▲工作现场照片。中间是DIMM的8米高的塔架，前面是15米高的多层大气参数测量塔KLAWS-2G，其数据也用于了这项研究成果。右侧的黄色集装箱是PLATO-A的仪器舱。

地球上，哪里看星星最清晰？今天深夜，英国《自然》杂志发布了由中国科学院国家天文台联合国内外多个科研团队共同得出的一项结果：我国南极科考昆仑站所在的冰穹A，是世界上目前所发现的视宁度最佳地点。这是我国天文学家利用自主研发设备，第一次用实测数据对冰穹A的视宁度进行定量科学统计和评估。

“一闪一闪亮晶晶，满天都是小星星”，恒星因受贴近地面的大气（常被称为“大气边界层”）湍流影响，看起来总是闪烁不定。若用望远镜给星星们拍照，哪怕望远镜稳如磐石，奈何大气湍流扰动，星象照片就会糊成一团。

▲视宁度对比图。左：视宁度差，拍摄图像不清晰；右：视宁度好，拍摄图像清晰。

天文学家用“视宁度”来评判某个地点大气湍流的扰动程度，其数值越低，就表示大气越稳定，该地点越有利于观测，给星星拍出的照片更清晰、更锐利——视宁度是地基天文学面临的最大挑战之一。在视宁度优异的天文台，一台小口径望远镜的观测能力，可与其他地方的大望远镜相媲美。

冰穹A位于南极内陆冰盖的最高点，海拔达4093米，气候条件极端恶劣，被称为“不可接近之极”。然而，由于海拔高、本地盛行冷而重的下沉气流，冰穹A的大气边界层非常薄，一年中几乎有一半时间小于14米，约30%的时间甚至小于8米。

“这意味着，如果在这里建造光学望远镜，可以很容易超出边界层，避开其湍流扰动，获得极佳的自由大气（边界层以上的大气）视宁度。”该论文第一作者及通讯作者之一、中科院国家天文台助理研究员马斌解释，这主要因为南极被冰盖覆盖，太阳落山之后，冰面上的热量会迅速消散，这也使得冰面附近的空气温度急速降低——冷而重的空气在下，热而轻的空气在上，再加上冰穹A地形平坦，高处风速偏小，湍流不易形成。相较于其他地方动辄几百米厚的边界层，冰穹A的观测条件可谓得天独厚。

这里的视宁度究竟有多好？还得靠数据来说话。2018年11月，中科院国家天文台首席研究员商朝晖研究团队携带自主研制的、可在极低温度下运行的昆仑视宁度望远镜KL-DIMM，随中国第35次南极科考队赴昆仑站，将望远镜成功安装在冬季最低气温达-80℃的冰穹A，并实现了无人值守、越冬长期全自动运行，最终获得了珍贵的夜间视宁度测量数据。

▲南极昆仑站视宁度望远镜及其8米高的塔架（安装时照片）

数据表明，冰穹A的自由大气视宁度的中位值只有0.31角秒，最佳值达到0.13角秒。这已接近哈勃望远镜在外太空的观测清晰度。目前，世界上最好的望远镜集中在美国夏威夷和智利北部的优良台址上，视宁度一般在0.6-0.8角秒。可见，冰穹A的天文观测条件明显优于这两个地区，有望成为优秀的地面天文台。

▲夜间视宁度测量结果。峰值处表明自由大气视宁度的中值为0.31角秒

当然，冰穹A极寒又孤立，要真正成为建造大型望远镜的选址，还需克服许多困难。比如，这次极寒带来的霜雪遮挡住了一部分KL-DIMM望远镜的视线，使得视宁度测量值偏高，如果消除了这一影响，实际视宁度还可能改进10%至12%。

▲冬季KL-DIMM身上满是冰霜，但眼睛还是张开的（现场监控照片）。

那么，在南极是否还有类似冰穹A的地点呢？其实，如此完美的天文观测点实属难得。比如，同在南极的冰穹C，其边界层高度的中位值在30米。马斌说，在距离冰穹A150千米的Ridge A，也可能有类似条件，但究竟视宁度如何，还需实测数据确认。

确定边界层高度，有利于未来天文台工程建设和成本控制。论文作者认为，由于冰穹A上方的边界层较薄，在该位置建造望远镜的难度可能更小。今年，研究团队还将随我国第37次南极考察队赴冰穹A，对包括KL-DIMM在内的仪器进行维护和更新，希望消除霜冻带来的误差影响，并积累更多数据，监测该地点的边界层是否存在年度变化。

作者：许琦敏
责任编辑：任荃

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