2019年以来，中国科学技术大学教授、墨子巡天望远镜（WFST）总设计师孔旭无数次踏上这段从清晨到黄昏的旅程。 在人迹罕至的沙漠里，信号时断时续，他经常失去联系。
经过四年建设，墨子巡天望远镜迎来了高光时刻。 9月17日，墨子巡天望远镜首次点亮仪式在冷湖站现场举行，望远镜将正式开始科学观测。 作为北半球光波段中时域勘测能力最强的望远镜，每三个晚上就可以勘测整个北天球。 它可与维拉鲁宾天文台大型综合巡天望远镜（VRO/LSST）在天区覆盖方面优势互补，实现全天空时域监测，推动时域天文学的发展。
“考虑到墨子巡天望远镜的性能，我们希望它能够尽快带来突破性的原始创新发现。” 孔旭充满期待。
9月17日，墨子巡天望远镜正式发射。中国科学技术大学供图
冷湖台遗址
墨子巡天望远镜所在的冷湖镇近年来因天文观测而闻名。 位于青海省海西州，曾是我国重要的石油产区。 20世纪80年代，随着石油资源枯竭，冷湖逐渐缩小为只有400名常住居民、镇内仅有6辆出租车的小镇。 正是因为海拔高、人烟稀少，这里几乎没有光污染，星空格外通透。
“夜色漆黑，肉眼可见绚丽的银河拱桥。” 谈起“平原上空、田野上挂着星星”的壮丽景象，天文爱好者肖方难掩兴奋之情。 “就好像当你到达地平线的尽头时，你就可以沿着梯子走上星空。”
相比于天文爱好者的感性，天文学家用更准确的数据来判断冷湖的观测情况。
光学观测站是极其宝贵和稀缺的资源。 目前，国际公认的最佳观测站只有智利北部山区、夏威夷莫纳克亚山和南极内陆冰穹地区。 2017年开始，国内相关研究团队开始在海西州西部无人区寻找站址，冷湖色什腾山区进入了天文学家的视线。 经过数据监测，他们发现冷湖塞什滕山C区（4200米海拔点）的中位视宁度为0.75角秒，与夏威夷莫纳克亚天文台现场的情况相当。
墨子巡天望远镜位于青海省海西州芒雅市冷湖镇海拔4200米的色什腾山天文台遗址。中国科学技术大学供图
0.75角秒是什么概念？ 星光穿过大气层到达人眼和设备。 大气的压缩或膨胀会导致空气流动混乱。 光线经过这些地方时会发生弯曲和抖动。 人们经常看到星星“眨眼”。 他们眨眼的次数越多，视力就越好。 更糟糕的是。
一个圆被切成360份，每份为1度，1度被切成3600份，其中1弧秒。 0.75角秒是一个非常小的角度，肉眼无法分辨。 “视宁度越小，观测到的天体越稳定。在城市里看到的星星‘眨眼’，感觉很漂亮，但从这里看，星星基本不闪烁。这样的条件对天文观测非常有利。”
该地区降雨量很少，全年降水量仅50毫米。 每年约有270个条件良好的观测夜。 夜间，站址平均气温波动（峰谷差）仅为2.4摄氏度，这表明大气非常稳定，适合天文观测。 “色什腾山是戈壁中突然出现的一座山，前后没有任何遮挡物，是观测站的理想选址。” 孔旭说道。
世界级冷湖天文台的发现，为我国光学天文学的发展创造了重大机遇。 在塞什腾山上，多座正在建设中的望远镜像珍珠一样散落在山间。 它们的白色圆顶在滚石山上相当引人注目，为壮丽的自然环境营造出一种科幻电影般的神秘感。
30座望远镜的建成竣工将使冷湖成为中国乃至亚洲最大的天文台。
“墨子”落户
从平均海拔2700米的冷湖镇开车到色什腾山需要一个半小时。 到了山脚下，车子沿着蜿蜒的山路行驶到山顶。 深褐色的山峦沟壑纵横交错物理学家墨子，山上布满崎岖的砾石。 “小心落石”的标志让司机更加谨慎、专心。
墨子巡天望远镜的建设于2019年7月开始，当时新建的观象台场地蜿蜒山路尚未完工。 孔旭到山顶勘察望远镜地点时物理学家墨子，首先要开着四驱车沿着山外炸出的窄路行驶。 路一直到半山腰，坑坑洼洼的路经常把车撞出路面。 直到前面无路可走，他才提着泡面、水、黄瓜，用了三个小时爬到了山顶。
高海拔地区空气稀薄，攀登更加困难，陡峭的悬崖上时不时会有岩石掉落。 有一次，一名队员在攀爬时踩到了一块岩石，试图将其松动。 石头落下，砸在了孔旭的膝盖上。 他简单处理了伤口，擦干了血迹，就坚持爬到了山顶。 山上的紫外线太强了，孔旭的皮肤被太阳晒得剥落，眼睛刺痛得流泪。
塞什腾山30台望远镜的安置需要冷湖天文观测基地学术委员会讨论和统一规划。 墨子巡天望远镜所在的位置堪称“黄金地带”。 它位于海拔4200米的相对平坦的山顶上。 “这是当时能到达的最高山峰。星光必须穿过地球大气层才能到达望远镜。望远镜越高，观测受大气层影响越小。” 孔旭说，这个地方是上风向，望远镜前面没有任何设施可以遮挡。 空气在望远镜上平稳流动，不会干扰视线。
今年7月底，望远镜本体和相机抵达站址。 安装调试完毕后，8月15日举行首次工程观测测试。9月10日，新京报记者参观了墨子巡天望远镜。 站在海拔4200米的山顶，圣洁的雪山和远处广阔的柴达木盆地让人心旷神怡。 但缺氧环境、8摄氏度的低温以及不完善的工作条件仍然是科研人员需要面对的挑战。 。 由于山上还没有水，他们就把食物打包到山下加热食用。
在望远镜的观测控制室里，中国科学技术大学教授姜健穿着厚厚的羊毛外套，在电脑前观察了一整晚，白天就下去睡觉。 此前，他曾在日本国立天文台工作，从事时域巡天研究。 今年4月他回到中国，参与墨子巡天望远镜工作。 “这台望远镜与我的研究100%一致。它具有无限的潜力。” 第一次来到色什腾山的时候，他对这里非常满意。 。 “工作条件艰苦我不在乎，这里的观测条件很理想，没有光污染，环境越黑，越容易探测到更远的天体或微弱的天体。”
与中国天眼射电望远镜（FAST）不同，墨子号巡天望远镜是光学望远镜，工作在可见光波段。 墨子巡天望远镜的名字是为了纪念中国古代科学家墨子，他在2000多年前首先发现了光直线传播的原理，并进行了小孔成像实验。 他被誉为“世界光学第一人”。
但墨子巡天望远镜也与郭守敬望远镜不同，郭守敬望远镜也是光学望远镜。 郭守敬望远镜进行光谱观测。 通过光谱，天文学家可以确定恒星的温度、压力和化学成分。 墨子巡天望远镜进行图像观测，强调“时域巡天”。 孔旭举了一个例子。 墨子巡天望远镜拍摄一片天空的照片，然后在几个小时后拍摄另一张照片。 通过比较这两个阶段，就可以知道哪个天体发生了变化。 郭守敬望远镜被誉为“一眼千星”，而在观测同一天区时，墨子巡天望远镜可以拍摄数亿个天体。
江健表示，墨子巡天望远镜可以快速“初步筛选”出有趣的天体，然后与其他望远镜配合进行后续观测，发现更多天体的秘密。
北半球最强
夜幕降临，10米高、50吨重的望远镜穹顶缓缓打开，眺望宇宙深处。
墨子巡天望远镜作为口径2.5米的大视场光学成像望远镜，搜索效率高、探测范围广。 每三晚可巡天2万平方度的整个北天球，是北半球最大的光波段时域。 巡天能力最强的望远镜可以探测到23等微弱的天体。
在孔旭的带领下，记者参观了望远镜内部。 据他介绍，望远镜30秒拍摄的一张图像为1.76GB，相当于一部高清电影，一晚上可以获得1.6T的数据。 望远镜内部有一个数据存储柜，如果网络中断，可以存储一个月的数据。 数据通过光纤传输到中国科学技术大学，那里的数据中心可以存储20年的数据。 里面还有一个嗡嗡声设备间，里面有防断电设备等发热设备，隔离噪音和热源。 否则，热量会引起空气对流，影响大气能见度。
在总设计师孔旭的带领下，记者参观了墨子巡天望远镜内部。新京报记者 张璐 摄
在地下室可以清楚地看到，50吨级的望远镜支撑在圆形的桥墩上，与周围地面留有间隙，没有任何物理接触。 “这是因为我们走路时会有振动，会影响望远镜的观测。地面和下面的基岩之间有70厘米的沙子缓冲，试图克服人走路时的振动对天文观测的影响。”观察”。
作为“北半球最强大的望远镜”，该望远镜的研制过程极具挑战性。 孔旭表示，该望远镜采用国际先进的主焦光学系统设计，覆盖直径3度视场，配备765兆像素大面积拼接CCD相机。
CCD是一种感光元件，可以将光子转换成电子读数并呈现数字图像。 “9片CCD芯片拼接后必须在-100摄氏度的环境下工作。虽然芯片厚度不同，但拼接的平整度必须控制在20微米以内，否则望远镜就会出现‘近视’或‘远视’。” ”。“为了攻克这一难点，中国科学技术大学物理学院王健团队采用热力学模拟，并多次改进工艺，以满足这一苛刻要求。
另外，2.5米大口径望远镜的主镜非常薄，只有12厘米。 当薄镜垂直时，受力比较均匀。 然而，当以一定角度观察不同方向的天体时，受力不均匀会导致镜子变形。 为了突破这一瓶颈，中科院光电技术研究所的研究人员采用了主动光学支撑系统，实时修正主镜的重力变形和热变形，使望远镜成像效果更好。
该望远镜的推广和建设将由中国科学技术大学牵头，中国科学院紫金山天文台提供全方位协助。 建成后，中国科学院紫金山天文台将主要负责该设施的运行，中国科学技术大学提供全方位协助。 在调试和初步观测阶段，观测控制室每晚至少有4人值班。 目前，中国科学技术大学已建成远程观测室，即将投入使用。
协助黑洞、近地天体等研究。
墨子巡天望远镜首次调试观测时，获得了球状星团和螺旋星系的观测图像。 江健在电脑上展示了望远镜拍摄的仙女座星系M31的图像，这是距离银河系最近的大型星系。 “该望远镜最大的优点是视场大，可以捕捉深层图像。我们希望找到一些大型天体图像作为第一光图像，以展示望远镜的性能。”
墨子巡天望远镜未来将会有哪些科学发现？
近年来，近地小行星飞掠地球的新闻时常引起公众关注。 墨子巡天望远镜的巡天数据可用于监测近地天体，辅助预警和防御。 近地天体是指靠近地球轨道运行的太阳系天体，包括小行星和彗星。 “建立尽可能完整的近地天体目录还可以监测它们对地球生命安全的潜在威胁。” 孔旭表示，墨子巡天望远镜开展全天空图像巡天，可以对90%的天空进行探测、监测、编目和认证。 潜在威胁大于 140 米的近地天体。
近地天体可能携带来自太阳系的原始物质，为研究太阳系起源提供关键线索。 墨子号巡天望远镜预计每晚将观测数千颗近地小行星。 这些观测有望揭示近地天体的轨道特征、动力起源和物理特性，以及地球上水和生命的起源是否来自外太空。
前沿时域天文现象也是望远镜巡天的主要研究对象，包括引力波事件的电磁对应物、恒星的黑洞潮汐破裂、伽马射线爆发、快速射电爆发、超新星冲击波爆发等。
孔旭举了黑洞潮汐星破碎事件的例子，指的是一颗恒星被星系中心的黑洞捕获，其物质受到强大潮汐力的破坏，形成一个或多个的事件。吸积爆发。 潮汐破坏事件可以帮助天文学家更好地了解恒星内部物质结构、强引力场下的物质运动规律，并研究黑洞的生长和演化。
探索的步伐始终在前行。 “我们正在规划下一代更大口径的望远镜，希望在当地留下一个可以放置直径6-6.5米甚至更大望远镜的地方。” 孔旭说道。
新京报记者 张璐
编辑刘前贤、校对赵琳
