中国南极昆仑站这里或是夜间观测恒星最清晰的地方,视宁度优于已知的所有天文台址!

subtitle 海洋知圈 07-31 10:13
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地基天文学的最大挑战是“视宁度”问题。

南极高原最高冰穹“冰穹A”或是地球上夜间观测恒星最清晰的地方。解放日报·上观新闻记者获悉,北京时间2020年7月29日晚,国际科学期刊《自然》发布了中国科学院国家天文台商朝晖研究团队的一项重大成果。依托安装于中国南极昆仑站的自主研制设备,研究团队首次测量并获得了极佳的夜间大气视宁度,证明昆仑站所在的冰穹A地区的光学天文观测条件优于已知的其他任何地面台址。

南极地图。感谢武汉大学中国南极测绘研究中心庞小平、王诗云提供原图。

地基天文学面临的一个最大挑战是“视宁度”问题。视宁度是指大气湍流对天文图像质量的影响——这些湍流会让恒星闪烁。在视宁度好(数值小)的条件下,观测恒星因为大气湍流带来的抖动比较小,所以照片上星象更加锐利清晰,对观测暗弱的天体效率更高。在视宁度优异的天文台,一台小口径望远镜的观测能力,可以与其他地方的大望远镜相媲美。因此天文台的选址,至关重要,而视宁度是最重要的参数之一。

昆仑站所在的南极冰穹A地区的地理和大气条件表明,大气湍流主要在近地表的边界层,边界层之上的自由大气非常稳定,理论预计有很好的视宁度。这次的成果第一次用实测数据对冰穹A的视宁度进行了定量科学统计和评估,并进一步证明了冰穹A的大气边界层很低,有利于未来的天文台工程建设和成本控制。

中间是DIMM的8米高塔架,前面是15米高的多层大气参数测量塔,其数据也用于了这项研究成果。

昆仑站位于海拔4093米的南极冰穹A,国家海洋局组织的中国南极考察队在2005年第一次到达这个地区,也是唯一从陆地到达这个地区的国家。昆仑站冬季气温可以低至零下80度,在这里运行的设备要面对低温、霜雪、有限能源和通讯等多重挑战。研究团队自主研制了适应极低温下运行的视宁度望远镜KL-DIMM,于2018年11月参加中国第35次南极科考,赴内陆昆仑站,于2019年1月现场安装调试成功后立即投入观测,并实现无人值守的越冬长期全自动运行,获取了珍贵的夜间视宁度测量数据。数据表明,自由大气视宁度的中值只有0.31角秒,最佳值达到0.13角秒,并且在离地面8米的高度,就有31%的时间可以获得自由大气视宁度;在离地面14米的高度,有近一半的时间可以获得自由大气视宁度。相比较而言,同在南极的冰穹C的边界层高度中值在30米,比冰穹A更难获得自由大气视宁度。

天文观测对成像质量要求极高,目前世界上最好的望远镜集中在夏威夷和智利北部优良的台址上,视宁度一般在0.6-0.8角秒。冰穹A的天文观测条件,明显优于上述两个地区,有望成为优秀的地面天文台。

夜间视宁度测量结果。峰值处表明自由大气视宁度的中值为0.31角秒。


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信息来源:上观新闻 黄海华;题图来源:新华社;图片编辑:项建英;题图:2019年1月16日,中国第35次南极科学考察队昆仑队在南极昆仑站完成小型视宁度测量望远镜KL-DIMM的安装,展开观测调试。文中图片由采访对象提供

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