全球觀星最清晰的地點被發現!中國科學家在南極“冰穹A”首次測量 結果太驚艷

Evelyn Zhang

在位于南極洲中心的天文臺,你可以欣賞到世界上最清晰的夜空景色。

研究人員7月29日在《自然》雜志上在線報道說,如果將光學望遠鏡建在南極高原中部幾層樓高的塔上,那么它可以分辨出那些比平時可觀測的對象要小一半的天體們的特征。天文臺可以凝視邊界層上方,從而獲得如此清晰的視覺效果——這是造成大部分波狀空氣混淆望遠鏡圖像的原因。

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地球邊界層的厚度在全球范圍內都不同。在赤道附近,它的厚度可能達到數百米,從而限制了加那利群島和夏威夷等地光學望遠鏡的視線。這些望遠鏡通常無法識別出小于0.6-0.8弧秒的天體特征。

“但是在南極洲,邊界層確實很薄,”中國科學院北京天文學家馬斌團隊(Bin Ma)表示,“因此可以在上面放望遠鏡。”

馬斌和同事從南極東部高原最高冰穹——“冰穹A”(Dome A)進行了夜間大氣模糊的首次測量。2019年4月至2019年8月,中國昆侖研究站一座8米高的塔樓上的儀器跟蹤了地球大氣湍流的變化扭曲的傳入星光。附近的氣象站還監視了大氣條件,例如溫度和風速。研究人員利用這些觀測資料描述了Dome A上的邊界層及其對望遠鏡觀測的影響。

邊界層平均約14米厚。結果,只有大約三分之一的時間,在8米高的塔頂的光傳感器完全沒有出現邊界層模糊。但是,當這些儀器位于該層上方時,大氣干擾非常低,以至于望遠鏡可以平均捕捉到0.31弧秒的天空細節。最佳記錄的大氣條件將使望遠鏡看到的特征小至0.13弧秒。

“高海拔、低溫、長期持續的黑暗和異常穩定的大氣的結合,使南極洲Dome A成為光學和紅外天文學非常吸引人的地方。在那里搭設望遠鏡,將捕捉到有更清晰的圖像,并可以探測到較暗的物體。”不列顛哥倫比亞大學天文學家保羅·希克森(Paul Hickson)表示。

慕尼黑歐洲南方天文臺的應用物理學家馬克·薩拉贊(Marc Sarazin)評論稱,這是“在智利或夏威夷的莫納克亞山上幾乎難以實現的目標”。

地基天文學的最大挑戰之一是克服大氣湍流對望遠鏡圖像質量的影響。這種湍流使恒星閃爍,,對其影響的度量被稱為“視寧度”。因此湍流越少(可見數越低)越好——南極高原的大氣湍流較弱,因此視寧度更好。

研究人員在南極高原另一處邊界C的邊界層上方發現了類似的出色可見性。但是該處邊界層的厚度約為30米,這使得在其上方建造天文臺更加困難。 

馬斌團隊稱,計劃在昆侖15米高的塔樓上建造的光學望遠鏡,可以利用Dome A在邊界層上方的恒星美景。這種清晰的望遠鏡圖像可以幫助天文學家研究從太陽系天體到遙遠星系的一系列天體。

同時,由于冰穹A上方的邊界層較薄,在該位置建造望遠鏡的難度也更小。不過作者也指出,只有解決霜凍問題,才有可能真正在冰穹A選址建造望遠鏡。

上述研究是由來自中國、澳大利亞和不列顛哥倫比亞大學(UBC)的國際團隊開展得出的。

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

參考資料:https://www.sciencenews.org/article/antarctic-ice-dome-world-clearest-views-night-sky-milky-way

https://phys.org/news/2020-07-astronomers-earth-telescope-high-frigid.html

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2489-0

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