本帖最后由 cyz1972 于 2010-10-21 14:21 编辑
科学网 http://www.stimes.cn/m/Print.aspx?id=249827
南极观测站 自2007年我国在南极冰穹A（Dome A)设置天文仪器以来，我国天文界出现了南极热。Dome A 地处南极内陆高原，海拔四千多米，气候干燥、寒冷、无 风，很适合天文观测。特别是，根据大气模型估计，该处的大气湍流边界层应该很低，据估计只有二十多米，因此只要把望远镜建在较高的支架上，就可以避免边界层湍流折射星光而获得非常好的视宁度(seeing)——通俗地说，那里的星星不眨眼睛。另外，南极大气的透明性很好，散射小，而且由于寒冷近红外背景也比较低，这些决定了那里可能具有非常出色的光学／近红外观测条件。同时，该处大气中水汽很少，也非常适合毫米波／远红外观测，可能是地球上少有的能进行太赫兹(THz)波段天文观测的地方之一。这些极好的站址条件强烈地吸引着中国天文学家。目前，我国已在Dome A 建立了昆仑站，我国天文学家也在该处架设了自己的CSTAR小望远镜(3联装15厘米口径)以及与澳大利亚和美国合作的一些站址测量设备用于站址监测，明年还将安装较大的AST3望远镜（3x50厘米）（更详细的介绍见中国南极天文中心网站：http://ccaa.pmo.ac.cn/)。作为暗能量的研究者，我也期待着未来在Dome A 建立大型的光学／近红外望远镜，采用弱引力透镜、重子声学振荡、超新星等方法观测暗能量。因此，我充满兴趣地参加了这次南极天文的会议。
南极的观测条件虽好，但其严酷的自然环境使得在那里建站、生活、工作十分困难。美国在南极长期经营，经过了许多先驱者数十年的努力（有一位NSF的官员专门介绍了一本书，Astronomy on Ice，描述了作者Martin Pomerantz为南极天文奋斗三十多年的历史和感受），现在其天文研究已经开始收获重大成果了。其中，迄今为止最著名的结果是美国的 Boomerang 气球实验观测宇宙微波背景(CMB)辐射，2000年该实验组发表的论文证明宇宙是平直的，这是宇宙学上的重大发现。此后，DASI实验又首次观测到CMB的极化信号。目前，美国在南极的CMB实验还有BICEP实验，寻找 CMB 极化中的B-型讯号，该信号可以用于探测宇宙早期的引力波，从而揭示宇宙的起源。一个更大的CMB望远镜是口径10米的“南极望远镜”（south pole telescope, SPT), 该望远镜可以探测宇宙中星系团对CMB散射产生的Sunyaev-Zel’dovich (SZ)效应，从而勾画出宇宙中结构增长的历史。另一个即将全面运行的实验是ICECUBE 中微子探测实验。这个实验利用南极两千米厚、高度透明的冰层作为工作介质，在其中安放探测装置。当高能中微子打到冰层或其下面的岩石时，会产生高速运动的μ子，这些μ子在冰层中运动速度超过冰层中的光速，产生切伦柯夫辐射，被冰层中的探测器探测到，根据多个探测器探测的时间可以还原出入射中微子的方向和能量。用这种方法，我们可以限制宇宙中的高能中微子背景，也可以用于探测暗物质湮灭产生的中微子。目前ICECUBE的探测器虽然还没有全部装完，但已经开始得到一些数据了，在不久的将来这里将提供关于中微子、宇宙线和暗物质的许多重要数据。此外，美国在南极还有许多重要的项目。在此次会议上美国的一些研究者报告了BICEP, SPT和ICECUBE的进展。顺便说说，我国紫金山天文台常进研究员等参加了美国的ATIC南极气球实验，去年常进等发现了宇宙线中能谱的反常，这一结果以及PAMELA卫星实验同时发现的正电子反常被认为可能是暗物质湮灭或衰变造成的，因而引起了很多关注。当然这一结果还有待进一步实验的证实。总之，我觉得南极已经成了美国天文学家的一个重要的、实用的观测基地。
欧洲在Dome C建立了协和站(Concordia station),进行站址测量研究，准备根据测量的结果提出进一步发展的计划,目前讨论的包括2.5米光学望远镜，较大的毫米波望远镜，以及光学望远镜干涉阵。他们也做了一个有趣的小实验，叫LUCAS, 是观测地球反照的（Earthshine）——这指得是，月球反射的地球发出或反射的光。之所以要研究地球反照，是因为预期将来发现的太阳系外的行星都是一个光点，看不见细节，那么怎么知道上面有没有生命呢？天文学家想到的办法是，这些行星上面应该有植被，也许观测其光谱特征，或者光谱随时间的变化（季节）特征可以发现生命。这能否行得通？先拿地球试一下。问题是地球从远处看光谱是什么样子？一般的地球遥感卫星看得是地球上一个局部，而非整个地球。当然可以把遥感图象拼在一起，然后做某种积分得到全球光谱，但遥感图象一般是不同时刻得到的，而且怎样积分等也有许多讲究，不容易弄得真正准确。最简单直接的方法是发射一颗卫星到远处看看。不过，这未免有点代价太高。月球提供了天然的反射镜。利用地球反照测量避免了这些不确定因素可以获得地球整体产生的光谱。这项实验要求地球大部分被太阳照亮，月球基本没有被太阳照亮（新月），同时观测点太阳在地平线以下。在温带可进行这项观测的时间很短，南极特别适合观测，因为可观测时间长。他们进行了观测，据说是看到了光谱中地球绿色植被产生的谱线特征。
日本在Dome F 也有观测站，此前他们在Dome F主要是钻冰芯（我们的Dome A 也有），现在也准备搞太赫兹望远镜。 几位澳大利亚天文学家专门搞站址测量，几个南极站的站址测量都有他们的身影。我国的Dome A 站也有好多他们的仪器。他们在报告中对南极天文的未来进行了讨论。从当前观测的情况看，Dome A（中国），Dome C（欧洲），Dome F （日本）和南极点（美国）各自有一些自己的优势和劣势，但综合看Dome A 是最优的，而Dome A 附近的 Ridge A 可能还要更好一些。天光所崔向群老师等在会上也介绍了中国南极天文的进展情况。这些介绍引起了很多国外天文学家的兴趣和期望，很多人在发言中都提到中国南极天文项目进展迅速，将来可能成为南极天文的一个重要促动力量。特别是一些欧洲天文学家，由于欧洲是各国联合项目，各国government在南极天文上决策缓慢，他们半开玩笑地说要回去给自己的government讲中国在南极的进展，以催动其决策。
在南极开展天文观测与空间观测相比各有其特点。从长远来看，空间观测的条件无疑将超过包括南极在内的地球上任何一点。但是，目前的航天技术所能支持的空间天文项目还是有限的。在暗能量、宇宙第一代星系、太阳系外行星等当前天文研究的重大问题上，南极天文有一个取得成功的机会,这一点会上也有好几位科学家指出。我觉得，我国积极地利用南极条件开展科研是非常明智、及时的。在南极科研上进行友好的国际合作是许多科学家的共同愿望。这次许多外国的科学家也表达了他们与中国进行合作的愿望。希望我国的南极天文事业取得成功。
1. 南极地图，Dome A, C, F 图中已标注，图中G 为南磁极，B为Ridge B （本文没有提到）。
2. 美国设在南极点的阿蒙森斯科特站，ICECUBE, SPT, BICEP等均设在此处
3. NASA 制作的Boomerang 实验图。天空背景为宇宙微波背景辐射各向异性天图，前景为美国南极墨多克站放飞携带Boomerang 实验仪器的气球。
4. ICECUBE实验原理示意图，可见在冰下1450米以下埋设的光电探测器，埃菲尔铁塔给出了相对尺度。
5. 我国南极昆仑站的部分天文仪器 6. 我国南极天文台构想 | 
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