我国首台大型通用型光谱望远镜——上海交通大学JUST光谱望远镜基建项目塔台和控制室近日在青海省茫崖市冷湖天文观测基地开工建设。据介绍，这台大型光谱望远镜的建设将耗时数年，建成后，将填补国内大型光谱观测设施的空缺，为研究黑暗宇宙、追踪动态宇宙、探测系外行星提供强大的设备支撑。
望远镜是开展天文观测、支撑天文研究的核心设备。长期以来，中国的天文学者们都渴望拥有一台自己的大型通用光谱望远镜，如今，这一愿景正逐步照进现实。为什么我国首台大型通用型光谱望远镜要落户青海？在海拔4300多米的高原建设望远镜，要克服怎样的困难？
JUST光谱望远镜建设站点鸟瞰（2025年4月27日 刘成则/摄）
青海省海西蒙古族藏族自治州茫崖市冷湖镇赛什腾山，是全球天文学家的理想观测地，它的观测条件可以与世界三大天文台址——夏威夷的莫纳克亚山、加那利群岛以及智利的阿塔卡马沙漠相媲美。上海交通大学李政道研究所资深研究员、JUST光谱望远镜建设委员会主任郑宪忠介绍，这里自然条件得天独厚，气候干燥、水汽值低，大气稳定度优良，为天文观测提供了绝佳的环境。
郑宪忠：冷湖这里的环境多为高原荒漠，平均海拔约3000米，常年干旱少雨。大家知道，天文观测需要在晴朗的夜晚，而冷湖镇这里全年70%多的晚上晴朗少云，适合观星；方圆几百公里范围内极少有人居住，夜空没有灯光污染，天空背景亮度很低，能够看到更多暗弱的天体；冷湖附近的赛什腾山顶，大气稳定，视宁度优良，是非常好的天文观测台址，所以我们选择在这里建设大型光学红外天文望远镜设备。
5月28日，中建科技上海交大JUST光谱望远镜项目塔台和控制室开工（中建科技供图）
大家知道，望远镜是开展天文观测、支撑天文研究的核心设备。天文研究的进展很大程度上取决于科学家能观测到什么。那么，JUST光谱望远镜，究竟有哪些超凡之处？郑宪忠介绍，这台望远镜的主镜，口径为4.4米，由18块正六边形子镜拼接而成，采用轻量化设计，具备口径大、集光能力强、响应快速等优势；三台高性能观测终端，将分别对应三大科学研究目标：研究黑暗宇宙、追踪动态宇宙、探测系外行星。
郑宪忠：JUST光谱望远镜是对暗弱天体集光成像的平台，对天体光信号分析记录，获得不同观测数据，开展相应的科学研究。目前我们规划了三个主要的仪器终端，其中，多目标光纤光谱仪可用于多目标星系红移巡天，探索宇宙主要组分暗物质和暗能量如何决定宇宙大尺度结构与星系的演化；积分视场光谱仪，主要用于时域天体的快速光谱后随观测，追踪动态宇宙；高分辨光谱仪主要用来探测系外行星，寻找太阳系以外的宜居行星系统。
JUST光谱望远镜3D设计图（中国科学院南京天文光学技术研究所JUST研制团队供图）
以多目标光纤光谱仪为例，郑宪忠表示，星系团内往往星系数目多且分布密集，要想全面高效地对这些天体进行光谱观测，就需要多目标光纤光谱仪“施展神通”。JUST望远镜建成后，将拥有约2000根光纤，光纤密度可以达到同类设备中的最高，尤其适合开展星系团的光谱观测。然而，想要让这台光谱仪充分发挥作用，就好比用2000个针尖，同时精准戳中2000个只有发丝直径十分之一的地方。中建科技上海交通大学JUST光谱望远镜基建项目执行经理王景相表示，这也对项目建设提出了更高的要求。
王景相：具体体现在建造精度高，望远镜塔台地基需最大程度减少不均匀沉降；要求模块拼接误差控制在毫米级，确保塔台与望远镜穹顶能够准确精密地连接在一起，同时要求核心筒与塔台控制室分离，减少震动对观测的影响。基地地处青藏高原，海拔高、生态环境脆弱，年平均气温4摄氏度，最低气温零下34摄氏度，这就要求模块房屋的保温隔热性能好，以应对高原较大的昼夜温差；要求建造过程绿色环保，减少对青藏高原的环境污染。
与此同时，由于项目建设地点位于山顶，道路、电力等基础设施尚未完善，建设材料和施工设备运输时间长、难度大，建设人员需克服大风、低温、缺氧等困难条件。如何解决这些现实困难呢？王景相表示，团队采用了高效、高质、绿色的模块化建造方式，有效解决高寒高海拔地区的建筑施工难题。
王景相：把望远镜塔台和控制室分成64个模块化房屋，把80%的工地工作量搬到工厂，在工厂里完成模块化房屋的生产制造和装配式装修，把装修好的模块化房屋运输到工地，只需在工地完成模块化房屋的吊装和拼接，就能投入使用。相较传统混凝土建筑，可节约工期50%，减少建筑垃圾80%，现场节水节电70%。这样既减少了环境污染，也减少了现场的施工人员数量和工作量。我们创新研发与塔台曲面相契合的梯形模块，将模块拼接误差控制在5毫米以内，确保塔台与望远镜穹顶能够准确精密地连接在一起，保障建造精度。相信在项目建成后，也将成为高寒高海拔地区模块化建筑的标杆示范。
智能工厂人机协同生产SMC模块房屋（中建科技供图）
据了解，JUST光谱望远镜的建设将耗时数年，项目分为两期工程，一期工程聚焦望远镜本体和终端建设工作，二期工程将对望远镜及终端设备进行升级，进一步提升光谱巡天观测能力和效率，为宇宙大尺度结构与星系演化、系外行星探测研究提供具有长期科学价值的基础数据。郑宪忠表示，JUST建成后，将填补我国时域天文领域大型光谱观测设施的空缺，与“中国天眼”（FAST）、郭守敬望远镜（LAMOST）、墨子巡天望远镜（WFST），以及正处于规划或建设阶段的清华大学宽视场巡天望远镜（MUST）、中国巡天空间望远镜（CSST）等天文装备一道，将人类的视线延伸向浩渺深空。
郑宪忠：JUST光谱望远镜工作在光学和近红外窗口，这也是银河系恒星和近邻及遥远宇宙中星系的主要辐射波段，是天文观测最熟悉的窗口，也是迄今观测效率最高的窗口。针对不同天体和不同的天文现象，也有一些大型观测设施工作在其他电磁窗口。比如高能X射线和紫外辐射等，必须是在太空中的望远镜和卫星设施才能观测，避开地球大气层的吸收。我们熟悉的“中国天眼”（FAST），探测的是射电信号，能量比光学信号低了很多个量级，来源于温度非常低的介质和一些特殊物理过程产生的辐射，比如脉冲星、快速射电暴等，这些天体和物质组分难以在光学窗口探测。在不同电磁窗口，都能发现独特的天体和物理现象，结合不同类型的观测设施，能够帮助人类全面探索宇宙的无穷奥秘。
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