给孩子的科技周刊
主讲
吴京平
知名职业科普作家
北京冬奥会中的高山滑雪项目，不只是让运动员体验飞一般的感觉，还要考验体力技术，以及滑雪道上的高科技。这届冬奥会用上了哪种高科技？听职业科普作家趣味开讲。
今年北京冬奥滑雪共有6个项目：高山滑雪、自由式滑雪、单板滑雪、跳台滑雪、越野滑雪及北欧两项。其中，起源于欧洲的阿尔卑斯山脉地区的高山滑雪，是对选手身体要求最高，也是“最挑剔”的项目。
论速度，选手在陡峭的雪道上滑行，能达公里/小时；论难度，不只是赛道蜿蜒崎岖，还要在滑下来的过程中一一穿越多个狭窄旗门，不能偷懒。历届冬奥会的高山滑雪比赛中，只有5名运动员成功卫冕。
怎样保证运动员的安全，以及比赛的公平公正呢？能靠自然形成的雪吗？怎样让雪道的雪足够厚？这就需要科技加持了。
01
国家高山滑雪中心
北京，可能是唯一一座既举办过夏季奥运会，也举办过冬季奥运会的城市，这一点是非常独特的。
北京有着非常独特的地理环境，可以说是被群山环抱，西北面全是高山，南面是一望无际的华北平原。北京市的面积也非常大，最北面的延庆区甚至已经到了长城以北，那是标准的“塞外”。
北京的冬天本来就比较冷，位于长城之外的延庆就更冷一点，北京城里都开春了，延庆的高山峡谷之中，冰雪还没化呢。国家高山滑雪中心就位于延庆区的小海坨山上。
这个地方距离北京市中心的直线距离是80多公里，到张家口市中心差不多也是80多公里。北京冬奥会的所有高山滑雪项目都在这儿举行。
这个高山滑雪中心包括比赛用的滑雪道和训练用的滑雪道，一共是7条，全长9.2公里。最长的一条雪道有3公里长，落差米。差不多就是一个30度的大下坡。
您听着好像觉得30度这个角度不算太大啊。真要把没有经过训练的人拉到山顶上，别说滑雪，就是您顺着这条长长的滑雪道往下看一眼，你都觉得腿肚子转筋，这坡也太陡了。
但是参加比赛的滑雪运动员们都要从这个大坡上以每小时~公里的速度从山顶一直冲到坡底下，瞬间最快速度可能会达到公里/小时。
这可是冬奥会，这可是顶级比赛，运动员们要是没有经过刻苦训练，没有一点超越常人的能力，他也没资格来到这个滑雪场来比赛。
既然是顶级的赛事，所以运动员们会对这条滑雪道上的雪有非常严格的要求。
02
滑雪道，人工造雪？
这么长的一条滑雪道，所有的雪全部都是用造雪机造出来的。
有人可能奇怪啊，北京不是经常下雪吗？前几天还下来着，怎么就不能用自然的雪呢？老天爷白送的你还不要吗？你别说，还真的不能要，如果在冬奥会期间真的下了雪，表面上那层自然的雪是不能用的，必须清扫掉。
主要是高山滑雪比赛采用的都是冰状雪赛道。说白了，那种很细腻绵软，踩上去咯吱咯吱的那种积雪是不能用的，滑雪场的雪道表面必须保持结晶态，有点类似于冰面，但是又不完全是冰面。这么做也是有道理的——
第一个滑雪的运动员面对的是平整的雪道，他滑下去了，地上出了深深的两条沟，后边的运动员还滑不滑了？最后出场的运动员一看，滑雪道跟田埂差不多，全是沟了，这比赛就没法干了。你的想法子保证运动员的滑行不会对滑雪道造成太大的影响才行。
所以，滑雪道的铺设就和田径场上的塑胶跑道差不多，不光要求具有一定的硬度，还得有一定的抓地力和弹性，要足够的光滑，摩擦力要小，但是又不能太小，否则运动员刹不住车，那就麻烦了。而且男子组和女子组对雪的要求还有差异，因为通常男女体重不太一样，对雪的要求也就不一样了。
所以，要铺设这样一条雪道先要用造雪机把雪喷到赛道上，然后用雪车把雪面压紧压瓷实，然后还要注水。让水从冰缝里面渗下去，然后一遍一遍的清理，把雪面抹平，其实雪面也不是完全平整的，而是要压成细小的纵向沟槽，整个过程还是很麻烦的。
一辆压雪车正在工作
但是，每天的气温和湿度都是不一样的，北京的延庆，河北张家口这些滑雪场的温度也都不太一样。那么堆多少冰，喷多少雪，颗粒大小怎么控制，到底浇多少水，这些比例参数也都是不一样的。要让这么多条赛道保持一致，而且要让张家口的滑雪场和北京的滑雪场保持一致，那就有点难度了。
03
探测冰雪的仪器，
来自南极昆仑站的高科技
光靠人的经验显然是不够的，到底这条雪道是不是合格，那必须用仪器检测，这件事儿仪器说了算。
所以，大家就把中国科学院南京天文光学技术研究所的科学家们给请回来了。他们手里有两样法宝，一个叫冰雪粒径检测仪，另一个叫冰雪强度检测仪。由这两种仪器对雪道进行测量，过不过关就是这两样仪器说了算了。
南京天光所团队那可是很有名的，著名的LAMOST望远镜就是他们的杰作。还曾经获得过年度的中国科学院杰出科技成就奖，还有江苏省的科学技术奖一等奖。你去看看他们研究的领域，好像主要都集中在光学领域，说白了就是造大型望远镜。
那你可能觉得奇怪啊，这事儿怎么八竿子打不着啊？这滑雪道再光溜，它也不是玻璃镜片对吧，你怎么把光学专家给请来了？
这事儿还非请他们不可，因为对冰雪表面的研究，他们是首屈一指的。这光学专家怎么就跟冰雪干上了呢？因为他们要做一件大事，必须把冰雪研究透了才行。因为我们国家要在南极冰穹最高点DOOM-A，建设大型光学望远镜。
地球上建设大型光学望远镜最优秀的台址就在的冰穹最高点，也就是咱们的南极昆仑站所在地。现在我们已经在昆仑站安装了三台小型望远镜，经过多年的观测。这个地方的观测条件可以说是首屈一指的。
要知道我们的地球表面有一层非常厚的大气层，会对我们的天文观测产生严重的干扰。比如说我们有时候看见天上的星星总是闪来闪去，其实这就是因为大气的视宁度太差造成的。地面附近的气温往往比较高，所以热气就会往上涌，空气总是扭来扭去，视宁度就变得很差。
视宁度指望远镜显示图像的清晰度。它取决于大气湍流活动程度
到了南极的昆仑站，这个问题基本上就不存在了，因为南极实在太冷了，只要建一座一二十米的高塔，把望远镜架得高高的，离地面稍微远一点，那么空气就几乎是完全静止的，所以这个地方的视宁度甚至和太空有得一拼。
对天文观测来讲，还有个问题就是水蒸气的干扰，因为水蒸气会对红外线和无线电波产生吸收。所以天文观测非常不喜欢水蒸气。不管是夏威夷的莫纳克亚山还是，智利的阿塔卡马沙漠都是非常非常干燥的地方。所以全世界最大的光学望远镜都集中在了这两个地方，大家都扎堆儿。
但是这两个地方再干燥都比不过南极。南极可以说是地球上最干燥的地方，所有的水都变成了固体，以冰雪的形态被你踩在脚下，空气里面是一点都没有。所以我国决定在这个地方建立一个口径2.5米的大型红外线望远镜和一个太赫兹望远镜，所谓的“太赫兹”就是波长在1毫米一下的电磁波，也叫“亚毫米波”，波长介于红外线和微波之间。
南极极夜拍摄到的夜星空动画（图源：杨栩）
南极还有一个好处，就是温度足够低。我们知道任何温度高于绝对零度的物体都是会发射出无线电波的，温度高一点发射出来的，就是红外线温度低一点发射出来的就是无线电波。如果你把一个铁球加热到几百上千度，那么它发出来的光就变成了可见光，于是你就看到一个铁球被烧红了。
如果你要对红外线和太赫兹电磁波进行观测的话，那么周围所有东西发出的电磁波都成了干扰。温度足够低的话，它们发出的无线电波就会变得非常非常微弱。噪音就会变得非常非常小，这也是南极的一个优势。
还有一个优势就是昆仑站每年有4个月是夜晚，天是不会亮的，你可以让望远镜连续工作。如果是在夏威夷或者是阿卡塔马沙漠，他们就没有这个优越条件了，晚上观测了一宿，早上太阳出来了，观测就不得不停止，在南极你可以连轴转。
既然我们要在南极的冰穹最高点建立大型光学望远镜和太赫兹望远镜，对地基的要求是非常高的。望远镜被架在了15米到20米的高塔上，在风速达到10米/秒的情况下，只能产生微米级的晃动。
在昆仑站安装的第二台南极巡天望远镜
如果地基不结实，脚下的地面是软的，那这个目标你就别想达到了。可是你想想，这个望远镜的地基可不是建立在地上，而是建立在冰雪之上，脚下是几千米厚的冰雪。冬天最冷的时候冻得梆梆硬，那倒是没问题，等到了南极的夏天，太阳一晒，冰开始松动了，那可就坏菜了。
所以，从年起，南京天光所的团队就开始对南极昆仑站地区的冰雪地基承载能力进行了测试和研究。所以，这种探测冰雪的仪器那都是现成的，既然要开冬奥会，那就拿过来用用，不用白不用嘛。
当然了，这也从一个侧面说明了我国现在的科技实力已经是越来越强了。在你想不到的地方，在那些不起眼的地方都能用上高科技。
有了大家的努力，我相信这次冬奥会一定会开得非常圆满，那么我们就祝愿运动员们取得好成绩。
