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為(wei) 什麽(me) 我們(men) 要在南極建望遠鏡？

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，冰蓋像一隻帽子蓋住了南極的大陸江海，使得南極隻有5%左右的裸露的地表，平均冰厚2千米，已探測到的極低氣溫接近-100℃。雖然自然環境惡劣，然而南極的內(nei) 陸高原卻是地球上最好的觀星地，尤其是被譽為(wei) “人類不可接近之極”的內(nei) 陸最高點冰穹A（Ma et al. 2020 Nature）。

南極及中國南極科考站示意圖

（圖片來源：中科院南京天文光學技術研究所 李正陽）

冰穹A，海拔4100米，空氣稀薄，年平均氣溫-56℃，擁有長達3個(ge) 月的極夜，擁有約90%的晴夜。正是這樣的一個(ge) 冷、暗、幹燥、氣流穩定的自然條件，使得冰穹Ａ具有地麵上天文觀測最清晰的視野，“準空間”的天文觀測條件是支撐南極天文學發展的珍稀資源。（這裏有地球上最澄澈的星空）

我國於(yu) 2009年在冰穹A建立首個(ge) 南極內(nei) 陸考察站——昆侖(lun) 站。依托昆侖(lun) 站，中國科學院研究單位與(yu) 中國極地研究中心合作研製了多台套天文觀測設備，其中包括人類曆史上首次探測到引力波光學對應體(ti) 之一的南極巡天望遠鏡（AST3-2）等。

南極冰穹A區域昆侖(lun) 站天文設備

（圖片來源：中科院南京天文光學技術研究所 李正陽）

中山站天文站點串起我國南極天文觀測鏈

南極是“空間和天文觀測”的優(you) 勢場所，發展南極天文、建造自主研製的一流天文觀測設備，對我國天文探索和深空探測具有重要的意義(yi) 。

中國極地研究中心、中國科學院國家天文台和中國科學院南京天文光學技術研究所組建科研團隊（以下簡稱極地創新團隊），擬依托我國南極考察站，構建中山站-泰山站-昆侖(lun) 站的天文觀測鏈路，推動南極天文觀測體(ti) 係化發展。

中山站位於(yu) 南極大陸邊緣，是通往南極內(nei) 陸深處的門戶。作為(wei) 常年有人值守的科考站，中山站為(wei) 昆侖(lun) 站天文設備運行和維護提供了可用的堅實基地，也為(wei) 自主研發南極天文設備，提供了珍貴的一手實時觀測、測試數據。中國第32次南極科學考察期間，中山站安裝了首台天文光學望遠鏡“南極亮星巡天望遠鏡（BSST）”並開展越冬觀測試驗。

南極亮星巡天望遠鏡在中山站拍攝星圖

（圖片來源：中國極地研究中心 薑鵬）

中國第38次南極科學考察期間，極地創新團隊在南極中山站建立首個(ge) 天文觀測平台，安裝了一套有五個(ge) 鏡筒組成的小型望遠鏡陣列，可同時開展四個(ge) 光學波段和近紅外波段天文觀測。該小型望遠鏡陣列由極地創新團隊自主研發，單鏡筒口徑150毫米，具備大視場巡天的能力，五個(ge) 鏡筒全部架設在一台直驅式赤道儀(yi) 上，可開展太陽係外行星等時域天文學觀測和空間環境監測。

中山站小望遠鏡陣列

（圖片來源：中科院南京天文光學技術研究所 李正陽）

極低溫下的南極望遠鏡也能“移動打靶”

匹配優(you) 異的南極天文台址，南極天文光學設備需要實現對移動天文目標的高精度跟蹤測量，獲得例如恒星連續的光度變化、顏色變化的精確數據。

中山站天文觀測平台上的小型望遠鏡陣列，包括4個(ge) 光學波段鏡筒（單鏡筒口徑150mm，視場直徑6°）和1個(ge) 近紅外0.9-1.7微米觀測鏡筒（口徑200mm，視場7′×5.6′）。五個(ge) 鏡筒集成架設在直驅式赤道儀(yi) 上，具有角秒級指向和亞(ya) 角秒級的跟蹤精度，能將天體(ti) 目標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(hui) 上的移動打靶，需要在極低溫（中山站-45℃）、風霜雪的考驗下，穩定地打到5千米遠處的1元硬幣，難度極大。

楊臣威越冬期間開展常規觀測任務

（圖片來源：中國極地研究中心 紀拓）

留守南極中山站的科學家在越冬期間正通過室內(nei) 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(hui) 有大量專(zhuan) 業(ye) 數據陸續傳(chuan) 回國內(nei) ，由後方科研人員進行係統性分析。

中山站天文觀測平台和望遠鏡陣列照片

（圖片來源：中國極地研究中心 紀拓）

在南極，尋找宇宙終極問題的答案

幾千年前，屈原向天發問：上下之形，何由考之？日月安屬，列星安陳？

幾千年後，我們(men) 正在南極尋找這些答案。

我國已先後在南極建設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）等一係列光學天文觀測設備，取得了例如引力波光學對應體(ti) 搜尋測光觀測（中國科學院紫金山天文台 Hu et al, Science Bulletin, 2017）、係外行星候選體(ti) 搜尋（南京大學 Zhang et al, APJs, 2019）等突出科學成果。

小望遠鏡陣列在中山站拍攝星圖

（圖片來源：中國極地研究中心 楊臣威）

目前極地創新團隊首批次部署南極的天文光學設備，以大視場、中小口徑巡天望遠鏡為(wei) 主，擬在靠近南天極附近的天區搜尋太陽係外行星，並開展多波段測光、近紅外波段觀測實驗。通過對係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問題（Liu et al， AJ 2018）。

參考文獻：

[1] Ma, B., Shang, Z., Hu, Y. et al. Night-time measurements of astronomical seeing at Dome A in Antarctica. Nature 583, 771–774 (2020).

[2] Hu L. et al. Optical observations of LIGO source GW 170817 by the AST3-2 at Dome A Antarctica. Science Bulletin 62, 1433-1438 (2017).

[3] Zhang H. et al. Exoplanets in the Antarctic Sky. I. The First Data Release of AST3-II (CHESPA) and New Found Variables within the Southern CVZ of TESS. The Astrophysical Journal Supplement Series 240:16 (32pp) (2019)

[4] Liu HG. Et al. Searching for the Transit of the Earth mass Exoplanet Proxima Centauri b in Antarctica. The Astronomical Journal 155:11(10pp) (2018)

作者單位：中國科學院南京天文光學技術研究所

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