至2022年10月,歐洲南方天文臺已建成60載,自我博士畢業(yè)離開該臺也已有十年。借此機會,講講歐洲南方天文臺這個享有盛譽的傳奇天文臺。
黃昏時分的4臺8.2米口徑甚大望遠鏡(VLT,右側(cè))和4臺1.8米口徑輔助望遠鏡(AT,左側(cè))
歐洲南方天文臺(歐南臺)的建立并不是一帆風順。盡管在20世紀初,歐洲在科學研究領(lǐng)域人才濟濟,仍處于領(lǐng)跑地位,但兩次世界大戰(zhàn),尤其是在第二次世界大戰(zhàn)后,美國代替了歐洲成為了科學領(lǐng)頭羊。而這對于歐洲的老牌科學家們不啻是一種絕對的刺激。在1953年的第一次國際天文學年會(IAU)上,沃爾特·巴德和簡·奧爾特牽頭與與會天文學家們商議要組建一個歐洲人的天文臺,并且共同簽署了以下決定:這個天文臺一定要建在南半球;仿效美國Palomar天文臺,一定要有一臺3米口徑的精測望遠鏡和一臺巡天用的施密特望遠鏡;這個天文臺的經(jīng)費由歐洲幾個國家的天文研究機構(gòu)聯(lián)合支持(而后逐步演變?yōu)楦骱献鲊?lián)合出資)。
第一屆國際天文年會的參會天文學家。Guillermo Haro,Walter Baade,Otto Heckmann, Jan Oort等均參加了這屆年會,并簽署了成立歐洲南方天文臺的協(xié)議。
之所以要選擇將天文臺建在南半球,一是由于南半球上空(南天)在當時被觀測得遠不充分,有著更多有趣的目標等待被發(fā)現(xiàn)。而且當時歐洲天文研究以恒星為主,南天更靠近銀心方向,對于這類研究極有幫助。二是由于歐洲天文學家早自18世紀起就在南非開展過各種天文觀測,對于南非的條件更為習慣和適應(yīng);南非更好的天文氣候及暗夜條件也是歐洲所無法比擬的。故此,最初的臺址選址工作主要就集中在了非洲大陸的南端。從1955年起,大量的人力物力投入到南非的選址工作當中。
在歐洲這邊,更多的麻煩來自于如何在戰(zhàn)后募集足夠多的經(jīng)費用于支持天文臺機構(gòu)的建設(shè)以及臺址的勘測項目?;ㄤN十倍高于預(yù)期的選址工作以及中途英方的退出更是讓組建天文臺這項事業(yè)雪上加霜。幸運的是很多當時參與歐南臺建設(shè)的各方代表在各自國家的科研政策制定中舉足輕重,這些代表最終以政府的名義聯(lián)合簽署了跨政府間合作的法律文件。1962年10月5日,來自五個創(chuàng)始國家(比利時,法國,德國,瑞典和荷蘭)的代表在巴黎簽署公約,歐南臺自此正式建立,而總部就設(shè)立在位于日內(nèi)瓦的CERN(歐洲核子研究組織)的園區(qū)里。
騎著毛驢去選址。??寺℉eckmann)和奧爾特(Oort)前往智利勘查托洛洛山(Cerro Tololo)附近候選臺址。
與此同時,美國大學天文聯(lián)盟也在南半球?qū)ふ抑线m的天文臺址,其中一位參與選址工作的天文學家于爾根·施托克(Jürgen Stock)根據(jù)他以前在南非觀測的經(jīng)驗,斷定位于南美安第斯山脈的智利的觀測條件要比南非好得多。于是他告知了他以前的老師,也是第一任歐南臺臺長的海克曼(Otto Heckmann)。這引起了??寺蜌W南臺科學家的興趣:智利的視寧度,夜間溫度變化幅度,晴夜數(shù)等都比南非要好。而晴夜可觀測小時總數(shù)甚至超過了南非50%。歐南臺的建站方向迅速偏向了一個遠在天邊的國家——智利。
在地球的另一側(cè)的國家找當?shù)卣淮笃亟ㄍh鏡并不是一件容易事。好在??寺谶@里遇到了一名在當?shù)丶罢畠?nèi)很有影響力的同鄉(xiāng),幫助他在不到半年的時間里迅速打通了政府關(guān)系。智利政府與歐南臺簽署了合作協(xié)議。在合作協(xié)議簽署后的不到一個月時間里,歐南臺在智利安第斯山脈的沙漠里選定了一個海拔約2400米的山頭,La Silla,作為未來天文臺的臺址。第二年(1965年),La Silla山頭上,新天文臺的工程建設(shè)正式開始。這個選定臺址的決策相比起之前在南非所開展的選址工作幾乎就像是蒙上眼睛去投飛鏢。只是,這個飛鏢還真扎到十環(huán)上了……
位于南美洲南北向最長的國家——智利。右側(cè)是左側(cè)白色陰影區(qū)域的放大圖,可以看到La Silla, Paranal,Chajnantor這三個臺站的位置。
隨著La Silla天文臺位置的選定,一批1米量級的中小口徑望遠鏡落戶在此。但第一次IAU 大會上確定的那臺3米口徑望遠鏡卻遲遲未能開始興建,主設(shè)計師難以捉摸的性格以及第一次加工出現(xiàn)問題的3.6米的主鏡鏡坯都使得這臺望遠鏡開光時間越來越向后推遲。第二屆歐南臺臺長上任,即刻聯(lián)系CERN,請求援手。雖然當時CERN并沒有光學技術(shù)人才可以支援歐南臺建設(shè)新望遠鏡,所幸的是,他們請到了蔡司光學大家雷蒙德·威爾森(亦稱:瑞·威爾森,Ray Wilson)和丹尼爾·艾納德(Daniel Enard)作為光學工程師加入歐南臺。同時加入的還有一批來自CERN的極富經(jīng)驗的工程人員。在這些工程師的幫助下,望遠鏡,尤其是圓頂?shù)脑O(shè)計被推倒重來以應(yīng)對緊迫的時間和經(jīng)費要求。在他們的幫助下,3.6米望遠鏡總算于5年后的1976年,這個預(yù)定的時間節(jié)點成功首光。3.6米望遠鏡的成功觀測也標志著歐南臺實現(xiàn)了最初建立該機構(gòu)的目標。
3.6米望遠鏡(精測)以及1.4米施密特望遠鏡(巡天)。事實證明這是一套非常有效的望遠鏡組合。
La Silla天文臺的望遠鏡。
但在建設(shè)3.6米望遠鏡的過程中,瑞·威爾森發(fā)現(xiàn)重達十余噸的主鏡以及副鏡支撐會在望遠鏡旋轉(zhuǎn)過程中因重力作用使光軸發(fā)生變化。于是在完成3.6米望遠鏡后的1982年,他發(fā)表了“主動光學”這個技術(shù)概念,也就是通過測量成像畸變情況,主動對主鏡面施加反變形作用力抵消重力作用,保證鏡面能夠提供最優(yōu)成像質(zhì)量的技術(shù)。羅特·納特(Lothar Noethe)成功在實驗室實現(xiàn)這項技術(shù)后,威爾森將這項技術(shù)連同當時的很多新技術(shù)一同注入到新技術(shù)望遠鏡(New Technology Telescope)當中。而這項技術(shù)不僅為威爾遜贏得了2010年卡夫利獎(Kavli Prize),同時隨后的大望遠鏡包括我國的LAMOST望遠鏡都受益于此技術(shù)。
3.6米望遠鏡圓頂、望遠鏡以及用于進行系外行星探測的高精度視向速度行星探測儀(HARPS,High Accuracy Radial-velocity Planet Searcher)。
La Silla天文臺,3.6米望遠鏡、1米施密特望遠鏡以及新技術(shù)望遠鏡的到來使得歐洲南方天文臺在上世紀80年代幫助歐洲實測天文學家再次具備了能與美國天文學家一較高下的可能性。在隨后的20年里,Paranal天文臺以及四臺8.2米口徑的望遠鏡的成功建設(shè)更是幫助歐洲天文學家穩(wěn)步躋身于世界天文領(lǐng)域之巔。2013年開始全面運作的阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列(ALMA)是世界上造價最高、規(guī)模最大的亞毫米波天線陣,歐洲南方天文臺作為其主要建設(shè)運行單位,重要性不言而喻。而貌似年紀已大的3.6米望遠鏡在新儀器HARPS的加持下,在系外行星搜尋領(lǐng)域頻頻爆出新發(fā)現(xiàn)。
阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列由54座12米口徑天線和12座7米口徑天線組成陣列協(xié)同工作,實現(xiàn)毫米波至太赫茲(1THz)的觀測。
回顧過往,歐南臺的發(fā)展遠非一路坦蕩,坎坷和機緣際會的巧合也時而左右著這個天文臺的命運。但無論如何,總有傳奇的人物會涌現(xiàn)出來,披荊斬棘,成就了它現(xiàn)在的地位?;蛟S這就是它傳奇的原因。
鳥瞰已搬到德國加興(Garching)的歐南臺總部,下方的紅色頂建筑和其上方的灰褐色頂建筑為總部主樓,右側(cè)黑色圓形建筑為技術(shù)部建筑。左側(cè)方形建筑則是集裝箱搭建的臨時建筑,此前的自適應(yīng)光學部就占據(jù)此小樓。
注:以上圖片均來自歐洲南方天文臺。