踏雪尋星

南極素有“世界的盡頭”之稱，南極洲高原擁有地球上最清澈的天空、最漫長的黑夜和最獨(dú)特的地理位置，這恰恰是天文學(xué)研究的理想觀測之地。

萬里漂洋過海，

千里冰雪奔襲

南極洲面積超過1400萬平方公里，其中近98%被冰雪覆蓋，據(jù)估計(jì)，它擁有世界上約90%的冰量和70%的淡水資源。

這里常年平均氣溫低于零下30攝氏度，甚至曾被記錄到地球上最低的氣溫——零下89.2攝氏度。整個(gè)南極大陸幾乎都被冰封，卻又異常干燥，就像一片“白色沙漠”。

因?yàn)檫@種獨(dú)特的地理位置和自然環(huán)境，南極洲成了開展科學(xué)研究的極佳之地，是科學(xué)家進(jìn)行氣象、天文、冰川、地質(zhì)、海洋、生物等學(xué)科研究的天然實(shí)驗(yàn)室。

每年11月，雪龍?zhí)柡脱?號(hào)一路南下，穿越風(fēng)平浪靜的赤道，跨過“魔鬼西風(fēng)帶”的驚濤巨浪，載著足有數(shù)百人的考察隊(duì)，漂洋過海來到南極大陸的邊緣。

下了船，旅程卻并未結(jié)束，我們的目的地是1260千米外的中國南極昆侖站，它的海拔超4000米，每年都有一支前去開展工作的考察隊(duì)。昆侖站自然環(huán)境惡劣，低溫（最低零下83.1攝氏度）、低壓（0.57個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）、強(qiáng)紫外線等不僅讓設(shè)備的可靠性面臨極大挑戰(zhàn)，也給隊(duì)員們帶來了低溫、缺氧、暴風(fēng)雪和未知風(fēng)險(xiǎn)等困難險(xiǎn)阻。

在有限的時(shí)間完成諸多考察任務(wù)，這不僅需要體力，還需要堅(jiān)強(qiáng)的意志力和堅(jiān)定的信念。經(jīng)過半個(gè)多月的物資卸貨、裝撬組隊(duì)，內(nèi)陸隊(duì)整裝待發(fā)，場面浩浩蕩蕩，甚是壯觀。

大自然中的天文實(shí)驗(yàn)室

位于南極內(nèi)陸冰蓋最高點(diǎn)的冰穹A地區(qū)擁有地球上最優(yōu)越的天文觀測條件，是絕佳的天文觀測臺(tái)址，而昆侖站正坐落在該區(qū)域——它也是目前世界上唯一一座位于南極冰蓋最高點(diǎn)的科學(xué)考察站，視寧度（衡量光學(xué)天文觀測條件的關(guān)鍵指標(biāo)之一）條件遠(yuǎn)超夏威夷群島上著名的莫納克亞天文臺(tái)。

南極冰穹A擁有穩(wěn)定的大氣逆溫層，極夜期間，這里寒冷、干燥，風(fēng)速幾乎可以忽略，這些穩(wěn)定的大氣條件為天文觀測提供了連續(xù)3個(gè)月的絕佳窗口期。

這里降水量極低，完美符合太赫茲（一種特殊波段的電磁波，穿透性好，能量低，能夠承載更大的信息量）觀測對(duì)水蒸氣的要求，是地球上進(jìn)行太赫茲天文觀測的最佳地點(diǎn)；低溫可以顯著降低大氣背景熱輻射，進(jìn)而增強(qiáng)天文觀測在紅外波段的探測深度，因此，它也同樣是地球上進(jìn)行近紅外波段觀測的最佳地點(diǎn)。

南極望遠(yuǎn)鏡“們”

南極巡天望遠(yuǎn)鏡

南極巡天望遠(yuǎn)鏡AST3-2安裝于2014年，目前是南極冰穹A最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。它的所有電子、機(jī)械和光學(xué)部件都經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，能夠承受極低的溫度，在運(yùn)往南極之前，已經(jīng)歷了幾個(gè)月的嚴(yán)格測試。

AST3-2具有卓越的指向和跟蹤能力，可自動(dòng)對(duì)焦、自動(dòng)觀測、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。主要用于超新星、系外行星以及變星等天文現(xiàn)象的觀測，可根據(jù)不同的巡天策略自動(dòng)拍攝照片，并將觀測日志等重要信息傳回國內(nèi)供科研人員研究。

近紅外望遠(yuǎn)鏡

中國第40次南極科考小隊(duì)在南極昆侖站成功安裝了J波段近紅外望遠(yuǎn)鏡，有效填補(bǔ)了1.1～1.4微米波段的觀測空白。

該望遠(yuǎn)鏡應(yīng)用了自主研發(fā)的耐低溫光學(xué)鏡筒和全密封直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，極端環(huán)境適應(yīng)能力得到顯著提升。運(yùn)行近兩個(gè)月，它在嚴(yán)酷的環(huán)境下獲得了質(zhì)量優(yōu)異的觀測數(shù)據(jù)，正在幫助我們更好地了解昆侖站臺(tái)址環(huán)境。

中國之星小望遠(yuǎn)鏡陣（2007～2012）

2007年，4臺(tái)固定指向、通光直徑100毫米的小望遠(yuǎn)鏡陣CSTAR通過驗(yàn)收，2008年1月，它們被成功地安裝在南極冰穹A上，為接下來我們南極望遠(yuǎn)鏡的研制奠定了基礎(chǔ)。

工作期間，CSTAR進(jìn)行了高頻率、長時(shí)間的連續(xù)觀測，獲得多波段、長時(shí)間周期的連續(xù)光變曲線，開展了變星監(jiān)測、新星與超新星的觀測、搜尋系外行星等任務(wù)。

它的另一個(gè)重要功能是對(duì)天光背景、云量和透明度進(jìn)行測量，并統(tǒng)計(jì)了連續(xù)的晴夜，這些都是測量天文臺(tái)址的依據(jù)?？梢哉f，CSTAR為我國在南極的天文探索跨出了歷史性的第一步。

冰蓋之巔望星辰

不論是探索動(dòng)態(tài)宇宙的時(shí)域天文學(xué)，揭示暗物質(zhì)、暗能量本質(zhì)的高分辨/大視場天文學(xué)，還是研究天體起源演化、搜尋地外行星系統(tǒng)的紅外/亞毫米波天文學(xué)，南極冰穹A都是理想之地。當(dāng)然，南極望遠(yuǎn)鏡“們”也不負(fù)眾望，已取得眾多科研成果。

中國之星小望遠(yuǎn)鏡陣CSTAR在4個(gè)觀測季中，獲取了南極以外的觀測站點(diǎn)無法實(shí)現(xiàn)的連續(xù)觀測數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)不僅對(duì)星震研究、變星研究和系外行星探測至關(guān)重要，還為該地區(qū)隨后的望遠(yuǎn)鏡建造積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

2017年8月18日，南極巡天望遠(yuǎn)鏡AST3-2參與了一次引力波事件的全球觀測計(jì)劃，首次成功探測到此次引力波事件的光學(xué)信號(hào)。

科研人員基于AST3-2的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)這次事件兩顆致密中子星的合并過程中，拋射出的物質(zhì)質(zhì)量超過地球3000倍，這些物質(zhì)以0.3倍光速被拋到星際空間，部分物質(zhì)發(fā)生核合成，形成了比鐵還重的元素。這個(gè)發(fā)現(xiàn)證實(shí)，雙中子星合并事件是宇宙中大部分超重元素的起源。

2023年，中國第40次南極科學(xué)考察隊(duì)首次在昆侖站開展了近紅外天文觀測以及近地空間環(huán)境全時(shí)段監(jiān)測實(shí)驗(yàn)。研究小組收集了整個(gè)天區(qū)范圍內(nèi)J波段的數(shù)據(jù)，獲得了許多關(guān)鍵數(shù)據(jù)，這些都是天文學(xué)領(lǐng)域堅(jiān)實(shí)邁步的基礎(chǔ)。

穿過嚴(yán)寒，踏上冰雪，在地球最澄澈的星空之下，建起屬于我們自己的天文觀測地。發(fā)展南極天文、建造自主研制的一流天文觀測設(shè)備，對(duì)我國天文探索和深空探測具有重要的意義。

（責(zé)任編輯 / 牛一名 美術(shù)編輯 / 周游）