速等優勢；三台高性能觀測終端，將分別對應三大科學研究目標：研究黑暗宇宙、追蹤動態宇宙、探測系外行星。
鄭憲忠：JUST光譜望遠鏡是對暗弱天體集光成像的平台，對天體光信號分析記錄，獲得不同觀測數據，開展相應的科學研究。目前我們規划了三個主要的儀器終端，其中，多目標光纖光譜儀可用於多目標星系紅移巡天，探索宇宙主要組分暗物質和暗能量如何決定宇宙大尺度結構與星系的演化；積分視場光譜儀，主要用於時域天體的快速光譜後隨觀測，追蹤動態宇宙；高分辨光譜儀主要用來探測系外行星，尋找太陽系以外的宜居行星系統。
JUST光譜望遠鏡3D設計圖（中國科學院南京天文光學技術研究所JUST研製團隊供圖）
以多目標光纖光譜儀為例，鄭憲忠表示，星系團內往往星係數目多且分佈密集，要想全面高效地對這些天體進行光譜觀測，就需要多目標光纖光譜儀「施展神通」。JUST望遠鏡建成後，將擁有約2000根光纖，光纖密度可以達到同類設備中的最高，尤其適合開展星系團的光譜觀測。然而，想要讓這台光譜儀充分發揮作用，就好比用2000個針尖，同時精準戳中2000個只有髮絲直徑十分之一的地方。中建科技上海交通大學JUST光譜望遠鏡基建項目執行經理王景相表示，這也對項目建設提出了更高的要求。
王景相：具體體現在建造精度高，望遠鏡塔台地基需最大程度減少不均勻沉降；要求模塊拼接誤差控制在毫米級，確保塔台與望遠鏡穹頂能夠準確精密地連接在一起，同時要求核心筒與塔台控制室分離，減少震動對觀測的影響。基地地處青藏高原，海拔高、生態環境脆弱，年平均氣溫4攝氏度，最低氣溫零下34攝氏度，這就要求模塊房屋的保溫隔熱性能好，以應對高原較大的晝夜溫差；要求建造過程綠色環保，減少對青藏高原的環境污染。
與此同時，由於項目建設地點位於山頂，道路、電力等基礎設施尚未完善，建設材料和施工設備運輸時間長、難度大，建設人員需克服大風、低溫、缺氧等困難條件。如何解決這些現實困難呢？王景相表示，團隊採用了高效、高質、綠色的模塊化建造方式，有效解決高寒高海拔地區的建築施工難題。
王景相：把望遠鏡塔台和控制室分成64個模塊化房屋，把80%的工地工作量搬到工廠，在工廠里完成模塊化房屋的生產製造和裝配式裝修，把裝修好的模塊化房屋運輸到工地，只需在工地完成模塊化房屋的吊裝和拼接，就能投入使用。相較傳統混凝土建築，可節約工期50%，減少建築垃圾80%，現場節水節電70%。這樣既減少了環境污染，也減少了現場的施工人員數量和工作量。我們創新研發與塔台曲面相契合的梯形模塊，將模塊拼接誤差控制在5毫米以內，確保塔台與望遠鏡穹頂能夠準確精密地連接在一起，保障建造精度。相信在項目建成後，也將成為高寒高海拔地區模塊化建築的標杆示範。
智能工廠人機協同生產SMC模塊房屋（中建科技供圖）
據了解，JUST光譜望遠鏡的建設將耗時數年，項目分為兩期工程，一期工程聚焦望遠鏡本體和終端建設工作，二期工程將對望遠鏡及終端設備進行升級，進一步提升光譜巡天觀測能力和效率，為宇宙大尺度結構與星系演化、系外行星探測研究提供具有長期科學價值的基礎數據。鄭憲忠表示，JUST建成後，將填補我國時域天文領域大型光譜觀測設施的空缺，與「中國天眼」（FAST）、郭守敬望遠鏡（LAMOST）、墨子巡天望遠鏡（WFST），以及正處於規劃或建設階段的清華大學寬視場巡天望遠鏡（MUST）、中國巡天空間望遠鏡（CSST）等天文裝備一道，將人類的視線延伸向浩渺深空。
鄭憲忠：JUST光譜望遠鏡工作在光學和近紅外窗口，這也是銀河系恆星和近鄰及遙遠宇宙中星系的主要輻射波段，是天文觀測最熟悉的窗口，也是迄今觀測效率最高的窗口。針對不同天體和不同的天文現象，也有一些大型觀測設施工作在其他電磁窗口。比如高能X射線和紫外輻射等，必須是在太空中的望遠鏡和衛星設施才能觀測，避開地球大氣層的吸收。我們熟悉的「中國天眼」（FAST），探測的是射電信號，能量比光學信號低了很多個量級，來源於溫度非常低的介質和一些特殊物理過程產生的輻射，比如脈衝星、快速射電暴等，這些天體和物質組分難以在光學窗口探測。在不同電磁窗口，都能發現獨特的天體和物理現象，結合不同類型的觀測設施，能夠幫助人類全面探索宇宙的無窮奧秘。
監製丨陳秉科
記者丨王澤華
編輯丨章宗鵬
責任編輯：章宗鵬
