http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2012-01-15
中国巡天笑傲南极冰盖之巅
巡天望远镜装上雪橇准备向昆仑站进发，科考队员在雪橇前留影。
中国“巡天”
中国“巡天”
南纬80度25分01秒，东经77度06分58秒，海拔4087米，实测气温零下30多摄氏度，这里是中国南极昆仑站。像往年一样，当这里天边不落的夏日驱走极度的严寒，透出些许“暖意”的时候，一批怀着火热科研热情的中国南极科考队如期抵达。他们将以此为大后方，再次挺进昆仑站东北方向约7.3公里处的号称“不可接近之极”南极内陆冰盖制高点(Dome A，也译作冰穹A)，而他们此行的重要任务之一就是要在那里安装中国自主研发的首台全自动无人值守望远镜——南极巡天望远镜AST3。
冰盖制高点的诱惑
对天文学家来说，Dome A绝对是个“诱惑”，那里可以说是一个“准空间”环境，进行天文观测有得天独厚的优势。对此，中科院极地科考首席科学家刘小汉解释说，那里大气透明度、明净度和干燥度都特别高，大气抖动集中在地面以上十几米内的空间，在此之上十分稳定，只要把天文望远镜架射在距地面十几米高的地方，基本可摆脱大气抖动的干扰。实践证明，Dome A的大气环境对于天文观察来讲，堪比哈勃太空望远镜，某些波段比哈勃望远镜效果还好。中国南极天文中心主任王力帆也表示，经过5年观测，现已确认南极冰穹A区域是地面上最好的天文观测台址。
正是基于这一点，在我国率先登顶Dome A并建立南极昆仑站之后，南极天文观测就成为我国南极科考重点之一。经过几年努力，我国已经在该地搭建起南极天文科考支撑平台，安装了天文自动观测站(PLATO)、小型光学天文观测望远镜阵(CSTAR)以及傅里叶变换频谱仪(FTS)等天文设备。
与之前的观测设备相比，即将安装的南极巡天望远镜功能更强大，王力帆介绍说，“巡天”是我国自主研发的首台全自动无人值守望远镜，其主镜直径达68厘米，有效观测口径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，一幅图视场大小可以装50个月亮(普通望远镜只能看到月亮上几百分之一的区域)，24小时即可覆盖整个天空，观测数据现场储存，部分实时传回国内。根据计划，在该地将陆续安装3台“巡天”，组成一个望远镜阵。
有望带来天文学革命
即将屹立于南极冰盖制高点上的“巡天”望远镜阵可谓“重任在肩”，王力帆介绍说，它们组成的观测系统主要科学目标是做超新星研究，以及利用微引力透镜效应搜寻太阳系以外行星，实际上，“巡天”有望成为地面上最强大的系外行星搜寻系统之一。此外，这套观测系统还可用来发现瞬变源和特殊天象。这些观测涉及国际天文前沿领域，有望得到令人惊喜的发现，从而带来一场现代天文学革命。
“巡天”采用了我国创新设计的折反射大视场光学系统，将是首台南极内陆可远程控制、具备指向跟踪与自动调焦功能的天文光学望远镜，并配备了目前世界上最大的单片高精度的CCD相机。
“巡天”凝聚了相关领域专家学者的大量心血。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介绍说，为适应南极地区极端的自然环境，这架望远镜在镜头、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；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；其它如变压器、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。
穿着笨重的防寒服装，戴着厚厚的手套，安装调试如此精密的天文仪器，在Dome A极端恶劣的环境下，使“巡天”如期屹立南极冰盖之巅无疑是一个很大挑战。而这个任务就落在中科院南京天文光学技术研究所的杜福嘉、李正阳、张毅和来自中国科学院国家天文台的胡义身上，他们将在20天左右的时间里，完成这台大型天文仪器的安装和调试。为了提高工作效率，4人做了具体分工，分头负责电气控制、机械安装、光学调试和数据处理。
建设天文学研究强国
根据计划，“巡天”将于2012年4月正式“服役”。而根据中国南极天文台发展路线图，在未来数年，我国还计划在南极“冰盖之巅”安装多台大口径、探测能力强的太赫兹望远镜和光学红外望远镜。面向南极天文台大科学装置的建设目标，我国现已启动了5米太赫兹望远镜和2.5米光学红外望远镜的部分预研，并开展了进行部分关键设备的预制工作。可以预见，我国天文学研究实力将随之大大增强。
“南极地区连续数月的极夜观测条件以及天气情况，利于长时间连续观测，这架望远镜将使我国在时域天文学方面取得国际领先地位。”王力帆这样评价“巡天”登顶Dome A给我国天文学研究带来的新的发展机遇。
中国在南极天文方面所取得的成绩已经得到了世界天文学界的认可。中国南极天文中心常务副主任冯珑珑说，目前美国、法国、澳大利亚等国家的天文学家纷纷与我们联系，要求进行合作。对此，我们当然表示欢迎并积极参与，因为“可以与国外天文学界互享观测数据，这对整个天文学的发展非常有益”。
(图片均来自中国南极天文中心)
链接一：
南极天文科考支撑平台
南极天文科考支撑平台是实现在南极内陆高原开展无人值守天文观测和其它科学探测任务的核心支撑系统，它为直接用于科学探测的各类观测仪器提供能源、数据管理和通信、远程状态监测和遥控等功能。由东南大学和南极天文中心联合研制的支撑平台，包括5个子系统，分别安装在具有保温和舱内环境条件控制功能的发电舱和仪器舱内。分系统包括：
(1)结构和温控系统：在南极Dome A极寒、低气压、缺氧气候条件下构建适合南极天文台各种设备正常工作运行的舱内环境条件，通过主/被动技术手段实现舱内环境状态的监测、调节与控制。
(2)电源系统：向南极天文台中所有设备、仪器和主动加热温控设备提供电源，对整个科考站的正常运行起着至关重要的能源保障作用。
(3)现场主控系统：实现对电源系统、观测仪器设备、舱内外温度等观测站现场运行内外环境和运行设备的自动监测和自动控制。执行国内监控系统发出的远程控制指令，实现对各观测仪器的遥控操作。
(4)数据存储系统：通过高速以太网获取各仪表模块数据和各控制、检测信号，并将相应数据进行可靠备份。同时通过铱星和国内远程计算机连接，实现重要数据和命令交互，并下达远程控制命令。网络存储系统完成大量数据的可靠备份。
(5)通信和国内监控系统：实现对南极天文台的远程监测、控制、数据接收，同时是南极天文观测数据的处理、存储和服务中心。
(文心)
链接二：
南极高原天文观测站
南极高原天文观测站(PLATO)是一个自动化试验平台，专门为南极高原寻址设计。从2008年1月27日开始，PLATO开始在冰穹A自动运行。通过铱星系统进行控制和监测，大部分数据在2009年1月由科考队带回。PLATO现在运行良好，各项设备工作正常。PLATO需要每年维护，包括替换柴油发电机和重新注满油料。
经过一年的实践，科考队对发电机模块做了许多改进。同时还有许多新科学设备需要安装。PLATO由两个10英尺的集装箱大小的模块组成。发电模块有6台柴油发电机和4000升燃料。设备模块与之相隔45米，由电脑系统、电池组、能量供应以及其他科学装置组成。
(文心)
[人民日报海外版]
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中国在南极冰盖最高点开始深冰芯钻探
中新社南极中山站1月10日电(记者 阮煜琳)中国第28次南极考察内陆队在位于冰穹A上的昆仑站开始了深冰芯钻探，将通过数年的努力，以期在海拔4000多米的南极冰盖最高点获得深度达3000米的冰芯，该深度冰芯可包含长达100万年以上古老的气候记录。
1月4日晚，中国第28次南极考察内陆队抵达昆仑站，经过短暂休整，5日，内陆考察和建设项目陆续展开。7日，昆仑站深冰芯钻探项目正式开钻。
中国第28次南极考察内陆队队长、昆仑站站长金波9日晚20:10分(北京时间9日23:10分)向中山站通报当日情况时说，昆仑站深冰芯项目钻探深度已到达60米，并开始架设中国自主研发的首台南极内陆全自动无人值守光学望远镜。
据悉，经过中国第25、26、27次南极考察队员的努力，目前，昆仑站已经开辟了长40米、地下深3米、宽5米的深冰芯钻探场地，并开挖了一条长10米的钻探槽。在今年开展的第28次南极考察中，考察队员将完成冰芯处理和储存的工作场地、导向钻孔及安装、钻机循环系统等建设工作。
冰盖的形成是雪经过堆积、压实成冰的结果，又是数十万年以上演变的结果。在这个过程中，微小的空气气泡封存于连续的冰层中。而这些气泡就是当时大气的样品。提取深冰芯中的气泡可以获取当时的大气成分记录，研究温室气体与气候变化的关系。
南极冰盖平均厚度为2400米。昆仑站位于南极内陆冰盖最高点冰穹A地区，海拔4087米，冰厚3000多米，是国际公认的南极冰盖理想的深冰芯钻取地点。迄今为止，已有俄罗斯、日本、英国、澳大利亚、阿根廷等10多个国家，在南极冰盖上钻出了180多个不同深度的孔，取得了一系列冰芯样品。
据介绍，中国第28次南极考察将钻取顶部100-120米的冰芯，并铺设导向孔，为深冰芯钻探后续计划的开展打下重要基础。在冰穹A钻取了深冰芯后，中国科学家将开展百万年尺度的全球变化研究，针对中古气候转型、地球碳循环等前沿科学课题进行研究。(完)
[中新网]