明安图的星空(上)

——端午访中国科学院国家天文台明安图观测站

Amateur Astronomer - - 星空有约 - □迟 讷

去明安图观测站之前,我向两个锡林郭勒的当地人打听过。一位是宝昌的哥们。我说,明安图有个天文台。他说,什么台?我说,在正镶白旗和太仆寺旗中间,一个……一个观测站。他说,什么站?我挠了挠头,想起在密云的时候,当地人都把射电接收器叫作“天线”,就说,那里有很多大天线。他恍然大悟,嗷,你说的是不是雷达站?第二位是黄旗的哥们,这回我直接说“雷达站”。他很爽快地说,嗷,知 道,在白旗,在明安图。

明安图观测站是隶属于国家天文台的一个野外台站,位于内蒙古锡林郭勒盟正镶白旗明安图镇。中国大陆的射电望远镜,我看过羊八井的中德亚毫米波望远镜,德令哈的13.7米毫米波望远镜,还有密云的米波综合口径望远镜,而明安图的厘米—分米波日像频谱仪,我还没去过。射电频谱日像仪顾名思义,是一台以太阳为观测目标的射电阵列。明安图的日像频谱仪在厘米—分米波段同 时对太阳进行高时间、高空间和高频率分辨率观测,可以帮助天文学家了解太阳表面的瞬变高能现象如耀斑、日珥、日冕磁场和大气的动力学过程等。太阳是距离我们最近的一颗恒星,也是我们赖以生存的“母星”。对它了解越多,我们的视野在太阳系中过去和未来的维度上就伸展得越长。和对月亮、星空、宇宙、自我的好奇一样,对太阳的好奇,是人自走出蒙昧以来的本能。好奇本身就是本能。

联系上观测站科学家的过程不太顺利,距离出发还有一周的时候尚无一点进展。我唯一掌握的信息是观测站的经纬度,只能用来输入到天气预报软件中,一览六月雷雨季大草原阴晴不定的脸孔,和我的心情一样百感交集。我做好了最坏的准备,打算独自前往正镶白旗,联系当地司机拉我去观测站,在站外露宿一晚。但联系上了观测站的首席科学家颜毅华老师之后,情况就陡然好转起来。颜老师并不因为我是无名之辈表露出不屑或敷衍,确认了我的行程后将我的邮件转发给了站上的高工陈志军老师。陈老师也极热心地为我介绍观测站的食宿条件。端午节观测站无人值班,陈老师把站上当地司机任建喜大哥的电话给了我。

端午节当天早晨我背着大包,颇具节日气息地拎着两箱粽子出发了。从呼和浩特落地后转上开往正镶白旗的慢车。窗外是一望无际的锡林郭勒大草原,碧蓝的天,白胖的云,数不清的风车在远远的丘陵上矗立。近处矮草幼绿,贪婪吸收空气中的水分子——上午我还在飞机上的时候锡林郭勒刚迎来一场阵雨。列车一路向东,太阳在正南以西,彩虹横贯在北。牛羊马星星点点散落在草原。隔着车窗我好像也能闻到湿润的草、新鲜的牲畜粪便气味。今天是汉族的端午节,糯米伴着粽叶的香气 正在南方仲春的浓绿中氤氲开来,而此刻内蒙古大草原正进入一年中雨量最丰沛的季节。出发前包括我自己在内没人对我这趟行程的天气抱太大希望。数月前计划与我同行的好友也觉得天气太不稳定,临阵脱逃。所有人都建议我另择日期,我坦然承认——我并不是一个执着的星空摄影爱好者,此行是为了去看观测站的日像仪,好吧,还有吃羊肉喝奶茶。可是就算当晚乌云密布看不到一颗星子,就算没有吃到肉喝到奶茶,就算没有看到日像仪,又如何呢?我刚踏上这片土地就饱览了色彩蓬勃的美景、“天苍苍,野茫茫,风吹草低见牛羊”的家国情怀,已经没有什么遗憾。

列车于傍晚时分停靠在正镶白旗车站,跳下列车的瞬间周身一凛,冷峻的空气迥异于呼和浩特的热浪。太阳正在西沉,这个北方小镇显得格外冷清。我胆怯地出站,在一堆操当地方言的小车司机中顺利寻得观测站的京字头尼桑小皮卡和热情的观测站司机任大哥。

任大哥驱车带我前往观测站。结实的小皮卡擦着小镇的边缘离开,在坑坑洼洼的土路上颠簸,没过多久,就淹没在草原的海洋。夕晖正一点一点被收进山背后的天尽头,长云变色,像有火红的大金鱼在天顶曳裾游入西山,鱼尾飘摇覆了满天。我难得见到草原上的壮美日落,喜不自禁,摇开车窗喝风,嘎嘎 大笑。任大哥笑我少见多怪,絮絮地和我说起此地的地理和天气。明安图镇是正镶白旗的政府所在地,位于锡林郭勒草原西南部,海拔1000多米,夏天是雷雨季,大风天多,冬天冷的时候可以到零下30多度。任大哥说,这里隔几年就会有场大雪,2013年的时候下了好大一场雪,路面积雪数尺,他和站上陈老师开车回镇上,开出去一千米,就弃车走回站上睡了一晚,第二天叫了铲雪车铲了一天才通路……

车在草原上开了半小时,远远看见地平线上矗立的两座高塔,我以为那就是日像仪了,然而任大哥说,那不是。那是原先用于其他干涉实验项目的20米天线,完成后由观测站管理。目前观测站用它俩来做校准。车再开近一点,果然在高塔脚下看见更小的信号接收器,那些才是日像仪的综合孔径接收器,和整齐排列的北京密云阵不同,这些接收器似乎是没有什么规律地随意散落在草场上,像草原上的羊群。

观测站和其他野外台站一样,百米开外用铁丝木桩潦草地搭了一个防君子不防小人的栅栏。任大哥跳下车,走上前把栅栏上拴着的电线解开,稀里哗啦地打开栅栏,回到车上把车开了进去。一大群信号接收器中间有个小平房,那就是观测站的控制室和办公区了。

风劲烈且冷,倏忽吹动天尽头最后几朵晚霞的余烬,摇曳欲灭,头顶的云极快飞行,穿着排汗短袖的我感到了剧烈下降的温度,抖抖索索地跟着任大哥进了室内。简陋的观测站里设施倒是

很齐全,左手边是控制室,走廊白板上挂着各项通知和排班表,右手边是生活区。任大哥正把镇上买的补给放进厨房,我跟进厨房,回身把上海带的五芳斋粽子拿出来,问任大哥吃咸的还是甜的。任大哥说吃不惯咸的,遂吃了一个红枣的。我又掏出从呼市带来的羊肉和奶茶,二人分食。任大哥又奇怪我居然吃得惯蒙古的羊肉和奶茶。南方和北方就在互相好奇的眼光中进行着习俗文化上的交流,干杯!乐此不疲。

任大哥带我去后面宿舍。简单的铁架双层床上铺着很居家的格子床单,简朴的花色令我想起在兴隆的夜晚。任大哥说这是站上工作人员或访客留宿的地方。几天前我还守着光秃秃一个经纬度悲惨地想自己可能要在大草原上露宿一晚,转眼我就拥有了一个可靠的避风港,还有温暖的床铺!几乎不敢相信是真的,只敢沿着床沿坐一点点,生怕坐坏了这一片太过完美的梦。

再出去时天已经全黑,月牙在西边地平线上,快要沉下去,木星在侧,火 星和银河中心的蝎子人马一起在正南。然而云还是很快覆盖了西北天空,不一会就电闪雷鸣,出现了一边是银河横贯,一边是木星伴月,一边是风起云涌雷电交加的奇景。西面地平线上云后面的雷电一阵紧过一阵,平均一秒钟就闪一次。感觉是天上有很多天使拿着闪光灯在给我拍照,我站在雷雨里哈哈大笑起来。

大草原上的雷雨来去匆匆,不过片刻就云开雨霁,月色如洗,银河的中心呈现出美妙无比的裂隙暗纹,天鹅座在头顶振翅。我迎风站在森然而立的射电阵中间,感受着一眼望不到头的大草原和星空,胸中漾起一阵空荡荡的快乐和惆怅。一直以来我热爱独自旅行的程度不亚于和挚友结伴,就是因为珍视这种骤然贴近世界的那种令人战栗的真实感。当世界只有我一个人,我赖以为生的语言和文字不再有意义,我该向何处寻求意义?

月牙快要落下去,披着残云在信号接收器中间穿梭,曼妙如裙裾。月光像天尽头的车灯,传递着暧昧的信号,最终逐渐隐没在射电丛林背后的地平线以下,整个世界都被星光笼罩。夜风在低语,偶尔远处村镇的车灯一闪而过,提 醒我尘世的存在。草原昼夜温差极大,呼啸的大风又剥夺了体感温度,我冷极了,裹紧冲锋衣回到了站内。任大哥已经熟睡,厨房亮着灯,我热了羊肉和奶茶,坐在厨房吃吃喝喝,听外面的风声。此刻我能够安然坐在温暖的小屋里吃羊肉喝奶茶,而不必忍饥受冻,全赖观测站老师的热心相助,可惜他们假期不在站上,不能当面道谢,唯有好好享用这个夜晚。

喝得身上热起来,又拉好冲锋衣的拉链推门出去。南边银河尽头小丘陵背后不时有闪电,和银河交相辉映,格外有趣——我知道头顶这片星光闪烁的夜空全仰赖于这个端午节乌云密布的中国华北上空一块宝贵的云洞。这里纬度比南方高,所以大勺子和北极星也格外高,好像就在头上,伸手就能够到。相应的,这里白昼在夏季也更长一些,大勺子逐渐从西天摆荡到北天底部,观测站小屋的上方,低低地悬着,口朝上,这是四点钟左右的星空,天已经亮了大半,太阳将出未出。草原上一片白茫茫的晨光,没有云。没有云的日出不好看,在外面来来回回跑了一夜的我折回小屋,和衣躺在为我准备的小床铺上, “昏死”了过去。

我是被此起彼伏的鸟鸣吵醒的。昼寝是非常没有教养的,我很不好意思地蹩进厨房,任大哥已经做好了早餐,正吃着鸡蛋,看我来了笑说自己不会做饭,叫我别客气。我和任大哥坐着一起喝小米粥。观测站上的老师平时周一到站上,周五回北京,此外当地还雇了一名观测员,只负责一些数据的记录和监测工作。

两人聊了一会,吃完我把碗筷收拾了,任大哥便带我去主控室参观。主控室其实也简单,就是两台电脑和用来装数据的服务器。一台电脑负责高频,另一台电脑负责低频,服务器进行数据的存储和简单的处理。主控室旁边有个地下室,外面的信号接收器的数据就是通过地下埋设的光纤传到这里来。

频谱仪是利用综合孔径原理成像的,也就是我们在屋外看到的接收器。这个世界上的每个射电阵都有自己的排列规律,以达到最佳效果。走廊上挂着的平面图告诉我,窗外的综合孔径阵,是两个螺旋阵,低频的40个接收器和高频的60个接收器分别组成了这两个重叠在一起的螺旋阵,每个螺旋阵有三个旋臂。

我这才意识到,窗外草场上看似凌乱散布的接收器,其实是有规律的,那是交叠分布在三个旋臂上的两个螺旋阵。我飞奔出去,迎风站在这些接收器中间,恍然大悟。这些接收器高度各不相同,但细看只有两种——高的口径4.5米,是低频接收器,频率范围在0.4~2GHz;矮的口径2米,是高频接收器,频率范围在2~15GHz。它们可以在全频带上对太阳进行连续观测。两组接收器组成了两个同心的螺旋,旋臂离中心越远越分散,中心间隔最短5米,最长3000米,旋臂末端的接收器远在几千米之外的小镇的山丘上。我这么矮小的个体,站在它们当中,以我浅薄的智识,当然无法凭空参透它的形状,就像人类站在银河系的身体里,如何能够识得银河的真正面目?

任大哥出来,问我要不要去最远处旋臂的尽头看看。这个邀请太有科幻小说的风格,我怎能拒绝。我跟他走到屋 后,那里有辆涂上了草原迷彩色的大卡车,任大哥跳上卡车,招呼我上来,我拼命拉门,任大哥从里面帮我把门锁打开,呼的一下车门就被大风刮开了,我迈着短腿奋力攀上高高的车厢,坐在副驾上,在一片绿色的车厢中惊异地发现我的视野高出了很多。任大哥熟练地操纵风格粗犷的变速杆,发动了大卡车,我们遂在颠簸的草地上离开螺旋中心,开向旋臂尽头。

天已经浓云密布,大风挟裹水汽敲打车窗,不时有铁丝和木桩简单搭成的栅栏拦住去路,任大哥又跳下车去开“门”。方圆数千米的螺旋阵的草地,当然不可能全部属于观测站,螺旋中心的一小块区域属于观测站之外,远处越来越稀疏的旋臂,只有接收器周围四米宽的区域,是属于观测站管辖的。

我们离螺旋中心越来越远,站在螺旋尽头的最后一个接收器旁边,顶着大风和零星的雨点,看脚下已经变得有点小了的观测站,在绿草如茵的草原上,白白的接收器像散落的高尔夫球。

更远处有蠕动的羊群和翻滚的乌云。离得这么远了,还是看不出这个巨大接收器阵列的排列规律,只能在航拍照片中才能领略到的美妙的螺旋。

密云的综合孔径阵是一字形,美国的甚大阵是Y字形,明安图的频谱仪为什么是螺旋?通过站上的介绍我得知,采用我们熟知的综合孔径技术,射电阵用多个天线接收观测目标的射电辐射并进行复相关观测,多种基线观测便得到了源所在天区亮度分布的多个傅立叶分量,最终通过傅立叶逆变换得到太阳射电源在不同频段上的高分辨率 亮度分布。但为什么是螺旋形呢?这个问题便是任大哥也答不上来的了。后来,在网上看到一位天文学网友介绍综合孔径望远镜排布的一篇文章,才算是解开了我的困惑。简单来说,综合孔径望远镜的阵列,不同的阵列获取不同的频率信息。随着技术的改进和理论的完善,它的设计也有其发展历程。我曾在密云看到的一字形综合孔径阵,是相对来说较早较简单的阵列。Y字形的甚大阵,则是改善过后的另一种。而我眼前这巨大的螺旋,则是目前可以说“近乎最优”的对数螺旋阵列,沿袭的是MMA(Millimeter Array)的设计, 未来的平方千米阵列射电望远镜(Square Kilometre Array,简称SKA)也选择了这种悬臂基线分布。

再仔细看,会发现每个接收器的基座高度都不一样,以适应地面起伏的变化,将接收器维持在相同高度。所有基座上都涂写着两个字母和一个数字。经过任大哥的解说,我也大概猜出了含义。矮的接收器上第一个字母是H,高的则是I,想了半天,推测H应该是代表高频High-Frequency,I代表中频Intermediate-Frequency。第二个字母是A、B或C,分别代表三根旋臂,数字则是旋臂上每个接收器的序号。

风夹着雨噼里啪啦地打下来,我们又跳上车,沿着螺旋阵的小路回去。路过那两座20米大接收器,我们看着上面的鸟窝呵呵直笑,这里除了牛马羊,还盛产乌鸦,个头大,叫声豪迈。任大哥说每年都要用起重机把自己弄上去捅鸟窝,村里人开玩笑说他是拆迁队的。我问,能爬上去吗。任大哥点点头,问我

想不想爬。我想了想,有点害羞地说,算了吧。任大哥好像看出了我的心思,在高塔脚下停下车来。我不好意思地嘿嘿一笑,溜下车,在大风中蹭蹭地爬上20米高塔——20米指的是20米口径而非高度,高度大概有三四十米了。风吹得铁梯晃动不已,整座高塔都在嘎吱嘎吱地呻吟。爬到大锅底部,被风吹得几乎站不稳。我低头一看,已然出了一身冷汗,像一只惊恐的树袋熊抱住随便什么把手不敢松开。成功下“树”,回到车上,任大哥对我说,大锅顶部馈源出故障的时候,他和同事也没少爬上去修。害怕么我问。腿软,任大哥老实地说。

说起频谱仪,包括20米天线的高塔和明安图频谱仪在内,还有我曾经去过的密云阵和怀柔的太阳塔,任大哥也都去过,如数家珍。大草原上和观测站一起度过的孤独的漫长的六年时光,让任大哥也变成了站上的半个专家。以手所指之处,任大哥都能说上来门道:呶,观测站后面那两个小房子,是水井和发电房。我们站上喝的用的水都是水井里打上来的,有点浑,我们平时就用滤水器。发电房是柴油 发电房……但我们也有专门拉的电网。我指指观测站后面一个在建的堡垒一样的圆柱形房坯,问,那是啥?那里是望远镜控制室,以后小平房里的设备就要移到那里了。任大哥说。

中午任大哥做了简单的土豆炒肉,我在外面捉蚂蚱玩。做好后我们正吃着,站上陈老师来电话,央任大哥去镇上看看有没有立式空调卖,要给机房添一个。任大哥应下来,转头叫我呆在站里等他办事回来。我想在站里也无事可做,我正想四处逛逛,便央任大哥把我带上。于是两人高高兴兴开着小皮卡往镇上去。

昨晚令星光通明的那个宝贵的云洞已经向西奔去不复回头,天上云朵像沾湿的棉絮盈盈欲坠,偶有缝隙,看得见碧蓝的天空,金丝一样的日光迅速梳过草原上每一根碧草。原来阴雨天气还可以用这种方式打开啊!这是我在微信群里展示照片时好友的评价。一直以来我们受够了上海的阴雨天气,好像整个城市都在云雾里,天空的色彩是毫无变化的铁灰,于是以为天下的阴雨天都是这样。但是你放眼草原,会发现就算是阴雨,那饱胀的云也是有层次的,像山水画里的山峦,并不逊色于晴日的风景。其实上海的云未必不是这样,只是在上 海,天空早已被高楼切割成几何形状,又怎能知道它真正的模样。

尼桑小皮卡开过成群的绵羊,还有当地牧民骑电瓶车驱赶的马群,这是我第一次见到真正意义上的草原蒙古马。任大哥说其他老师也是这样,刚来草原上的时候什么都新奇,草好看,云好看,牛羊好看。我说,真的呀,都好看,让我待一年我也愿意!任大哥又笑了,问,当真待一年也愿意?对呀,我点头道,心里有句话没说——反正观测站有Wi-Fi的呀!

我们两人兴致勃勃地谈着,车不知不觉驶入镇上,穿过镇中心,一个开着一些小店铺的街道,最后在一个买家电的小商铺门口停下,任大哥进去问空调,我在冷风中站了一会,也哆哆嗦嗦地进去了。他们用汉语方言聊着空调和天文台,似是很熟。回到车上我问任大哥,他们都知道天文台?当然,任大哥说。我想起来之前和两位黄旗和太仆寺旗的哥们的对话,说,出了明安图似乎就没人晓得“天文台”,只晓得“雷达站”!

任大哥笑而不语,方向盘一拐就给出了答案——车在一个巨大的雕像面前停下,我一看,呀,明安图! (未完待续)

图2 夕阳下的射电站

图1 锡林郭勒刚迎来一场阵雨,彩虹横贯在北

图5 正南方的银河与闪电的光,今夜火星熠熠生辉

图3 控制室门外的白板

图4 控制室内

图6 观测站的缩比例沙盘

图9 位于中国北方的观测站,极星比我在南方看到的要高一些

图7 美国国家射电天文台甚大天线阵,由27台25米口径的天线组成,位于美国新墨西哥州的圣阿古斯丁平原上

图8 20米信号接收器

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