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天文台首次测得南极冰穹A夜间大气视宁度

随着南极极夜逐渐降临,国家天文台位于南极冰穹A昆仑站的视宁度测量望远镜(KL-DIMM)首次直接测量到了冰穹A的夜间大气视宁度,同时也证实了在地表8米的高度之上即有机会获得极佳的大气视宁度(小于0.3角秒,见图1)。

图1 KL-DIMM望远镜在2019年4月12日的视宁度测量结果

视宁度表征大气湍流造成望远镜?#19978;?#25238;动的模糊程度,是光学红外天文观测台址最重要的参数之一。视宁度数值越小,?#19978;?#30340;角?#30452;?#29575;越高,望远镜对暗弱天体的探测能力就?#35282;俊?#22240;此地面大型望远镜的建设需要选择优良的台址。目前,世界上最好的台址集中在夏威夷和智利,其平均大气视宁度在0.6角秒左右。大气湍流主要集中在近地面的边界层,之上的自由大气湍流就非常小。常规台址边界层厚度约数百米,而南极内陆冰盖由于其特殊的地理位置,大气边界层非常薄,将望远镜架设在边界层之上成为可能。?#22812;?#22312;冰穹A已经开展的台址测量表明,其边界层全年中值只有约14米,是南极冰穹C的一半,但过去尚无对夜间视宁度的直接测量。

在国家自然科学基金委的支持下,国家天文台南极天文研究团组开展了冰穹A光学天文的台址测量工作,研制了昆仑视宁度测量望远镜KL-DIMM,在国内经过大量低温和野外测试后,两台望远镜由?#22812;?#31532;35?#25991;?#26497;科考队于2019年1月安装在昆仑站,架设在为其定制的8米高的塔架上(见图2)。自安?#26263;?#35797;结束后,KL-DIMM即开始?#36828;?#35266;测,已经获取了大量白天视宁度测量数据。结果表明,即使在白天,也有很多时间可以获得优异的自由大气视宁度。

图2 南极冰穹A(昆仑站)现场的KL-DIMM望远镜。

夜间视宁度的测量结果进一步证实了冰穹A可能是地面上最好的光学天文台址,目前两台KL-DIMM仍在?#20013;远?#35266;测,长期的监测数据将可以为最终确认冰穹A的天文观测资源和?#22812;?#21335;极天文台大型望远镜的建设提供科学依据。

在KL-DIMM的研制中,有多项关键技术取得了重大突破。

首先是在南极极端环境下的望远镜运转,冰穹A冬季最低可达-80℃,且无人值守,电力和网络带宽都极为有限。通过对赤道仪的改造,关键?#32771;?#30340;主动温控设计等,首次实现了小型赤道仪在冰穹A冬季的运行,将来能够用于冰穹A其他小型望远镜的运行,并为大望远镜提供借鉴。

更重要的是无人值守智能观测?#20302;常?#23454;现了从观测规划、望远镜指向、图像获取和保存、数据处理、结果回传的全?#36828;?#35266;测。另有仪器状态监视和故障短信报警?#20302;场?#29305;别地,由于KL-DIMM视场很小(约10角分),而现场条件?#21335;?#21046;使得望远镜的安?#26263;?#35797;精度不可能太高,但是智能观测?#20302;?#36890;过闭环跟踪、指向模型、利用寻星镜导星等一系列手段,实现了对目标的精?#20998;?#21521;和跟踪,并保证了连续24小时不间断观测。该智能观测?#20302;?#22522;于项目组在南极巡天望远镜上积累的经验,也可以拓展应用于其他野外台站的?#36828;?#26395;远镜。

此项目的合作单位包括天津师范大学、天津大学、南极天文中心和澳大利亚新南威尔士大学。研制和测试过程中得到了来自南京天光所、云南天文台、新疆天文台等单位研究人员的大力协助。南极现场的实施得到了中国第35?#25991;?#26497;考察队、中国极地研究中心和极地考察办公室的大力支持。(何淼 闻佳琪)

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