国家天文台科研人员首次测得南极冰穹A夜间大气视宁度

　　人民网北京4月17日电   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成像抖动的模糊程度，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，成像的角分辨率越高，望远镜对暗弱天体的探测能力就越强。因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。我国在冰穹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，两台望远镜由我国第35次南极科考队于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）。自安装调试结束后，KL-DIMM即开始自动观测，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仍在持续自动观测，长期的监测数据将可以为最终确认冰穹A的天文观测资源和我国南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，关键部件的主动温控设计等，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系统，实现了从观测规划、望远镜指向、图像获取和保存、数据处理、结果回传的全自动观测。另有仪器状态监视和故障短信报警系统。特别地，由于KL-DIMM视场很小（约10角分），而现场条件的限制使得望远镜的安装调试精度不可能太高，但是智能观测系统通过闭环跟踪、指向模型、利用寻星镜导星等一系列手段，实现了对目标的精确指向和跟踪，并保证了连续24小时不间断观测。该智能观测系统基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自动望远镜。
　　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次南极考察队、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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