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UU快三首次測得南極冰穹A夜間大氣視甯度

發表日期:2019-04-16來源:放大 縮小

  隨著南極極夜逐漸降臨,中科院UU快三位于南極冰穹A昆侖站的視甯度測量望遠鏡(KL-DIMM)首次直接測量到了冰穹A的夜間大氣視甯度,同時也證實了在地表8米的高度之上即有機會獲得極佳的大氣視甯度(小于0.3角秒,見圖1)。 

  視甯度表征大氣湍流造成望遠鏡成像抖動的模糊程度,是光學紅外天文觀測台址最重要的參數之一。視甯度數值越小,說明大氣湍流越弱,成像的角分辨率越高,望遠鏡對暗弱天體的探測能力就越強。因此地面大型望遠鏡的建設需要選擇優良的台址。目前,世界上最好的台址集中在夏威夷和智利,其平均大氣視甯度在0.6角秒左右。大氣湍流主要集中在近地面的邊界層,之上的自由大氣湍流就非常小。常規台址邊界層厚度約數百米,而南極內陸冰蓋由于其特殊的地理位置,大氣邊界層非常薄,將望遠鏡架設在邊界層之上成爲可能。我國在冰穹A已經開展的台址測量表明,其邊界層全年中值只有約14米,是南極冰穹C的一半,但過去在冰穹A尚無對夜間視甯度的直接測量。 

  在國家自然科學基金委的支持下,UU快三南極天文研究團組開展了冰穹A光學天文的台址測量工作,研制了昆侖視甯度測量望遠鏡KL-DIMM,在國內經過大量低溫和野外測試後,兩台望遠鏡由我國第35次南極科考內陸隊于20191月安裝在海拔近4000米的昆侖站,架設在爲其定制的8米高的塔架上(見圖2)。自安裝調試結束後,KL-DIMM即開始自動觀測,已經獲取了大量白天視甯度測量數據。結果表明,即使在白天,也有很多時間可以獲得優異的自由大氣視甯度。 

  夜間視甯度的測量結果進一步證實了冰穹A可能是地面上最好的光學天文台址,目前兩台KL-DIMM仍在持續自動觀測,長期的監測數據將可以爲最終確認冰穹A的天文觀測資源和我國南極天文台大型望遠鏡的建設提供科學依據。 

  KL-DIMM的研制中,有多項關鍵技術取得了重大突破。 

  首先是在南極極端環境下的望遠鏡運轉,冰穹A冬季最低可達-80℃,且無人值守,電力和網絡帶寬都極爲有限。通過對赤道儀的改造,關鍵部件的主動溫控設計等,首次實現了小型赤道儀在冰穹A冬季的運行,將來能夠用于冰穹A其他小型望遠鏡的運行,並爲大望遠鏡提供借鑒。 

  更重要的是無人值守智能觀測系統,實現了從觀測規劃、望遠鏡指向、圖像獲取和保存、數據處理、結果回傳的全自動觀測。另有儀器狀態監視和故障短信報警系統。特別地,由于KL-DIMM視場很小(約10角分現場條件的限制使得望遠鏡的安裝調試精度不可能太高,但是智能觀測系統通過閉環跟蹤、指向模型、利用尋星鏡導星等一系列手段,實現了對目標的精確指向和跟蹤,並保證了連續24小時不間斷觀測。該智能觀測系統基于項目組在南極巡天望遠鏡上積累的經驗,也可以拓展應用于其他野外台站的自動望遠鏡。 

  此項目的合作單位包括天津師範大學、天津大學、南極天文中心和澳大利亞新南威爾士大學研制和测试过程中得到了来自南京天光所、雲南天文台、新疆天文台等单位研究人员的大力协助。南極現場的實施得到了中國第35次南極考察隊、中國極地研究中心和極地考察辦公室的大力支持。

圖1:KL-DIMM望遠鏡在2019412日的視甯度測量結果

2:南極冰穹A(昆侖站)現場的KL-DIMM望遠鏡

 

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