世界上最冷的天文台

( 2006年12月9日，工作人员在南极阿蒙森斯特站建造10米望远镜 )

冰穹A：近乎完美的观测点

冰穹A（Dome A）海拔4093米，实测的年平均温度为-58.4℃，是世界上最寒冷、最干燥、最宁静的地方，被科学家称为“不可接近之极”。

那里是南极冰盖的最高处，“海拔高、气压低，走几步就气喘吁吁，脑袋也似乎变笨了”。宫雪非告诉本刊记者：他是南京天文光学技术研究所的副研究员，是2008～2009年中国第25次南极科考队中唯一的天文工作者。相比南极其他地方，他更喜欢冰穹A。“这里大部分时间天气都非常好，天瓦蓝瓦蓝的，没有一丝云彩，风很小，地表也很平坦，落差只有5米。”

他告诉本刊记者，从中山站到冰穹A的路上，他和队友们经常因为大风遭遇白化天、地吹雪的南极特有天气，周围白茫茫一片，分不清天地，也辨不清南北，就像掉入一个白色的牛奶瓶子。雪粒飘荡在空中，两个人相距半米就看不见了，尽管车灯大开，隔着七八米也消失不见，再加上冰裂隙带、软雪、硬雪等险恶地形，经常“搞得大家很崩溃”。

南极大陆98%的面积都被平均厚度达2450米的冰体覆盖，好像头上戴了顶大帽子，被人们形象地称为“冰盖”，这个冰盖又以冰穹A、冰穹B、冰穹C以及冰穹F为分冰岭。冰穹A是南极内陆冰盖距海岸线最遥远的一个冰穹，也是南极内陆冰盖海拔最高的地区。“南极最厉害的就是下降风，从大陆高海拔地区向地势低缓的沿海地区运动，风在坡度下降快的地方就会下降得很快，比如南极点每到傍晚就有每秒10米以上的狂风。因为冰穹A地势最高，所以很少会有下降风，造成的空气扰动的程度较小，降水也少，算是一个温和的地方。”宫雪非说。

2005年1月9日，中国极地中心极地冰川室主任李院生带领科考队第一次进入冰穹A这块难以征服的土地，随后国家打算在此建立我国在南极的第3个科考站——昆仑站，获知这个消息后，天文学家就对这块净土打起了主意。

之前，法国和意大利等国已经在冰穹C地区开展了天文观测，观测清晰度出乎意料的好。冰穹A比冰穹C高了900米，温度更低，气候也更加干燥。“冰穹A是全世界目前所知的最好的观测点，接近于在空间进行观测，而且维护起来更为方便，费用也比太空望远镜低很多。”中国南极天文中心主任王力帆告诉本刊。此外，这里有134天的极夜，空中总是漆黑一片，便于连续观测南天区的天体。

据科学家估算，如果在冰穹A安置一台4米口径的望远镜，达到的效果相当于在其他地方安装12米口径的望远镜。“常规的天文台常常存在大气抖动的问题，大气抖动会把光散布到周围，即我们看到星星会‘眨眼睛’。但是在冰穹A大气的干扰会大大降低。”国家天文台研究员陈学雷告诉本刊记者，他也参与了南极天文台项目的研究。

在加入这个项目的初期，王力帆主要考虑的还是超新星研究。当时，他在美国劳伦斯伯克利实验室工作，通过研究超新星来研究宇宙暗能量。研究这些需要大视场望远镜，这种望远镜的主要工作是巡天，就是对夜空进行“扫描”。2005年6月，在中国进军冰穹A还不到半年的时候，南极冰穹C/A大视场巡天望远镜国际研讨会就在北京召开，40多名天文学家一起研究如何探索这块区域，王力帆参加了这次会议。2006年底南极天文中心成立，他被任命为中心主任。不过，在接手南极天文台的建设之后，他对超新星的研究只好暂时搁置。

南极天文台“三步曲”

2005年的那次会议几乎奠定了日后南极天文台项目的所有基调，天文学家试图小心谨慎地一步步征服冰穹A。他们制定了一个长达15年、分三步走的计划，第一步选址，第二步探路，第三步拓展。如果计划能够顺利进行，10年之内，这块寒冷的土地上将会响起人类活动的声音。

目前，南极天文台的建设仍处于第一阶段，天文学家在南极安置了一些小型望远镜和摄像机，其中最引人注目的是远程自动天文台南极高原国际天文观测站（PLATO）和由4台14.5厘米口径的大视场望远镜组成的“中国之星”（CSTAR）小望远镜阵。其中PLATO主要用来监测冰穹A地区上空5～300米的大气扰动情况，CSTAR在4台望远镜上分别配置4种不同滤光片和CCD相机，主要用来测量一些基本数据，比如云量的多少，晚上会不会很暗等等。

目前，参加我国第26次南极科考队的天文学家有南京天光所的副研究员胡中文和天津师范大学的商朝辉，他们又将奔赴冰穹A，对CSTAR以及其他区已有的天文观测设备和能源通讯系统进行维护和更新，并为将于第27次南极科考期间建设的施密特望远镜阵（AST3）做准备工作。

接下来，从2011年到2015年将进入“探路”阶段，会安置一些中小型望远镜，从技术和科学上为下一步的工作做准备。2010年AST3望远镜将开始建设，它由3台口径为50～70厘米的施密特式望远镜组成，可以灵活调整镜筒指向。“而CSTAR的镜筒固定指向南天极方位，一开始我们就想把它固定住，越简单越好，然后才慢慢复杂。”

“探路”阶段还有一个很重要的望远镜是口径1米的“昆仑探路者”望远镜，建造这个望远镜需要造一个15米左右的塔，这样做是为克服地表大气抖动。

第三个重要的望远镜是口径5米的太赫兹望远镜。太赫兹波又称T赫兹波、亚毫米波，在电磁波谱上位于微波和红外线之间，这个频段是一个非常有科学价值但尚未被完全认识和利用的最后一个电磁辐射区域。“太赫兹波段的观测受到大气中水蒸气的不利影响，所以在这一波段上工作的望远镜必须安装在高而干燥的地点。南极特别干燥，因为温度很低，水蒸气都冻结住了，所以空气中水汽特别少，宇宙中的太赫兹波到达地面时损失很少，是地球上安装太赫兹望远镜最好的地方。”陈学雷说。

接下来的第三步无疑是雄心勃勃的，“目的是要达到世界下一代尖端天文观测的水平”，计划于2016～2020年完成。主要任务是将架设两个大望远镜，8～16米口径的“昆仑暗宇宙巡天望远镜”和15米的太赫兹望远镜，针对的也是三大天文学目标。目前，美国和欧洲各国也在南极开展了一些天文观测项目，其中规模最大的要数美国于2007年在南极点建成的10米“南极望远镜”，除此之外，法、意联合于2003年在冰穹C建造了自动观测台并开始了更大规模的工程。对此，王力帆说：“天文学上想获得相同的结果，验证相同的理论非常困难，需要通过多种渠道。这些望远镜有着很强的互补性，可以通过不同的途径探寻同样的东西。”

运输望远镜去南极，一路上要经过陆路、海路、直升机吊运、雪橇车拉送，在低温、低压的极端环境下，对材料、元器件和设计来说都是不小的考验。

“从最初设计的时候就要考虑抗震性。通常情况下望远镜调试的最后阶段是要通过观星来进行，但是科考队进入南极是夏天，刚好处于极昼，如果不越冬就没法见到星星。就算昆仑站日后修建成越冬站，但是极夜的天气会非常寒冷，允许不允许出来做一些调试？到现在也不知道。”宫雪非说。

他去过南极，明白那里会发生各种意想不到的情况。第一年，有两个天文学家一起去南极，第二年只有他一个。“我要修发电舱，还要装新仪器。虽然我比天文学家熟悉仪器，但是我主要熟悉光学机械这一块，其他内容我也不懂，比如发电舱、能源控制我都不知道，短时期内有很多人来教我这个教我那个，往我脑子里塞满了东西。”

2009年1月7日，南极内陆队登顶南极冰盖最高点冰穹A地区。当晚他就跑去看发电舱。来之前，几乎占据着地球上最好观测位置的那些CSTAR望远镜已经暂停工作了一段时间，很可能是给天文仪器供电供热的发电舱出了问题。“之前，CSTAR的4台望远镜中有3台在工作不久后就废掉了，那几百万张图片基本上都是剩下的一台望远镜拍摄的。”

他说，发电舱的舱门一打开，他就蒙了。满舱都是黑灰、黑油，6台发电机一点能发动的迹象也没有，断裂的排气管散落了一地。之前国内远程监控发现发电舱的温度有三四摄氏度，根本没想到损毁得这么严重。之后住在南极内陆的27天内，他和这个发电舱拧上了，有一半时间是在修理它。

“诸如发电舱这样的事情以后肯定还会遇到，不过从技术而言，一定会慢慢解决。我们做南极天文台，不想太强调什么苦啊累啊难啊，到太空的任务都能完成，为什么去南极不行？”宫雪非信心满满地说。让他描述未来心目中的南极天文台时，他充满了憧憬：到时候，昆仑站会像如今的美国极点站一样，人可以坐飞机过去，大型装备才需要通过地面运输。那里会有漂亮的建筑，舒适的房间，不用像当年一样，9个人挤在一个臭烘烘的集装箱里。他们可以喝茶、喝咖啡，随时洗个热水澡，还能和家人视频聊天。那时候，南极天文台会是全世界最好的天文台，各国科学家来来往往，工作之余坐在窗边，抬头就能看见大大小小的望远镜凝视着南极的天空。■

（文 / 曹玲） 世界最大口径望远镜天文天文台世界南极