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【中国海洋报】南极“天眼”:酷寒遥看创非凡
发表日期: 2017-11-16
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  ——来自我国南极冰穹A巡天望远镜AST3-2的最新成果报道

 

  ■本报记者 郑雅楠

  记者近日从中国极地研究中心获悉,我国南极巡天望远镜AST3-2在2017观测年度,即3月~9月期间,成功克服极寒、暴风雪等恶劣条件,在南极昆仑站首次实现了无人值守条件下的越冬观测。我国南极天文学研究迈出了坚实的一步。
  据了解,AST3-2是我国于2015年1月架设在南极内陆冰穹A的第二台巡天望远镜,是目前在南极运行的唯一一台全自动巡天光学望远镜。
  那么,为何要把望远镜架设在酷寒的南极最高点?无人值守是如何实现的?南极巡天望远镜主要观测什么?我国在南极天文方面取得了哪些突破?带着这些问题,记者采访了有关专家。

抢占全球最佳天文观测点
  “南极内陆是具有接近空间的优越天文观测条件。”中国极地研究中心南极天文学研究室副研究员姜鹏表示,相比地面其他地点,南极观测可以看得更远、更清楚,非常适宜进行高分辨大视场的天文观测。
  其中,南极内陆冰盖最高点,被称为“不可接近之极”的冰穹A,更是全世界天文学家梦寐以求的观测地点。依托中国南极昆仑站,我国天文学家已率先在此选定了天文台址。
  中科院院士、中国南极天文中心副主任崔向群表示,在天文观测方面,以前我国常是主动联系他国寻求合作,但有了冰穹A的观测点,包括美国、澳大利亚、法国等在内的国家都积极与我国联系,提出条件优厚的合作计划,这对促进我国天文学发展、提高我国天文领域的国际地位大有裨益。
  据姜鹏介绍,冰穹A成为全球最佳观测点之一主要有3个原因。第一,在冰穹A,90%以上的时间是晴天,大气清晰度高,冬季全是黑夜,没有太阳光干扰,适宜开展超新星、太阳系外行星等时域天文观测。第二,冰穹A海拔4000多米,最低温度可达-80℃,寒冷、干燥,水汽对电磁波吸收的干扰较小,在太赫兹至远红外谱段的大气透过率更高,是观测宇宙的绝佳窗口。第三,实测证实,冰穹A的大气边界层高度仅15米,有利于摆脱大气抖动的干扰,获得接近空间观测的视宁度。

实现无人值守越冬观测
  冰穹A的地势,正是我国天文研究的优势。在冰穹A西南方向7~8公里处,坐落着中国南极内陆考察站昆仑站。姜鹏说,中国南极昆仑站对多个学科都具有重要的支撑作用,国家海洋局组织开展的南极内陆科考中,天文学是重点学科之一。
  姜鹏表示,此次我国巡天望远镜实现无人值守越冬观测,意味着我国南极天文研究取得突破性进展。“从2015年架设AST3-2巡天望远镜到实现无人值守越冬观测,我们仅仅用了两年。”
  中科院紫金山天文台南极研究中心主任、AST3项目首席科学家王力帆也表示,AST3-2是历史上第一个在南极越冬自动观测的光学望远镜,在国际上处于领先地位。
  据姜鹏介绍,AST3-2需要通过铱星的卫星网络远程控制实现全年无人值守持续工作,这对极寒条件下运行的可靠性提出了极高的要求。为此,我国科学家自主研发了能够在极寒条件下持续工作的硬件系统以及全套软件系统。有了该系统,远控团队根据科学家提出的观测要求,制订观测计划,每天或每隔几天给望远镜发出指令,望远镜配备的CCD相机根据指令收集科学数据并进行实时数据处理,最终实现了无人值守条件下全年越冬观测。

跻身全球引力波观测大家庭
  天文观测的意义是什么?“目前全球天文学极具挑战性的基本科学问题被概括为‘两暗一黑三起源’,即暗能量、暗物质,黑洞,以及宇宙起源、天体起源、生命起源。天文观测的重要意义之一,就在于研究宇宙的组成、生命的起源等问题。”姜鹏说。
  首次实现无人值守条件下越冬观测的AST3-2又观测到了什么呢?据姜鹏介绍,2017观测年度中,AST3-2共观测超过200多个系外行星候选体,目前确认100余颗高置信度系外行星候选体。
  其中,令人振奋的是8月18日至28日,中国南极天文团队运用AST3-2成功探测到首个双中子星并合引力波GW170817的光学对应体和光变信号。2017年8月17日引力波望远镜LIGO和VIRGO看到第五例引力波事件之后,中国南极昆仑站的南极巡天望远镜AST3与众多国际天文望远镜联合观测,首次发现引力波源的电磁对应体,确定该引力波事件起源于两颗中子星并合所产生的时空涟漪,人类有史以来终于既“听”到也“看”到了引力波发射过程。这一发现标志多信使天文观测时代正在开始,将作为一个重要里程碑载入天文学发展史册。
  中国南极昆仑站AST3望远镜是南极地区最大口径的天文光学望远镜。在引力波源信息发布大约一天内,AST3开始对该引力波源所在天区进行持续光学监测。这次监测历时10天,发现引力波源的电磁对应体,获得的光变曲线与巨新星理论预测高度吻合。AST3的监测数据结合国际其它望远镜观测结果,提供了认识双中子星并合物理过程的关键信息。

寻求红外天文观测新突破
  在昆仑站建设之初,国家海洋局就将南极天文纳入南极科学考察中长期规划,确定南极天文学作为昆仑站三大学科重点之一,为我国天文界与国际天文界合作开展南极天文观测研究提供了极好的机遇和条件。通过国家海洋局和中国科学院通力合作,南极天文观测加入2007~2009年度中国南极科考和国际极地年中国行动计划──熊猫计划。在南北极环境综合考察与评估专项和历次南极地考察队的支持下,先后在昆仑站建立自动天文观测站和南极巡天望远镜AST3等重要的天文台址科考和天文观测设备。
  据南京天光所南极巡天望远镜项目常务副组长袁祥岩介绍,2008年1月,4架145毫米口径折反式望远镜(“中国之星”小望远镜阵)在南极冰穹A安装成功。由此,天文学家积累了大量大气透明度、天光亮度、晴夜数等台址数据;更从连续4年的观测数据中发现了一批变星和系外行星的候选体等,国内媒体曾以“寻找另一个地球”为主题,报道了相关科研进展。
  此后,两台主镜口径68厘米、入瞳口径50厘米、配备功能强大的10K×10K CCD相机的AST3南极巡天望远镜相继安装,主要进行超新星早期发现、系外行星搜寻和光变天体的研究。
  据了解,第三台南极巡天望远镜AST3-3目前已经完成硬件主体制造和测试,计划在明年进行试观测。姜鹏介绍说,第三台南极巡天望远镜的观测范围将拓展到近红外波段,可以充分利用南极内陆红外观测的巨大优势,开展近红外波段时域巡天和系外行星探测研究,有望突破我国红外天文观测的瓶颈。
  王力帆说,目前我国南极天文研究势头强劲,AST3-2的运行成功,已使我国南极天文观测进入国际天文学观测的领先行列。他希望南极昆仑站通过进一步建设和完善,成为世界级的天文学科研基地。
 

   (中国南极天文团队供图) 

        中国海洋报 第2213期 第A3版:聚焦

 

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