位于祖国西部的帕米尔高原，雪峰群立、耸入云天,巍峨的山顶终年积雪，在阳光照耀下宛如大地之巅的银色皇冠，既神秘又庄严。这里远离尘嚣，夜空如墨，银河璀璨，加之天然的地形优势，优越的气候条件引起了国内外天文界的关注。
2016年，为中国新一代十米级光学/红外望远镜选址的工作被提上日程，中国科学院新疆天文台组织台址勘察队踏上帕米尔高原，最终在“冰山之父”慕士塔格峰正对面、海拔4520米的无名高地勘选出世界级天文观测基地——慕士塔格观测站。
慕士塔格观测站的璀璨星空
（图片来源：中国科学院新疆天文台）
这么高、那么冷，为什么要在这建观测站？
优良的光学台址是稀缺的天文战略资源，光学天文选址作为大型光学望远镜落户及天文学研究中的关键环节，意义深远，将直接关系到望远镜的观测效率、数据质量和科学发现的潜力。高海拔地区因空气干燥、大气视宁度极佳、湍流小、透明度高、人烟稀少（人为光污染小）等，成为理想的光学天文选址对象。
大气视宁度指地球大气对天文观测清晰度的影响程度，是光学天文台选址最重要的参数之一。大气视宁度通常用角秒（arcsecond）来衡量，一角秒等于1/3600度。角秒数值越小，表示视宁度越好，世界上最优秀的光学天文台台址的大气视宁度中值一般在0.6-0.8角秒。
不同视宁度条件下的木星成像
（图片来源：Steve Marsh）
科研人员对慕士塔格观测站连续开展了8年的台址条件监测，数据显示，该站在多个关键台址参数上达到了国际优良台址水平，如大气视宁度中值达0.78角秒，可与世界一流天文观测台站比肩。
通过长期监测与深入研究，新疆天文台科研团队发现影响视宁度等天文观测参数的重要因素之一——光学湍流在慕士塔格观测站近地层表现出较弱且高度稳定的特性。这一稳定性为高质量天文观测提供了理想条件，进一步证明了该站点适合建设大型天文科学装置，并展现出其良好的发展潜力。相关研究成果近期已发表于英国《皇家天文学会月报》。
慕士塔格观测站10米塔
（图片来源：中国科学院新疆天文台）
什么是光学湍流？
地球大气在不同高度的温度、压力和密度的变化会导致光线折射率不均匀，从而影响成像清晰度，这种现象被称为大气湍流，由于其对于光波传播的影响，也被称为光学湍流。
大气湍流对成像影响的示意图
（图片来源：Nature）
光学湍流是影响天文观测质量的重要因素之一，光学湍流参数较小的台址通常更适合建设更大的光学天文望远镜。当不存在光学湍流或者其他影响时，望远镜的成像本应非常清晰，下图展示的是大气光学湍流较弱（左图）和较强（右图）时月球表面的成像。
研究人员基于慕士塔格观测站30米塔上的5层超声风速仪和6层高精度温湿度传感器采集的长期观测数据表明，慕士塔格观测站靠近地面的大气层（称为表面层）的大气湍流特性在白天和夜晚之间有着明显的不同，而湍流对光学观测的干扰会随着高度的增加而逐渐减弱。到了夜晚，表面层湍流活动较弱，大气更加稳定，6到30米高度的中位视宁度达到了0.24角秒，这为天文观测提供了非常理想的条件。
慕士塔格观测站30m塔现场图
（图片来源：中国科学院新疆天文台）
此外，地表温度逆温现象（即地面温度低于上方空气温度）与视宁度的改善密切相关。在逆温和风速较低的情况下，大气湍流活动更加平稳，进一步减少了星光的抖动和模糊，使得光学天文观测的效果更佳。
根据慕士塔格观测站的地形地貌特征，这些湍流观测数据所得到的结果，可为测量点500米范围内建设望远镜提供可靠台址光学湍流参数，也为评估整个台址区域光学天文观测条件提供重要参考。
挑战与发展
严寒、高海拔是对科研工作者的挑战，低温、低氧和极端的气候条件可能对身体和心理造成双重压力，还可能影响科研仪器机械结构稳定性和耐久性、导致电源能效和电子元器件性能下降等，增加设备故障风险。
在数据监测期间，研究团队制定详尽计划，定时对仪器设备进行检查、维护及调整，从而提升科研仪器数据自动化采集的能力，实时获取高质量的观测数据，为后续的数据分析提供了坚实基础。
科研工作者夜间调试设备
（图片来源：中国科学院新疆天文台）
本研究不仅为大型光学望远镜的建设提供了科学依据，还对优化自适应光学系统的性能和评估高原光学台址的优劣具有重要的指导意义。同时，进一步展现出慕士塔格观测站成为中国西部杰出天文观测台址的巨大潜力。
新时代的新疆天文科研工作者挺膺担当、不懈奋斗，努力抢占天文科技制高点。从选址及台址监测工作至今，新疆天文台光学研究团队在艰苦的科研环境中克服高原反应带来的种种困难，他们将以更加饱满的工作热情、严谨的工作态度，争分夺秒开展台址监测工作，为中国光学天文事业的发展提供强有力支撑。
慕士塔格观测站全景
（图片来源：中国科学院新疆天文台）