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          在南極仰望星空!“江蘇造”望遠鏡陣列落戶中山站

          2022-05-16 11:09 來源:交匯點 我要評論0 字號:
          【導讀】 在近日收官的中國第38次南極科學考察中,我國科學家在中山站建成首個天文觀測站點,并架設了一套由五個鏡筒組成的小型望遠鏡陣列。

          在近日收官的中國第38次南極科學考察中,我國科學家在中山站建成首個天文觀測站點,并架設了一套由五個鏡筒組成的小型望遠鏡陣列。這套立于漫天風雪中“觀天之眼”,正是由中國科學院南京天文光學技術研究所、中國極地研究中心研制而成。

          為什么要在南極進行天文觀測?望遠鏡在極寒天氣中要經歷怎樣的考驗?在南極“看星星”又是一種怎樣的體驗?記者采訪了中國科學院南京天文光學技術研究所研究員李正陽、中國極地研究中心副研究員紀拓、助理研究員楊臣威。

          “觀天之眼”

          串起我國南極天文觀測鏈

          對廣袤而深邃的宇宙的好奇心,讓科學家們把“觀天之眼”落子南極。

          “南極內陸高原是公認的地球上進行天文觀測的優秀臺址?!崩钫栒f,發展南極天文、建造自主研制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。

          目前值守在中山站的楊臣威告訴記者,南極內陸冰蓋具有冷、暗、干燥、氣流穩定等特點,其中冰蓋的最高點冰穹A(我國昆侖站附近)具有地面上進行天文觀測的最清晰視野,大氣視寧度條件已經接近太空,是支撐天文學發展的珍稀臺址資源。中山站天文觀測站點的建設運行,為昆侖站天文設備運行維護提供了可用的基地,“我現在所處的中山站位于海邊,常年有人值守,也是通往南極內陸深處的門戶,可以作為前往南極內陸設備的支撐和測試站點?!?/p>

          楊臣威越冬期間開展常規觀測

          據了解,2019年,中國極地研究中心、中國科學院國家天文臺和南京天文光學技術研究所共同組建的科研團隊入選國家級創新團隊,依托我國南極考察站,計劃構建中山站—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展。

          極端天氣下

          望遠鏡也能“移動打靶”

          南極常年低溫的環境和風霜雪,給望遠鏡的研制帶來了極大的挑戰。

          “如何保障精密天文光學設備在極端寒冷的環境下無人值守運行,是建設南極天文臺站的首要困難?!崩钫栒f,整個項目歷時2年,創新團隊分工合作,極地研究中心負責項目總體設計、數據系統、天文臺址基礎建設等,國家天文臺負責科學數據處理和觀測調度,南京天文光學技術研究所負責陣列望遠鏡研制。

          望遠鏡陣列由五個鏡筒集成

          此次安裝的小型望遠鏡陣列,包括4個光學波段鏡筒(單鏡筒口徑150mm,視場直徑6°)和1個近紅外0.9-1.7微米觀測鏡筒(口徑200mm,視場7×5.6′),五個鏡筒集成架設在直驅式赤道儀上,具有耐極低溫運行、兼顧高低速跟蹤、極高精度指向精度等性能。

          望遠鏡陣列視野大、穩定性高

          經過現場的觀測運行,楊臣威感受到望遠鏡陣列視野非常大,“單臺望遠鏡有15平方度,四臺錯位使用可以覆蓋很大的視野,極大提高了望遠鏡的工作效率。望遠鏡在快速跟蹤的同時也能保持很高的穩定性,類似奧運會打移動靶,能把觀測天體精確鎖定在望遠鏡照片的固定位置,有利于獲得很高的測量精度?!?/p>

          科考“施工隊”

          給望遠鏡“遮風擋雪”

          無孔不入的“地吹雪”、零下幾十度的低溫……在南極的極端天氣環境中,望遠鏡需要架設在一個非常穩定的基座上,才能準確指向和跟蹤目標,同時還要戴一頂“圓帽”以免風雪侵襲。

          紀拓和楊臣威原先主要從事類星體方向的觀測研究,這次去南極后,由望遠鏡的使用者搖身一變成為望遠鏡的安裝和維護者。

          紀拓和楊臣威進行望遠鏡底座平臺的澆筑工作

          “施工、安裝和調試都得自己動手?!奔o拓說,比如望遠鏡基座的建設,場地平整、地平與平臺基墩的支模與澆筑,鋼結構平臺的組裝,地錨拉索固定等,都是在國內從未接觸過的工作。

          “只靠紀拓和我兩個人是沒有辦法完成這么多工作的。38次科考隊的隊友們,從澆筑水泥到吊裝鋼底座和望遠鏡,再到安裝圓頂和加固,不僅出謀劃策還動手施工,令我們非常感動?!睏畛纪f。

          科考隊員姜華幫忙焊接望遠鏡圓頂

          此外,國內技術團隊和現場團隊也密切配合,從調整極軸時螺絲怎么擰,到指向模型的校準軟件怎么用,事無巨細給出及時、詳細的技術支持,保障了望遠鏡的順利安裝和調試。

          望遠鏡鋼結構基礎平臺完成

          在夜晚調試望遠鏡極軸的時候,隊員們真正感受到了南極的冷。由于望遠鏡架設在山頭上,周圍沒有任何遮擋,即使平地上沒有風,山上風也大。入夜后,“企鵝服”根本擋不住刺骨的寒風,十幾分鐘手就凍僵了,只能輪流操作?!昂迷诮涍^努力,望遠鏡調試后各項技術指標均能滿足高低速,角秒級精度觀測需求,再冷也值了?!奔o拓說。

          望遠鏡調試期間尚未安裝圓頂,山上風速經常大于10米/秒

          在南極“看星星”

          尋找宇宙科學問題的答案

          安裝好的由五個鏡筒組成的小型望遠鏡陣列,可同時開展四個光學波段和近紅外波段觀測。

          “度夏期間,我們抓住短暫的夜晚窗口,在考察隊撤離中山站前順利完成望遠鏡的初光觀測?!奔o拓介紹,團隊取得了180 GB的觀測數據,包括對南天著名天體如大小麥哲倫星云等的深場曝光觀測(圖1)。

          望遠鏡初光天體小麥哲倫星云

          如今,南極已進入越冬期,留守的楊臣威可以在室內遙控望遠鏡進行觀測和拍攝。

          “天文觀測跟大部分人的想象其實不太一樣?!睏畛纪嬖V記者,望遠鏡主體設備在戶外,操作則通過計算機和網線連到室內進行,只有在設備偶爾出現故障時,他才需要全副武裝去山頂上檢修。目前,望遠鏡運行良好,未來將會有大量專業數據陸續傳回國內,由后方科研人員進行系統性分析。

          李正陽介紹,我國已先后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)等一系列光學天文觀測設備,取得了例如引力波光學對應體搜尋測光觀測等突出科學成果。

          目前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主,擬在靠近南天極附近的天區搜尋太陽系外行星,并開展多波段測光、近紅外波段觀測實驗?!巴ㄟ^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問題?!崩钫栒f。

          作者: 暫無
          編輯:促織
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