巡天冰穹A:在南极最高点求解天文学最根本问题
1月27日，在一片白雪上，南极巡天望远镜安装项目的全体队员向全国人民拜年。
1月27日，在一片白雪上，南极巡天望远镜安装项目的全体队员向全国人民拜年。
他们身后是中国自主研制的AST3南极巡天望远镜，它将对南天极附近的大片天区进行巡天观测，执行太阳系外行星、超新星等天文观测任务。经过紧张的工作，南极巡天望远镜已在春节前夕完成了各项安装调试工作。（中新社图片）
春节前夕，我国第28次南极考察队昆仑站队在昆仑站完成了我国自主研发的首台南极巡天望远镜(AST3)主镜、改正镜和焦面机构及CCD的安装，并将开始光学、机械和电控系统的调试。据了解，该望远镜高度智能化、自动化，可以实现长期连续地观测目标。
选址初衷
冰穹Ａ为目前地球上已知最佳天文观测地之一
昆仑站所在的冰穹Ａ是南极内陆冰盖最高点，被称为“不可接近之极”，但却是目前地球上已知的天文观测条件最好的地方之一。自从2005年1月中国南极科考队登上冰穹A后，我国已经在这个地区进行了一些天文观测，但使用的都是一些小型望远镜。首台南极巡天望远镜的安装、调试，也标志着我国南极天文科考迈上了重要的台阶。
由于绝佳的观测条件，几年前，我国天文学家就已在冰穹Ａ开展科学考察、平台安装、天文观测等多项活动。
中国科学院南京天文光学技术研究所研究员宫雪非说，在地球上的其他地区，距地面几百米乃至几公里的地方，因为大气气流扰动，观测的天体的像存在着明显的抖动，这对天文观测有着很不利的影响。而在冰穹A，大气抖动基本集中在距地面十几米以下的空间，在此之上的空间中，大气就变得十分稳定。在冰穹A，只要把天文望远镜架射在距地面十几米高的地方，就可以基本摆脱大气抖动的干扰。
除了稳定之外，这里的大气非常稀薄、透明，可以说是一个“准空间”的环境。冰穹A是世界上最干燥的地方，空气中的水分子含量是世界上最低的。因为大气中的水分子可以吸收外来的电磁波，特别在太赫兹波段尤其如此，因此在地球上其他地方难以进行太赫兹波段的观测。而在冰穹A，这个难题就可以迎刃而解。
工作原理
可一次观测9个太阳大小的天区
望远镜的工作原理其实就和人眼一样。人眼观察世界的秘密主要就在于眼睛里的瞳孔，通过瞳孔放大缩小来观测远近不同的物体，但人眼的瞳孔能观测到的距离有限。而望远镜“瞳孔”的口径可以更大，比如伽利略制造的望远镜最大口径约为3.8厘米，能把物体放大32倍。
宫雪非告诉记者，首台南极巡天望远镜由中科院南京天文光学技术研究所为主制造，主镜口径68厘米，改正镜口径50厘米，分辨率为1个角秒，装备有目前世界上最大的单片电荷耦合器件，可一次观测9个太阳大小的天区，可在24小时内多次大范围搜索宇宙深空，观测数据现场储存，部分实时传回国内。这台望远镜正常运行后，将是南极内陆首台可远程遥控，具备指向跟踪和自动调焦功能的天文望远镜。
宫雪非曾参加我国第25次南极科考，并登顶南极冰穹A。他告诉记者，天文仪器对精度的要求非常高，要让这台“娇贵”仪器顺利抵达昆仑站，需要做特别的防振处理，包括在集装箱里的敏感部件处放置测振仪，每隔一两天监测数据变化，看看是否出现异常。
主镜装有自动除霜系统
南极昆仑站的气温非常低，特别是冬季气温可以达到零下80多摄氏度。通常的望远镜设计方案是无法满足这一特殊要求的，负责制造望远镜的南京天文光学技术研究所研究员袁祥岩在接受记者采访时表示，为适应南极地区极端的自然环境，这架望远镜在光学镜面、结构、材质等方面都进行了特殊设计。
主镜装备有自动除霜系统；采用了我国创新设计的折反射大视场光学系统，光路结构进行了优化，较为短小紧凑，方便运输；材质方面大量使用低温钢和膨胀系数较低的材料；其他如变压器、齿轮等电控系统也都按照南极低温环境要求设计制造，可实现远程操控，全自动无人值守观测。此前望远镜在国内进行了整体的低温测试和天文目标试观测。
控制系统需在极端环境下独立运行
南极分夏冬两季，夏季基本上都是白天，冬季基本上都是黑夜。这就决定了南极的夜天文观测基本上要在冬季进行，而且由于我国昆仑站目前只是度夏站，所以在南极的冬季所有的天文观测都必须是在无人值守的情况下进行的。
在南极建天文台，首先要有一套可以在无人值守的极端环境下独立运行的控制系统，包括发电系统、结构与温控系统、现场主控系统、数据存储系统、通信及国内监控系统等，利用这些系统提供南极天文望远镜等观测设备运行所需的电力，并对天文设备进行实时监测、遥控及数据通讯。
此外所有这些系统要保证在至少一年的时间内能够不间断地工作，因为除了一些重要的数据通过铱星电话及时传回到国内进行分析，大部分的海量观测数据将储存在电脑内，等待夏季到来的科考队员取走。
科学目标
南极天文台瞄准“一黑、两暗、三起源”
据中国科学院上海天文台叶叔华院士介绍，中国南极天文台的主要科学目标是面向21世纪最重要、最迫切的重大科学问题——“一黑（黑洞）、两暗（暗物质、暗能量）、三起源（宇宙起源、天体起源、生命起源）”。这些目标瞄准的也是当前物理学和天文学最根本的问题。
安装运行3台50/68厘米口径的南极巡天望远镜是南极天文台的前期任务。中国南极天文中心主任王力帆此前在接受记者采访时表示，南极巡天望远镜是实力非常强大的望远镜，尽管口径不大，但分辨率相当高，一幅图视场的大小可以装50个月亮——作为比较，普通望远镜只能看到月亮上几百分之一的区域。他同时表示，经过不断研究讨论，计划让南极巡天望远镜今年4月正式投入到南极天文观测中，主要有两方面的任务：一是开展超新星和宇宙学的研究，二是开展太阳系外行星的研究，预计2013年左右该系统可以全面运行观测。下一步，根据中国南极天文台建设的部署，将考虑在南极昆仑站安装1台2.5米光学红外望远镜和1台5米太赫兹射电望远镜。
中国科技网 陈瑜
