【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】7月30日，期刊《自然》發(fā)布了中國科學(xué)院國家天文臺商朝暉研究團(tuán)隊的一項重要成果。依托安裝于中國南極昆侖站的自主研制設(shè)備，研究團(tuán)隊測量并獲得了夜間大氣視寧度，證明昆侖站所在的冰穹A地區(qū)的光學(xué)天文觀測條件優(yōu)于已知的其他任何地面臺址。這項研究成果確認(rèn)了昆侖站有珍貴的天文觀測臺址資源，為我國進(jìn)一步開展南極天文研究奠定了基礎(chǔ)。
 

　　視寧度表征大氣抖動對望遠(yuǎn)鏡觀測星象造成的模糊程度。在視寧度好(數(shù)值小)的條件下，觀測恒星因為大氣湍流帶來的抖動比較小，所以照片上星象更加銳利清晰，對觀測暗弱的天體效率更高。在視寧度優(yōu)異的天文臺，一臺小口徑望遠(yuǎn)鏡的觀測能力可以與其他地方的大望遠(yuǎn)鏡相媲美。因此天文臺的選址至關(guān)重要，而視寧度是重要的參數(shù)之一。
 

　　昆侖站所在的南極冰穹A地區(qū)的地理和大氣條件表明，大氣湍流主要在近地表的邊界層，邊界層之上的自由大氣非常穩(wěn)定，理論預(yù)計有很好的視寧度。這次的成果第一次用實測數(shù)據(jù)對冰穹A的視寧度進(jìn)行了定量科學(xué)統(tǒng)計和評估，并進(jìn)一步證明了冰穹A的大氣邊界層很低，有利于未來的天文臺工程建設(shè)和成本控制。
 

　　研究團(tuán)隊自主研制了昆侖視寧度望遠(yuǎn)鏡KL-DIMM，于2018年11月參加中國第35次南極科考，赴內(nèi)陸昆侖站，于2019年1月現(xiàn)場安裝調(diào)試成功后立即投入觀測，并實現(xiàn)無人值守的越冬長期全自動運行，獲取了珍貴的夜間視寧度測量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)表明，自由大氣視寧度的中值只有0.31角秒，并且在離地面8米的高度，就有31%的時間可以獲得自由大氣視寧度；在離地面14米的高度，有近一半的時間可以獲得自由大氣視寧度。相比較而言，同在南極的冰穹C的邊界層高度中值在30米，比冰穹A難于獲得自由大氣視寧度。天文觀測對成像質(zhì)量要求極高，目前世界上望遠(yuǎn)鏡集中在夏威夷和智利北部優(yōu)良的臺址上，視寧度一般在0.6-0.8角秒。冰穹A的天文觀測條件明顯優(yōu)于上述兩個地區(qū)，有望成為優(yōu)秀的地面天文臺。
 

　　昆侖站位于海拔4093米的南極冰穹A，國家海洋局組織的中國南極考察隊在2005年第一次到達(dá)這個地區(qū)，也是從陸地到達(dá)這個地區(qū)的國家。自2007年參與南極昆侖站的內(nèi)陸科考以來，中國天文界獲得了一系列天文觀測和臺址測量的成果。昆侖站冬季氣溫可以低至零下80度，在這里運行的設(shè)備要面對低溫、霜雪、有限能源和通訊等多重挑戰(zhàn)。研究團(tuán)隊基于南極天文多年經(jīng)驗積累，克服重重困難，成功研制了適應(yīng)極低溫下運行的視寧度望遠(yuǎn)鏡KL-DIMM，并在帕米爾高原的新疆天文臺慕士塔格觀測站進(jìn)行野外測試和比對，確認(rèn)了儀器性能。KL-DIMM及其他設(shè)備隨第35次南極科考(2018/2019)安裝于冰穹A，成功全自動越冬運行。安裝過程中，內(nèi)陸科考隊克服了高原缺氧、低溫等各種困難，并在現(xiàn)場維護(hù)更新了為天文設(shè)備提供能源和通訊的設(shè)施PLATO-A。
 

　　這項工作基于KL-DIMM的數(shù)據(jù)，與澳大利亞和加拿大科學(xué)家合作完成。本研究論文共包括9位作者，參與單位包括國家天文臺、天津師范大學(xué)、中國極地研究中心、澳大利亞新南威爾士大學(xué)(UNSW)和加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)(UBC)。南極天文的發(fā)展一直得到自然資源部下屬的國家海洋局極地考察辦公室和中國極地研究中心的鼎力支持。