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研究發現南極冰穹A爲目前地面最佳光學天文觀測臺址

http://finance.sina.com   2020年07月31日 18:46   北京同乐城国际线址網

  來源:中科院之聲

  7月30日,國際期刊《自然》發佈了中國科學院國家天文臺商朝暉研究團隊的一項重要成果。依託安裝於中國南極崑崙站的自主研製設備,研究團隊測量並獲得了極佳的夜間大氣視寧度,證明崑崙站所在的冰穹A地區的光學天文觀測條件優於已知的其他任何地面臺址。這項研究成果確認了崑崙站有珍貴的天文觀測臺址資源,爲我國進一步開展南極天文研究奠定了基礎。

  視寧度表徵大氣抖動對望遠鏡觀測星象造成的模糊程度。在視寧度好(數值小)的條件下,觀測恆星因爲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,對觀測闇弱的天體效率更高。在視寧度優異的天文臺,一臺小口徑望遠鏡的觀測能力可以與其他地方的大望遠鏡相媲美。因此天文臺的選址至關重要,而視寧度是最重要的參數之一。

  崑崙站所在的南極冰穹A地區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定,理論預計有很好的視寧度。這次的成果第一次用實測數據對冰穹A的視寧度進行了定量科學統計和評估,並進一步證明了冰穹A的大氣邊界層很低,有利於未來的天文臺工程建設和成本控制。

  研究團隊自主研製了崑崙視寧度望遠鏡KL-DIMM,於2018年11月參加中國第35次南極科考,赴內陸崑崙站,於2019年1月現場安裝調試成功後立即投入觀測,並實現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據。數據表明,自由大氣視寧度的中值只有0.31角秒,最佳值達到0.13角秒,並且在離地面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難於獲得自由大氣視寧度。天文觀測對成像質量要求極高,目前世界上最好的望遠鏡集中在夏威夷和智利北部優良的臺址上,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於上述兩個地區,有望成爲優秀的地面天文臺。

  崑崙站位於海拔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年第一次到達這個地區,也是唯一從陸地到達這個地區的國家。自2007年參與南極崑崙站的內陸科考以來,中國天文界獲得了一系列天文觀測和臺址測量的成果。崑崙站冬季氣溫可以低至零下80度,在這裏運行的設備要面對低溫、霜雪、有限能源和通訊等多重挑戰。研究團隊基於南極天文多年經驗積累,克服重重困難,成功研製了適應極低溫下運行的視寧度望遠鏡KL-DIMM,並在帕米爾高原的新疆天文臺慕士塔格觀測站進行野外測試和比對,確認了儀器性能。KL-DIMM及其他設備隨第35次南極科考(2018/2019)安裝於冰穹A,成功全自動越冬運行。安裝過程中,內陸科考隊克服了高原缺氧、低溫等各種困難,並在現場維護更新了爲天文設備提供能源和通訊的設施PLATO-A。

  這項工作基於KL-DIMM的數據,與澳大利亞和加拿大科學家合作完成。本研究論文共包括9位作者,參與單位包括國家天文臺、天津師範大學、中國極地研究中心、澳大利亞新南威爾士大學(UNSW)和加拿大不列顛哥倫比亞大學(UBC)。南極天文的發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。

夜間視寧度測量結果。峯值處表明自由大氣視寧度的中值爲0.31角秒。夜間視寧度測量結果。峯值處表明自由大氣視寧度的中值爲0.31角秒。
工作現場照片。中間是DIMM的8米高的塔架,前面是15米高的多層大氣參數測量塔KLAWS-2G,其數據也用於了這項研究。右側的黃色集裝箱是PLATO-A的儀器艙。工作現場照片。中間是DIMM的8米高的塔架,前面是15米高的多層大氣參數測量塔KLAWS-2G,其數據也用於了這項研究。右側的黃色集裝箱是PLATO-A的儀器艙。
南極崑崙站2臺冗餘的視寧度望遠鏡及其8米高的塔架(安裝時照片)南極崑崙站2臺冗餘的視寧度望遠鏡及其8米高的塔架(安裝時照片)
武漢大學中國南極測繪研究中心提供的南極地圖,顯示冰穹A、C、F以及南極點、中山站和泰山站。武漢大學中國南極測繪研究中心提供的南極地圖,顯示冰穹A、C、F以及南極點、中山站和泰山站。
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