如果你曾在夜空中观测过银河，你可能注意到它看起来有些朦胧。这是因为在我们银河系以及大多数星系的中心附近，存在着大量的尘埃，使得我们难以看清其中的景象。
这意味着宇宙中很大一部分区域对我们来说是隐藏的，大约一半的光都来自埋藏在尘埃中的星系。观测这些被遮蔽区域的最佳方法是使用巨型亚毫米波望远镜，它可以探测介于无线电波和红外线之间的辐射。
“如果没有亚毫米波望远镜，我们对宇宙的了解就会非常片面，”挪威奥斯陆大学的天体物理学家克劳迪娅·西科内说。“我们错过了那些被尘埃遮蔽最严重的太空区域。”
近几十年来，像位于智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）这样的望远镜使我们能够探测到其中的一些地区。
现在，天文学家希望通过一项由欧洲主导的新项目——阿塔卡马大口径亚毫米望远镜（AtLAST）——更进一步，该项目建造了一台50米口径的望远镜，比以前建造的任何亚毫米望远镜都要大得多。
早期设计工作正在一个名为 AtLAST2 的欧盟资助项目中进行，该项目将持续到 2028 年。来自欧洲和世界各地（智利、南非、加拿大、台湾、泰国、新西兰、日本和美国）的研究人员正在通过关键技术的原型设计来完善这一概念，并规划如何以尽可能可持续的方式运行该设施。
其目标是将那片朦胧而隐秘的宇宙清晰地呈现在我们眼前。“以往的亚毫米波望远镜只能观测到冰山一角，”该望远镜的主要负责人之一西科内说道。如今，天文学家只能观测到构成星系的冷气体和尘埃的一小部分。
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我们错过了那些被尘埃遮蔽最严重的太空区域。
“有了AtLAST，我们将解答宇宙中所有气体和尘埃都在哪里这个问题。”
AtLAST 的设计目标是成为新一代巨型天文台的一部分，这些天文台将在 2040 年代重塑天文学，其前身是位于智利、即将完工的欧洲极大望远镜。
天文学家表示，如果没有像这样的大型单碟亚毫米波望远镜，我们在绘制天空中冷气体和尘埃的分布图以及将其他设施在不同波长下观测到的景象联系起来方面将存在重大差距。
广角视图
位于阿塔卡马沙漠的ALMA望远镜的66个天线就像一台显微镜，能够聚焦观测恒星和行星形成的尘埃区域。相比之下，AtLAST则像是一台广角相机，能够对整个宇宙的尘埃区域进行普查。
“在任何一次观测中，ALMA 在天空中只能看到比月球表面小几千倍的区域，”西班牙空间科学研究所的天文学家、AtLAST 的另一位负责人托尼·姆罗茨科夫斯基说。
“ALMA虽然功能强大，但你不可能用显微镜绘制天空地图。相比之下，AtLAST每次观测都能拍摄到相当于16个卫星大小的区域，所以我们可以绘制出宇宙的万千景象，”他开玩笑说。
姆罗茨科夫斯基说，为了以如此大的尺度绘制星图，望远镜“需要快速来回移动进行测绘”。“凭借巨大的视场，我们可以迅速绘制出一张相当大的星图。”
AtLAST2 团队正在利用这个设计阶段来制作望远镜关键部件的原型，从光学和控制系统到数据处理。
持久耐用
AtLAST的主镜直径50米，镜面采用铝制面板，并配有巨大的钢制背衬结构。其总重量约为4400吨，并配备一面12米的副镜——其尺寸本身就比大多数望远镜还要大——以实现其宽广的视场。
它将位于阿塔卡马沙漠的ALMA附近，那里海拔5公里以上，稀薄干燥的大气可以让人清晰地看到宇宙。
“这台望远镜将完全由可再生能源供电，采用一种新型的、定制的混合能量再生技术，”西科内说。当望远镜在移动后减速时，其动能可以像混合动力汽车一样转化为电能回收利用。
为了在偏远的高海拔地区运行一座耗电量巨大的 50 米级天文台，且不使用化石燃料，该项目正在测试太阳能、电池和金属氢化物储能以及制动能量回收等组合技术。
研究人员还计划使用近零碳排放的能源来生产钢铁和铝。他们希望AtLAST2能够为大型天文台如何在不危及欧洲气候目标的前提下开展雄心勃勃的科学研究树立典范。
多个国家也将参与该项目，包括日本，日本此前曾考虑建造自己的 50 米亚毫米波碟形望远镜——大型亚毫米波望远镜（LST）。
“我们意识到我们应该携手合作，”西科内说道。
AtLAST2 项目旨在将这种更紧密的合作转化为具体的共享设施，汇集欧洲的专业知识和世界各地的合作伙伴。
隐藏的星系
AtLAST的巡天观测有望揭示为恒星形成提供燃料的冷气体和尘埃、此前被遮蔽的尘埃星系，甚至太阳大气层中未曾观测到的成分。“我们可以以前所未有的方式研究太阳大气层和太阳耀斑的变化，”西科内说。
对于星系而言，AtLAST 将观测宇宙中尘埃特别密集、星系目前被遮蔽的区域。天文学家可以探测到来自这些区域的光线，但单个星系会模糊不清地混杂在一起，因此无法确定星系的数量。
“你无法确定光线是来自一个星系、十个星系还是一千个星系，”西科内说道，她指的是所谓的混淆极限。她表示，AtLAST 将会找回这些缺失的星系，在一千小时的观测中，有可能发现多达五千万个星系。
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凭借 AtLAST 巨大的视野，我们可以非常迅速地创建亚毫米天空的大地图。
这样做将有助于天文学家了解宇宙在宇宙时间中是如何演化的，有助于确定由于暗能量导致的宇宙加速膨胀，以及暗物质（这种看不见的物质的引力塑造了星系）的性质。
它还可以揭示宇宙中缺失的大量物质，包括星系周围应该存在的热气体和冷气体，但使用传统的可见光波段波长很难找到这些物质。
Mroczkowski 表示，通过发现可能是生命基石的分子，AtLAST 可以帮助天文学家解答生命如何在宇宙中出现，以及如何发展和演化。
通过观察分子云和碎片盘（年轻恒星周围的气体和尘埃区域），它还可以让我们更深入地了解恒星和行星是如何形成的。
或许最伟大的科学发现将来自未知——例如那些只出现在亚毫米波段的瞬态、短寿命事件，而这些事件只有AtLAST的广阔视场才能揭示。AtLAST的设计寿命为50年，因此我们或许有足够的时间去揭开这些谜团。
Mroczkowski表示，目标是使它“不仅仅是一台用完即弃的望远镜”，而是一台拥有长寿命和可升级仪器的望远镜，能够造福未来的天文学家。
本文的研究由欧盟“地平线”计划资助。受访者的观点并不一定代表欧盟委员会的立场。如果您喜欢这篇文章，请考虑在社交媒体上分享。
