歷經冰霜考驗，南極倆「兄弟」出大成果了：科大00後功不可沒

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以下文章來源於中國科學院國家天文臺 ，作者商朝暉

北京時間7月29日，中科院國家天文臺商朝暉團隊首次測量並獲得極佳夜間大氣視寧度。該成果證明了崑崙站有珍貴的天文觀測臺址資源，為進一步開展南極天文研究奠定了科學的基礎。相關成果以「Night-time measurements of astronomical seeing at Dome A in Antarctica」為題在線發表於《自然》。該文作者包括兩位中國科學技術大學校友：馬斌（第一作者，0122）、姜鵬（01203）等。

大家還記得南極那倆兄弟嗎？

2019年1月，在我國第35次南極科考期間，國家天文臺在南極冰穹A崑崙站安裝了兩臺視寧度測量望遠鏡（KL-DIMM）。他們經歷了冰霜的考驗，也經歷了零下70多度的低溫，在極夜裡頑強地工作。

→ 留在南極的那倆「兄弟」咋樣了？

圖一：兩臺冗餘的南極崑崙站視寧度望遠鏡及其8米高的塔架（安裝時照片）。

他們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臺址，包括夏威夷和智利北部。

圖二：《自然》上發表的文章題目。

這項研究成果證明了崑崙站有珍貴的天文觀測臺址資源，為我國進一步開展南極天文研究奠定了科學的基礎。研究成果於北京時間2020年7月29日夜間在國際科學期刊《自然》上發表。

圖三：視寧度示意圖。左：視寧度差，星象晃動厲害、眨眼，拍攝圖像不清晰；右：視寧度好，拍攝圖像清晰。

視寧度表徵大氣抖動對望遠鏡觀測星象造成的模糊程度。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銳利清晰，對觀測暗弱的天體效率更高。在視寧度優異的天文臺，一臺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。因此天文臺的選址，至關重要，而視寧度是最重要的參數之一。

在南極冰穹A，大氣湍流主要集中在近地表的大氣邊界層，而在邊界層之上，就是非常穩定的自由大氣。KL-DIMM的數據分析表明，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，在30米的高度，才有一半的時間可以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臺址上，視寧度一般在0.6-0.8角秒。

圖四：KL-DIMM觀測到的圖像，兩隻眼睛看到的同一顆星（老人星）

從抖動引起的星象之間的距離變化可以計算出視寧度。星象的抖動反映的就是大氣湍流引起的抖動。

圖五：南極地圖，標明了冰穹A（中國南極崑崙站）、冰穹C、冰穹F和南極點，還有中國南極長城站、泰山站。

感謝武漢大學中國南極測繪研究中心龐小平和王詩云提供原圖。

KL-DIMM第一次用實測數據對冰穹A的視寧度進行了定量地科學統計和評估，並進一步證明了冰穹A的大氣邊界層很低（中值14米），有利於未來的天文臺工程建設和成本控制。

圖六：冬季KL-DIMM身上滿是冰霜，但眼睛還是張開的（現場監控照片）。

被部分遮擋的眼睛會造成視寧度測量值偏高，如果消除了這個影響，實際的視寧度又可能改進10-20%。

KL-DIMM的特長不只是自動觀測，而是極端環境下無人值守的自動觀測。因為，崑崙站位於南極內陸高原海拔4000多米，目前還只是度夏站，冬季沒有人員在現場。為此，我們為它設計了特殊的冰雪防護、除霜以及全自動觀測的功能，成功實現越冬的運行。

這項成果是基於KL-DIMM的數據，與澳大利亞和加拿大科學家合作完成。南極天文的發展一直得到國家自然資源部下屬的國家海洋局極地考察辦公室和中國極地研究中心的鼎力支持，尤其是赴內陸崑崙站的科考。在今年計劃的第37次南極科考中，我們將對包括KL-DIMM在內的儀器設備進行維護和更新。

馬斌（0122）

簡介

馬斌，2001年從山東省平邑縣第一中學進入中國科學技術大學，2005年天文學學士；2019年獲得中國科學院大學博士，現為中國科學院國家天文臺助理研究員。

姜鵬（0122、BA07203）

簡介

姜鵬，2001年從湖北省武漢市第一中學進入中國科學技術大學，2005年天文學學士，2011年獲得中國科學技術大學博士學位，中國科學院院長特別獎獲得者，現為中國極地研究中心副研究員。

原作者簡介

商朝暉，國家天文臺南極天文與時域天文研究團組首席科學家、博士生導師。

主編：石碩

輪值主編：商朝暉

編輯：萬昊宜 袁鳳芳

趙宇豪 柒　柒

新聞來源：新創基金會綜合中國科學院國家天文臺微信文章，對馬斌及姜鵬校友簡介、照片部分進行補充。

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