地球上最佳看星星的地方–最终它们不会闪烁就可以看到的地方

美国Amundsen-Scott南极站的南极望远镜，2020年7月有明亮的极光。

从南极洲一个名为Dome A的地方观看的恒星最终可以看到而不会闪烁，这意味着更多细节。

您是否想过为什么星星闪烁？这是因为地球大气层中的湍流使恒星发出的光摇动了，因为它完成了长达一光年的旅程，到达了我们的眼睛和望远镜的镜头。

但是现在，包括悉尼新南威尔士大学在内的国际研究机构的科学家们已经找到了地球上最好的地方，借助技术，我们可以看到远处的恒星真实出现而不会扭曲的现象。

它恰好位于南极洲澳大利亚戴维斯站的南面，海拔海拔4000米，称为圆顶A。

南极洲地图，显示距南极900公里的A穹顶。

在今天发表在《自然》杂志上的研究中，科学家表明高原的条件非常适合观察来自地球的恒星，而大大减少了来自大气湍流的干扰。

根据由新南威尔士大学科学系教授迈克尔·阿什利（Michael Ashley）教授领导的研究小组的研究，建立和建立了一个小型望远镜系统，该研究小组是由中国领导的科学家组成的，该系统在Dome A实验室中进行了研究，这些发现代表了一个绝佳的机会，可以从地面更好地观察宇宙型望远镜。

“经过十多年的间接证据和理论推论，我们终于获得了直接观测的证据，证明圆顶A处的状况特别好，”新南威尔士大学物理学院的天文学家Ashley教授说。

“穹顶A是南极洲中部高原地区的最高点，这里的大气极为稳定，远比地球上任何其他地方都稳定。结果是大大减少了星星的闪烁，并且星星的图像更加清晰和明亮。”

昆仑差分图像运动监视器位于8米高的塔顶上。

安装在Dome A上的望远镜-KunLun差分图像运动监视器-的孔径为25cm，并放置在一个八米的平台上。平台的高度至关重要，因为它将望远镜提升到了冰附近陡峭的温度梯度之上。

正如阿什利教授所解释的那样，当风在不断变化的地形（如山脉，丘陵和山谷）中移动时，会形成湍流涡流。

“这会导致大气湍流，使星光弯曲，因此当星光撞击地面时，它遍布整个地方，您会得到这些模糊的图像。”

边界层

但是，他说，南极洲的Dome A是一个高原，各个方向几百公里几乎都变成一片平坦，使它的大气层非常稳定。它的海拔高度也超过4000米，远远高于科修斯山（Mount Kosciuszko）。

望远镜被放置在一个8米高的塔上，当大气边界层降到低于这个高度时（大约三分之一的时间），该望远镜可以看到恒星的无畸变的视野。

阿什利教授说：“有一种非常缓慢的风吹过高原，如此平稳，以至于不会产生太大的湍流。”

“我们看到的湍流只有很小的'边界层'，即冰与大气其余部分之间的区域。

“大约十年前，我们使用雷达技术测量了穹顶A上的边界层厚度，平均厚度约为14米，但它会波动-下降到几乎没有，甚至上升到30米。”

研究小组发现，通过将望远镜安装在8米高的平台上，它伸出了边界层大约三分之一的时间。去年4月11日至8月4日，望远镜每分钟拍摄一次照片，并获得了边界层低于8米平台的情况下拍摄的45,930张图像，据《自然》杂志报道。

Ashley教授说，要最终获得Dome A确认是进入地球深处的首选地点，要获得最终的读数和图像非常具有挑战性。

“这非常困难，因为观测必须在冬季进行，且没有人类在场。新南威尔士州在设计和构建所使用的基础架构（电源系统，计算机，卫星通信）中发挥了关键作用，这些基础架构由远程控制进行管理。”

地面与卫星望远镜

但是，如果大气层对我们在地球上的仪器造成了如此大的破坏，那么像1990年发射的哈勃望远镜这样的卫星对于这样的工作来说是否理想呢？

阿什利教授说，有几个很好的理由说明为什么在圆顶A处设置地面望远镜会更好。除了明显节省美元之外，还节省了时间。

阿什利教授说：“卫星要贵得多，我们说的可能是成本的10到100倍。但是，进行基于地球的观测的另一个优点是，您始终可以将最新技术添加到地面上的望远镜中。而在太空中，一切都被延迟了。而且，由于它们没有经过辐射硬化，因此您不能轻易使用许多现代集成电路。这样一来，您最终会落后地面技术10年甚至更多的空间。”

望远镜和塔是由领导这项研究的中国研究人员设计和建造的。

在圆顶A而不是地球上其他任何地方使用望远镜的另一个优点是，由于分辨率更高，更小的和微弱的恒星突然变得更可观察到。

“基本上，这意味着对于给定尺寸的望远镜，您将在Dome A上获得更好的图像。因此，与其在非南极站点上建造大型望远镜，不如在较小的望远镜上建造并获得相同的性能，因此更便宜。”

极夜

距南极900公里的Dome A地理位置比地球上其他好客的纬度地区还具有战略优势。距离赤道很远，冬季中午24小时或更长时间的极夜，打开了一个更大的窗口，可以观看恒星。

“如果您要观察一个星星，例如悉尼，从升起到落下，您一夜只能观察到八个小时，”阿什利教授说。

2020年7月，美国Amundsen-Scott南极站的极光和恒星。

“而在冬季，在圆顶A上，您可以连续观察到一颗恒星。对于某些项目，例如寻找围绕其他恒星的行星，您可以连续观察它们的事实意味着您可以更有效地找到围绕它们的行星。”

展望未来，阿什利教授表示，他希望与新南威尔士大学的中国合作伙伴继续进行这项研究，并指出中国在南极科学研究方面的记录令人印象深刻且在不断增长。但他想知道澳大利亚是否认识到圆顶A在太空研究中所展现的巨大潜力。

“圆顶A是一个极好的天文观测站，我们应尽一切努力参加一个国际项目，在那儿放置一台大型望远镜以利用这些条件。

他说：“由于南极洲距离澳大利亚如此之近，这是一个巨大的机会。”

参考：马斌，尚朝晖，胡以辉，胡克良，王永江，王旭阳，Michael CB Ashley，Paul Hickson和Peng Jiang，“南极穹顶A的天文观测的夜间测量”，Nature.DOI，2020年7月29日，Nature.DOI ：
10.1038 / s41586-020-2489-0