根据中国科学院国家天文台马斌团队7月29日发表在世界顶级学术期刊《自然》上的一篇论文,南极冰盖最高点“冰穹A”(Dome A)也许是地球上夜间观测恒星最清晰的地方,适合建造天文望远镜。
给望远镜找个家
以光学红外望远镜为例,好台址要考虑的因素很多。比如,环境不能太亮,因此要远离人烟;热噪音影响仪器,因此最好寒冷;水汽造成干扰,因此最好干燥;云会遮挡星光,因此要晴多雨少。
常言道“登高望远”,这话放在天文望远镜上也成立,用专业术语说叫“视宁度”问题。大气分布并不均匀,不同层面上的大气湍流会让光线无法直线抵达望远镜——这也是地面上看星星会“眨眼睛”的原因。为尽量避免星星闪烁影响图像质量,越往高处,上头的大气湍流往往越少,视宁度也就小了。
安装在昆仑站的视宁度测量望远镜KL-DIMM
正因如此,目前最负盛名的光学望远镜(比如 “凯克双镜”、“欧洲甚大望远镜”),以及下一代旗舰机(比如“30米望远镜”、“欧洲极大望远镜”),选址不是在智利的沙漠高地里,就是在夏威夷的高山上。
最后,由于地球是歪着朝向银河系中心的,导致南半球相比北半球得天独厚:能观测到的银河系天体更多。欧洲的天文学家们,合作起来专门在智利建了个“欧洲南方天文台”(ESO)。
还有一个公认好评的地方就是南极。寒冷干燥,远离人类噪音,自由大气湍流较弱,大气透明度和天空背景都很优秀。一些观测和理论研究表明,高海拔的南极冰穹是地球上最好的天文台址,在某些方面可与空间相媲美。法国/意大利最早于1975年在冰穹C建站,并逐渐开始一系列的科研工作。
要知道,中低纬度地区最好天文台(智利、夏威夷、拉帕马尔岛)的视宁度中值范围在0.6-0.8角秒,而冰穹C的视宁度中值范围估计在0.23-0.36角秒,呈现显著优势。
然而,针对南极内陆冰盖最高点冰穹A,科学家们此前只测量过白天的视宁度数据。
冰盖最高点
冰穹A是个约60公里×15公里的平台,最高海拔4093米。2005年,中国第21次南极考察队在人类历史上首次到达南极冰穹A区域。2009年,中国在冰穹A区域建立昆仑站。
自2008年起,中国天文学家在冰穹A陆续安装了小型光学望远镜阵CSTAR和南极巡天望远镜AST3。其中,后者对2017年引力波事件对应的中子星并和进行了有效观测。
不过,相比其冰穹C来,冰穹A的视宁度是否更胜一筹呢?
为此,中国第35次南极考察队带去了昆仑视宁度测量望远镜KL-DIMM,于2019年1月架设在8米高的定制塔架上。经过2019年4月11日至8月4日的数据收集,马斌团队报告了冰穹A的夜间视宁度中值为0.31角秒,最低可达0.13角秒。冰穹A在8米高位置的观测效果比冰穹C在同高度好得多,相当于与冰穹C在20米高度的效果。作者团队认为,这是因为冰穹A上方的边界层较薄,在该位置建造望远镜的难度也更小。
论文结尾估计,中国拟建于冰穹A的2.5米口径南极昆仑暗宇宙巡天望远镜KDUST,有能力与中纬度地区的6米级望远镜一争高下。