為什么要在南極進(jìn)行天文觀(guān)測？望遠鏡在極寒天氣中要經(jīng)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(fǎng)了中國科學(xué)院南京天文光學(xué)技術(shù)研究所研究員李正陽(yáng)、中國極地研究中心副研究員紀拓、助理研究員楊臣威。

　　“觀(guān)天之眼”

　　串起我國南極天文觀(guān)測鏈

　　對廣袤而深邃的宇宙的好奇心，讓科學(xué)家們把“觀(guān)天之眼”落子南極。

　　“南極內陸高原是公認的地球上進(jìn)行天文觀(guān)測的優(yōu)秀臺址。”李正陽(yáng)說(shuō)，發(fā)展南極天文、建造自主研制的一流天文觀(guān)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(diǎn)，其中冰蓋的最高點(diǎn)冰穹A（我國昆侖站附近）具有地面上進(jìn)行天文觀(guān)測的最清晰視野，大氣視寧度條件已經(jīng)接近太空，是支撐天文學(xué)發(fā)展的珍稀臺址資源。中山站天文觀(guān)測站點(diǎn)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(mén)戶(hù)，可以作為前往南極內陸設備的支撐和測試站點(diǎn)。”

　　據了解，2019年，中國極地研究中心、中國科學(xué)院國家天文臺和南京天文光學(xué)技術(shù)研究所共同組建的科研團隊入選國家級創(chuàng )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(guān)測鏈路，推動(dòng)南極天文觀(guān)測體系化發(fā)展。

　　極端天氣下

　　望遠鏡也能“移動(dòng)打靶”

　　南極常年低溫的環(huán)境和風(fēng)霜雪，給望遠鏡的研制帶來(lái)了極大的挑戰。

　　“如何保障精密天文光學(xué)設備在極端寒冷的環(huán)境下無(wú)人值守運行，是建設南極天文臺站的首要困難。”李正陽(yáng)說(shuō)，整個(gè)項目歷時(shí)2年，創(chuàng )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(xué)數據處理和觀(guān)測調度，南京天文光學(xué)技術(shù)研究所負責陣列望遠鏡研制。

　　此次安裝的小型望遠鏡陣列，包括4個(gè)光學(xué)波段鏡筒（單鏡筒口徑150mm，視場(chǎng)直徑6°）和1個(gè)近紅外0.9-1.7微米觀(guān)測鏡筒（口徑200mm，視場(chǎng)7×5.6′），五個(gè)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。

　　經(jīng)過(guò)現場(chǎng)的觀(guān)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(shí)也能保持很高的穩定性，類(lèi)似奧運會(huì )打移動(dòng)靶，能把觀(guān)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。”

　　科考“施工隊”

　　給望遠鏡“遮風(fēng)擋雪”

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

　　紀拓和楊臣威原先主要從事類(lèi)星體方向的觀(guān)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。

　　“施工、安裝和調試都得自己動(dòng)手。”紀拓說(shuō)，比如望遠鏡基座的建設，場(chǎng)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(guò)的工作。

　　“只靠紀拓和我兩個(gè)人是沒(méi)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(dòng)手施工，令我們非常感動(dòng)。”楊臣威說(shuō)。

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

　　在夜晚調試望遠鏡極軸的時(shí)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?chē)鷽](méi)有任何遮擋，即使平地上沒(méi)有風(fēng)，山上風(fēng)也大。入夜后，“企鵝服”根本擋不住刺骨的寒風(fēng)，十幾分鐘手就凍僵了，只能輪流操作。“好在經(jīng)過(guò)努力，望遠鏡調試后各項技術(shù)指標均能滿(mǎn)足高低速，角秒級精度觀(guān)測需求，再冷也值了。”紀拓說(shuō)。

　　在南極“看星星”

　　尋找宇宙科學(xué)問(wèn)題的答案

　　安裝好的由五個(gè)鏡筒組成的小型望遠鏡陣列，可同時(shí)開(kāi)展四個(gè)光學(xué)波段和近紅外波段觀(guān)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(guān)測。”紀拓介紹，團隊取得了180 GB的觀(guān)測數據，包括對南天著(zhù)名天體如大小麥哲倫星云等的深場(chǎng)曝光觀(guān)測（圖1）。

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

　　“天文觀(guān)測跟大部分人的想象其實(shí)不太一樣。”楊臣威告訴記者，望遠鏡主體設備在戶(hù)外，操作則通過(guò)計算機和網(wǎng)線(xiàn)連到室內進(jìn)行，只有在設備偶爾出現故障時(shí)，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(lái)將會(huì )有大量專(zhuān)業(yè)數據陸續傳回國內，由后方科研人員進(jìn)行系統性分析。

   李正陽(yáng)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(xué)天文觀(guān)測設備，取得了例如引力波光學(xué)對應體搜尋測光觀(guān)測等突出科學(xué)成果。

　　目前創(chuàng )新團隊首批次部署南極的天文光學(xué)設備，以大視場(chǎng)、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(yáng)系外行星，并開(kāi)展多波段測光、近紅外波段觀(guān)測實(shí)驗。“通過(guò)對系外行星的搜尋測光觀(guān)測，可以回答諸如宇宙中是否存在類(lèi)地球行星、人類(lèi)是否孤獨等科學(xué)問(wèn)題。”李正陽(yáng)說(shuō)。

　　新華日報·交匯點(diǎn)記者 蔡姝雯

　　圖片及視頻由受訪(fǎng)者提供