這裏或是夜間觀測恆星最清晰的地方,視寧度優於已知的所有天文台址

摘要:地基天文學的最大挑戰是“視寧度”問題。
這裏或是夜間觀測恆星最清晰的地方,視寧度優於已知的所有天文台址

南極高原最高冰穹“冰穹A”或是地球上夜間觀測恆星最清晰的地方。解放日報·上觀新聞記者獲悉,北京時間2020年7月29日晚,國際科學期刊《自然》發佈了中國科學院國家天文台商朝暉研究團隊的一項重大成果。依託安裝於中國南極崑崙站的自主研製設備,研究團隊首次測量並獲得了極佳的夜間大氣視寧度,證明崑崙站所在的冰穹A地區的光學天文觀測條件優於已知的其他任何地面台址。

這裏或是夜間觀測恆星最清晰的地方,視寧度優於已知的所有天文台址

南極地圖。感謝武漢大學中國南極測繪研究中心龐小平、王詩云提供原圖。

地基天文學面臨的一個最大挑戰是“視寧度”問題。視寧度是指大氣湍流對天文圖像質量的影響——這些湍流會讓恆星閃爍。在視寧度好(數值小)的條件下,觀測恆星因為大氣湍流帶來的抖動比較小,所以照片上星象更加鋭利清晰,對觀測闇弱的天體效率更高。在視寧度優異的天文台,一台小口徑望遠鏡的觀測能力,可以與其他地方的大望遠鏡相媲美。因此天文台的選址,至關重要,而視寧度是最重要的參數之一。

崑崙站所在的南極冰穹A地區的地理和大氣條件表明,大氣湍流主要在近地表的邊界層,邊界層之上的自由大氣非常穩定,理論預計有很好的視寧度。這次的成果第一次用實測數據對冰穹A的視寧度進行了定量科學統計和評估,並進一步證明了冰穹A的大氣邊界層很低,有利於未來的天文台工程建設和成本控制。

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中間是DIMM的8米高塔架,前面是15米高的多層大氣參數測量塔,其數據也用於了這項研究成果。

崑崙站位於海拔4093米的南極冰穹A,國家海洋局組織的中國南極考察隊在2005年第一次到達這個地區,也是唯一從陸地到達這個地區的國家。崑崙站冬季氣温可以低至零下80度,在這裏運行的設備要面對低温、霜雪、有限能源和通訊等多重挑戰。研究團隊自主研製了適應極低温下運行的視寧度望遠鏡KL-DIMM,於2018年11月參加中國第35次南極科考,赴內陸崑崙站,於2019年1月現場安裝調試成功後立即投入觀測,並實現無人值守的越冬長期全自動運行,獲取了珍貴的夜間視寧度測量數據。數據表明,自由大氣視寧度的中值只有0.31角秒,最佳值達到0.13角秒,並且在離地面8米的高度,就有31%的時間可以獲得自由大氣視寧度;在離地面14米的高度,有近一半的時間可以獲得自由大氣視寧度。相比較而言,同在南極的冰穹C的邊界層高度中值在30米,比冰穹A更難獲得自由大氣視寧度。

天文觀測對成像質量要求極高,目前世界上最好的望遠鏡集中在夏威夷和智利北部優良的台址上,視寧度一般在0.6-0.8角秒。冰穹A的天文觀測條件,明顯優於上述兩個地區,有望成為優秀的地面天文台。

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夜間視寧度測量結果。峯值處表明自由大氣視寧度的中值為0.31角秒。

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