李正陽

向“人類不可接近之極”接近

人跡罕至的南極洲是地球上最南邊的大陸，冰蓋像一只帽子蓋住了南極的大陸江海，平均冰厚2千米，已探測到的極低氣溫接近-100℃。雖然自然環(huán)境惡劣，然而南極的內(nèi)陸高原卻是地球上最好的觀星地，尤其是被譽為“人類不可接近之極”的內(nèi)陸最高點冰穹A。

冰穹A，海 拔410 0米，空氣稀薄，年平均氣溫-56℃，擁有長達3個月的極夜，擁有約90%的晴夜。正是這樣一個冷、暗、干燥、氣流穩(wěn)定的自然條件，使得冰穹Ａ具有地面上天文觀測最清晰的視野，地球上最澄澈的星空，“準(zhǔn)空間”的天文觀測條件是支撐南極天文學(xué)發(fā)展的珍稀資源。

我國于2009年在冰穹A建立首個南極內(nèi)陸考察站——昆侖站。依托昆侖站，中國科學(xué)院研究單位與中國極地研究中心合作研制了多臺套天文觀測設(shè)備，其中包括人類歷史上首次探測到引力波光學(xué)對應(yīng)體之一的南極巡天望遠鏡（AST3-2）等。

中山站串起我國南極天文觀測鏈

南極是“空間和天文觀測”的優(yōu)勢場所，發(fā)展南極天文、建造自主研制的一流天文觀測設(shè)備，對我國天文探索和深空探測具有重要的意義。

中國極地研究中心、中國科學(xué)院國家天文臺和中國科學(xué)院南京天文光學(xué)技術(shù)研究所組建科研團隊（以下簡稱極地創(chuàng)新團隊），擬依托我國南極考察站，構(gòu)建中山站-泰山站-昆侖站的天文觀測鏈路，推動南極天文觀測體系化發(fā)展。

中山站位于南極大陸邊緣，是通往南極內(nèi)陸深處的門戶。作為常年有人值守的科考站，中山站為昆侖站天文設(shè)備運行和維護提供了可用的堅實基地，也為自主研發(fā)南極天文設(shè)備，提供了珍貴的一手實時觀測、測試數(shù)據(jù)。中國第32次南極科學(xué)考察期間，中山站安裝了首臺天文光學(xué)望遠鏡“南極亮星巡天望遠鏡（BSST）”并開展越冬觀測試驗。

中國第38次南極科學(xué)考察期間，極地創(chuàng)新團隊在南極中山站建立首個天文觀測平臺，安裝了一套有五個鏡筒組成的小型望遠鏡陣列，可同時開展四個光學(xué)波段和近紅外波段天文觀測。該小型望遠鏡陣列由極地創(chuàng)新團隊自主研發(fā)，單鏡筒口徑150毫米，具備大視場巡天的能力，五個鏡筒全部架設(shè)在一臺直驅(qū)式赤道儀上，可開展太陽系外行星等時域天文學(xué)觀測和空間環(huán)境監(jiān)測。

極低溫下的南極望遠鏡也能“移動打靶”

匹配優(yōu)異的南極天文臺址，南極天文光學(xué)設(shè)備需要實現(xiàn)對移動天文目標(biāo)的高精度跟蹤測量，獲得恒星連續(xù)的光度變化、顏色變化的精確數(shù)據(jù)等。

小型望遠鏡陣列，包括4個光學(xué)波段鏡筒（單鏡筒口徑150毫米，視場直徑6°）和1個近紅外0.9-1.7微米觀測鏡筒（口徑200毫米，視場7′×5.6′）。五個鏡筒集成架設(shè)在直驅(qū)式赤道儀上，具有角秒級指向和亞角秒級的跟蹤精度，能將天體目標(biāo)鎖定到望遠鏡觀測視野中，開展高精度的光度和顏色測量。

南極望遠鏡就好比運動員在冬季奧運會上的移動打靶，需要在極低溫（中山站-45℃）、風(fēng)霜雪的考驗下，穩(wěn)定地打中5千米遠處的1元硬幣，難度極大。

留守南極中山站的科學(xué)家在越冬期間正通過室內(nèi)遙控望遠鏡進行有序的觀測和拍攝。目前，望遠鏡運行良好，未來將會有大量專業(yè)數(shù)據(jù)陸續(xù)傳回國內(nèi)，由后方科研人員進行系統(tǒng)性分析。

在南極，尋找宇宙終極問題的答案

幾千年前，屈原向天發(fā)問：上下之形，何由考之？日月安屬，列星安陳？

幾千年后，我們正在南極尋找這些答案。

我國已先后在南極建設(shè)了包括中國之星小望遠鏡陣列（CSTAR），南極巡天望遠鏡（AST3），南極亮星巡天望遠鏡（BSST）等一系列光學(xué)天文觀測設(shè)備，取得了例如引力波光學(xué)對應(yīng)體搜尋測光觀測、系外行星候選體搜尋等突出科學(xué)成果。

目前極地創(chuàng)新團隊首批次部署南極的天文光學(xué)設(shè)備，以大視場、中小口徑巡天望遠鏡為主，擬在靠近南天極附近的天區(qū)搜尋太陽系外行星，并開展多波段測光、近紅外波段觀測實驗。通過對系外行星的搜尋測光觀測，可以回答諸如宇宙中是否存在類地球行星、人類是否孤獨等科學(xué)問題。