为啥在南极观测天文？因为这里的星星“不眨眼”-尊龙体育官网

2022年8月27日，“科普中国-我是科学家”第38期“宇宙漫步指南”演讲现场，中国科学院国家天文台研究员、中国第35次南极科考昆仑站队队长商朝晖带来演讲：《南极的星星“不眨眼”》。

以下为商朝晖演讲实录：

大家好，我叫商朝晖，来自中国科学院国家天文台，非常高兴有机会向大家分享我们在南极做的天文工作。

讲到天文和南极，或许大家会先有一个疑问：为什么要到南极做天文？

这实际上是一个科学问题，主要有三大原因。

首先，研究天文希望天越黑越好，这样光污染少。目前世界上最好的几个天文台，分布在夏威夷、智利北部、北非人烟稀少的地方，当然，南极肯定比它们更黑，因为那边没有常驻人口。不过，更重要的是南极的冬天有极夜，可以24小时连续地观测天体。这样的话，天体随着时间变化的各种情况都能观测到、研究清楚。这是在南极特有的好处。

另一个好处也跟南极的特点有关系，那就是冷。越冷的地方，对红外波段的观测就越有利。为什么要做红外波段的观测呢？因为肉眼看到的可见光，只是光波里的很小一段，如果只观测可见光，就会失去很多其他波段的信息，那研究天文就是一个盲人摸象的状态了。比如下图的猎户座，左侧是肉眼看到的样子，也就是可见光波段的，而如果我们的眼睛能看见红外线，猎户座就会是右侧的样子，包含了更多信息。

猎户座 | nasa

而且，天文研究不局限于可见光、红外线，我们在所有的电磁波段都要做研究。β射线、x射线、紫外线、可见光、红外线，再到微波、无线电波，在这些波段天体都会发射信息，所以每个波段都要观测。在地球上很多地方，因为有大气层，很多波段的辐射都被挡掉了，能到达地面的只有两种：可见光和无线电。所以，为了观测到更多波段的信息，我们不得不发射卫星，甚至弄一个飞机，把望远镜装上去，让它到大气层的上面去观测。

有一个波段叫亚毫米波，也叫太赫兹，这个波段容易受大气的影响。大气里有水汽，会把亚毫米波挡掉，但如果空气很干燥，亚毫米波就还是能到达地面。南极虽然水很多，但很冷，所以全是冰，空气就非常干燥。那么，在南极就可以在地面上做亚毫米波段的观测，不需要发射卫星或者是飞机去大气之上。

南极天文观测的第三个优势，就是南极空气很干净。有多干净呢？下面图中，竖着的是竹竿，它背后是太阳，我们会发现竹竿周围没有杂散的太阳光。但在别的地方，比如说北京，大家观察一下就会发现，太阳周围都是白花花的，光是散的，这说明大气里非常脏，颗粒非常多，所以散射也很多。而南极的空气特别干净，所以几乎没有什么散射。

干净有什么用？最重要的就是在干净的地方，星星“不眨眼”。我们在城市观测星星时，会发现星星总是在抖动，像在眨眼一样，在这种条件下，拍摄出来的照片也会不清楚。而在南极，因为大气很干净，散射比较少，所以星星光线传播得就很稳定，就能拍出非常清楚的照片。

下面的图左侧是地面上望远镜拍的，右侧是太空中的哈勃空间望远镜拍的，两张照片是同一个星系，但可以看到它们之间细节差别非常大，就是因为在左侧的图中，大气干扰了观测。而在南极大气非常稳定，干扰就会很小。

同一个星系细节差别很大，是因为大气干扰了观测| | 左边图来源斯隆数字巡天项目（sdss）；右边图来源哈勃太空望远镜（hst）

那现在就可以回答这个问题了，为什么要去南极做天文呢？因为我们通过上面这三个原因预测，南极可能是地面上最好的一个天文台址。

但是南极非常大，并不是所有的地方都适合做天文观测，我们去的地方是一个叫冰穹a的地区，中国在那建了昆仑站。冰穹a有四千多米高，已经进到南纬的80度圈以内。人类第一次到达冰穹a是2005年，中国第21次南极科考队到达了这个地方。当然，中国科考队的探路过程也是不一帆风顺，科考队员们经历了好多年，从1997年就开始探索，2005年才终于到了冰穹a最高点。

我去到冰穹a是跟着第35次南极科考队。我们从上海出发，到澳大利亚，到霍巴特，从中山站登录南极，然后从中山站开车到达目的地——昆仑站。中间这个过程很长，从上海到中山站坐船就要一个月，而从中山站到昆仑站，路上还要走18天，真正在昆仑站工作的时间大概只有3个星期左右。

去昆仑站的路线 | 中国极地研究中心席颖

从中山站出发，去往昆仑站，一共1200多公里，但是我们走了18天，平均每小时就十几公里的速度。走得慢一个是因为拉的东西非常多，各种各样的装备，都用直升机吊装到出发点，再放到很大的雪橇上，然后用雪地车拉着雪橇走。还有一个原因是路况差，根本没有修路，完全是在冰面上走，路上时不时还要停下来加油。当然，所有的物资包括加油站，我们都得带着，因为路上没有任何补给的地方，全靠我们自己。

也有一些不顺利的地方。路上车坏了两次，实际上在这种路况上走，车损坏是很正常的事，所以后勤机械师也跟我们一起走，车出了问题，就在路上修理。后来我们总结，在南极这个地方：不顺利，但是很正常。

到了昆仑站后，我们就得紧张地开展工作，因为工作时间只有21天，如果做不完也得走，不然天气转冷就走不了了。

这一次工作主要就是：把塔架起来，把望远镜放在塔上做观测。

要架塔，就得先打地基。我们时间非常紧张，所以其他的队友有空也会来帮忙，比如厨师、医生，都会过来帮忙架塔。这塔架完之后，剩下就是我们的工作了。我们要很精密地把望远镜装在上面，而且要调试望远镜，让它能顺利地观测恒星。下图就是我们安装的两台小望远镜，在8米高的塔上面，它们会自动地运行。

望远镜的主要任务是要观测：南极的星星是否“眨眼”，或者“眨眼”多不多。在零下75度的时候，这个设备仍然能正常地运行，如果望远镜被霜雪覆盖，我们还设计了加热系统，可以远程打开，把镜头上的霜雪融化掉。

通过连续的监测，我们发现冰穹a这个地区，星星抖动得非常小，可以说基本上“不眨眼”，视宁度比夏威夷、智利都要好1倍以上。我们还观测了冰穹a的云层和极光，发现这里的冬季83%的时间没有云，全是晴天，这也很有利于天文观测。冬天极光虽然很多，但是我们通过设计特殊的滤光片就可以排除极光的干扰。

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