幾年前的一場國際天文學會議上，一位國外學者的發言讓中國科學院紫金山天文台(以下簡稱紫金山天文台)研究員李婧至今記憶猶新：“在人類理解宇宙的進程中，突破性重大發現往往源自新儀器，它為我們打開一扇窗，持續拓展認知邊界。” 李婧深有感觸，“天文學的進步，始終離不開先進科學儀器與強大觀測設施的支撐。”
這番感慨的背後，是我國在亞毫米波天文觀測領域的不懈追趕。近日，香山科學會議第 795 次學術讨論會在青海省德令哈市召開，會議主題直指百公裡外懷頭他拉鎮雪山牧場上的一項關鍵工程 —— 我國首台全自主研制的雪山牧場 15 米亞毫米波望遠鏡(XSMT)。此刻，這座瞄準蒼穹的 “雪域之眼” 正處于緊張建設中，即将填補我國在該領域的觀測空白。
特殊波段：宇宙探索的 “難啃硬骨頭”
在非嚴謹的學術語境中，亞毫米波與太赫茲可近似等同。中國科學院院士、紫金山天文台學術委員會主任史生才解釋：“亞毫米波以波長定義，範圍在 0.1 毫米至 1 毫米;太赫茲以頻率定義，覆蓋 0.1 太赫茲至 10 太赫茲，兩者波段幾乎重疊，後者僅稍寬，包含部分毫米波與遠紅外。” 兩者的區分更多源于應用場景 —— 亞毫米波傳統上聚焦天文學研究，太赫茲則更常用于技術拓展應用。
在天文觀測的 “頻譜版圖” 中，亞毫米波屬于高頻射電範疇。我國在低頻射電領域已有 “中國天眼(FAST)” 等重量級設施，在光學紅外觀測領域也布局了多台望遠鏡，但亞毫米波觀測長期處于 “空白狀态”。“正在建設的 XSMT 是我國唯一的亞毫米波天文望遠鏡，目前尚無其他可常規運行的同類設備。” 史生才直言。
即便在全球範圍内，亞毫米波天文望遠鏡的數量也遠少于其他波段，核心症結在于該波段的特殊性質。上海師範大學數理學院教授束城鋼介紹，地球大氣對亞毫米波段電磁波的吸收極強，導緻宇宙中的信号難以穿透大氣層抵達地面，這給望遠鏡建設帶來兩大核心挑戰。
選址是第一道難關。亞毫米波望遠鏡對觀測環境要求極為苛刻，需同時滿足海拔高、溫度低、大氣幹燥三大條件。衛星數據顯示，全球僅南北極、智利北部阿塔卡馬高原及我國青藏高原等少數區域符合要求。信号接收則是第二道考驗，即便在最優台址，穿透大氣的亞毫米波信号依然微弱，必須依賴高靈敏度的超導探測技術，這無疑擡高了項目建設的技術門檻。
中國優勢：得天獨厚的探索底氣
明知建設難度極大，我國為何執意攻堅亞毫米波觀測?答案藏在宇宙探索的 “完整性” 與中國的獨特優勢中。
如果說各類天文望遠鏡是觀測宇宙的 “多元眼睛”，亞毫米波望遠鏡的缺失便是顯著 “盲點”。這一空白曾讓我國錯失關鍵機遇 ——2019 年和 2021 年，人類首次拍攝的兩張黑洞照片，均依賴多國亞毫米波望遠鏡聯合觀測，其中就包括阿塔卡馬大型毫米 / 亞毫米陣列等設施，而我國因缺乏同類設備遺憾缺席。
西湖大學理學院教授施勇強調，不同波段望遠鏡的觀測目标與科學價值各不相同，呈現的宇宙圖景也存在差異，“亞毫米波觀測的缺失，無法通過其他波段的觀測彌補或替代”。更重要的是，亞毫米波雖易被大氣吸收，在宇宙中的穿透力卻極強，能幫助人類窺見更遠、更古老的宇宙，甚至有望探知宇宙第一代星系，成為探索遙遠宇宙的 “利器”。
我國發展亞毫米波觀測，還擁有兩大得天獨厚的優勢。地理上，青藏高原是全球少數優良台址區，雪山牧場海拔超 4800 米，低溫低濕的環境堪稱亞毫米波觀測的 “天然實驗室”;技術上，史生才、李婧團隊深耕亞毫米波高靈敏度超導探測技術數十年，不僅為國内外多台毫米波 / 亞毫米波望遠鏡提供技術支持，更使我國在該領域達到世界先進甚至領先水平。
XSMT：攻堅雪域的 “關鍵起點”
2022 年 2 月，紫金山天文台自主部署立項 XSMT 項目;2025 年 9 月 20 日，工程建設正式啟動，計劃 2027 年至 2028 年建成并投入試觀測。“屆時，它将成為我國首台全自主研制、具備國際先進水平的亞毫米波天文望遠鏡。” 李婧介紹。
建設之路注定充滿挑戰。雪山牧場海拔超 4800 米，低溫、風雪、強太陽輻射與巨大晝夜溫差，給施工帶來諸多不便，但這些并非最棘手的難題。“單純的建設困難我們能夠克服，最關鍵的是基礎保障與支撐建設。” 李婧坦言，觀測台址位于無人區，路、電、網等基礎設施需從零搭建，離不開地方政府的大力支持。“當地政府已經提供了諸多幫助，這些困難對團隊而言，也是難得的鍛煉機會。”
在史生才看來，“XSMT 是最關鍵的”—— 項目建設與未來運行中積累的經驗教訓，将為我國後續建設更大規模亞毫米波望遠鏡奠定基礎。中國科學院院士、中國科學院南京天文光學技術研究所研究員崔向群也認為，XSMT 不是終點，而是重要 “起點”。
據介紹，XSMT 建成後，我國亞毫米波觀測将面臨兩大發展方向：建設 50 米級口徑單天線亞毫米波望遠鏡，或搭建幹涉陣，目前相關論證正在推進。與會學者更傾向于前者，“50 米級望遠鏡一旦建成，将成為國際領先的亞毫米波觀測設施，打個不精确的比方，它就相當于亞毫米波段的 FAST”。
技術延伸：跨界賦能的廣闊前景
亞毫米波技術的價值，遠不止于天文觀測。2024 年 10 月，紫金山天文台團隊牽頭利用 50 厘米口徑亞毫米波天文望遠鏡，成功實現 1.2 公裡距離太赫茲頻段高清視頻實時無線傳輸 —— 這是國際上首次将亞毫米波天文望遠鏡系統應用于太赫茲通信領域，驗證了星地高容量通信的巨大潛力。
“太赫茲通信的帶寬遠大于傳統通信方式，技術成熟後，相當于把兩車道公路擴建成六車道、八車道，對通信技術發展的意義不言而喻。” 史生才展望，除通信領域外，相關技術還可廣泛應用于醫學成像、量子計算等領域，釋放更大跨界價值。
“我們現在隻是站在亞毫米波與太赫茲技術應用的‘門檻’上。” 史生才信心十足，“未來，這個‘門檻’我們一定要邁過去。” 随着 XSMT 項目穩步推進，我國不僅将填補宇宙觀測的 “盲點”，更有望在相關技術領域實現多點突破，書寫天文探索與技術創新的雙重答卷。
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