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磨剑十年:中国抢占南极天文制高点
教育优网    发布时间:2016-09-08  字体:  

  “要想深度认识宇宙,如果你不到南极,那就只能上天了。”科学家如是说。探索浩瀚太空、认知茫茫宇宙,是人类自古以来的梦想。“遂古之初,谁传道之?上下未形,何由考之?”早在2300多年前,中国伟大的诗人屈原就发出了著名的“天问”。

  本世纪全球天文学极具挑战性的基本科学问题概括为“两暗一黑三起源”,即暗能量、暗物质、黑洞,以及宇宙起源、天体起源、生命起源。而南极,正是地面上探索这些问题最为理想的地点。

  遥远的南极从来不是一个适合人类居住的地方,那里的温度可以降到零下80多摄氏度,漫长的黑夜可以持续约6个月时间。在南极进行天文观测,不仅比其他地点看得更远、更清楚,高分辨、大视场、宽波段兼具,还有望打开人类探索宇宙全新的“机会窗口”。

  从上世纪90年代开始,全球不断升温的南极科考和天文观测,将人类认识宇宙的视角引入这块极寒之地。我国也适时提出了“上天入地到南极”的路线图。

  这片蕴藏无数信息和科学之谜的神秘大陆,是否有可能成为推动人类认识宇宙又一次飞跃的跳板?当全新的观测通道打开,南极究竟会为我们揭示怎样瑰丽奇异的宇宙奥秘?中国如何抓住全球南极天文研究的黄金时期?

  大国天文策:不要辜负了黄金期

  半月谈记者 杨绍功 蒋芳

  如果把国际天文学领域的竞争比作一个牌局,眼下中国人无疑握着一手好牌。比如,南极冰穹A。它是地球上条件最优异的天文观测台址,没有之一。仅这一张王牌,就可以让中国天文学家有机会技惊四座、造福世界。

  11年前,中国科考队员代表全人类首次登上这个南极内陆冰盖最高点。消息传来,震动了国际天文学界,中国天文学家更是欢呼雀跃,他们认为“属于中国天文学界的一个新时代”来临了。中科院院士崔向群等及时建议:应该把中国的大望远镜建到南极去!“上天入地到南极”由此成为新时期中国天文学研究的口号和目标。

  天文学是一门观测科学,所有重大天文成果都隐藏在光谱之中,有所见才能有所得。把大望远镜建到南极,让中国天文学家能在地球上最佳的观测点仰望星空,相当于开了“天眼”,这无疑是千百年来前所未有的机遇。也难怪,搞了30多年天文学研究的老科学家们感慨疾呼:不要辜负了天文学研究的黄金时期!

  黄金时期是对中国天文学研究复兴的憧憬。中国人自古以来追求“究天人之际”,哪怕是在只能用肉眼眺望的时代,中国人也一直孜孜不倦地仰望着星空。公元前13世纪甚至更早,中华民族的先人就建立了“天文观测台”,观测记录天象、推演制作历法。在宋代,中国天文学家就以算术方法计算行星运行位置,精度平均误差已小于2度,领先欧洲近300年。至今,中国仍保存着全世界历时最长、最完整的天象记录,已成为共享于全人类的宝贵财富。明代以后,随着西方天文观测研究方法的引入,中国进入了模仿、吸收、追赶西方的漫长阶段,黄金时期成为过去式。

  独立、解放、富强,是20世纪中华民族发展的关键词。这100年间,中国的天文学研究体系也围绕这几个关键词重塑。民国时期,中国现代天文学研究起步,中国天文学会、紫金山天文台成立,中国成为国际天文学联合会成员国。新中国成立后,尤其是近30多年以来,中国天文学界通过国际互访、研讨、留学(课程)等方式,以开放的姿态重回国际天文学研究的大舞台。然而,由于人才教育和设施投入的长期断档,20世纪的天文学研究成果榜上,几乎没有中国人的身影。听外国人说,他们发现了河外星系、脉冲星,发现了黑洞的秘密,中国人却看不见,也无法验证。那时的中国科学家最渴望的,无疑是自己的国家能有一只“天眼”——大望远镜。

  20世纪90年代,中国的天文科学家们心里都憋着一口气。当国家提出要搞光谱巡天望远镜时,像崔向群一样留学国外的科学家纷纷回国,他们抱着一种“苦战必胜”的信念。当时,中国最紧缺的除了人才就是资金。中国的大望远镜一次性投入就是几个亿。许多项目上马,年轻的天文学家们感到,肩上的担子前所未有的沉重。要让一个眺望了宇宙几千年的民族,从仰望星空中找回自信,不是一件容易的事情。而中国科学家追赶世界水平的使命感,让这个物质贫乏的研究领域生长着昂扬的精神力量。

  即便进入了新世纪,中国的天文学研究依然很缺钱。紫金山天文台台长杨戟还记得15年前,日本有个很好的研究项目,邀请中国投8000万元参与项目的10%,但最终因为钱不够而遗憾错失。崔向群主持建造世界上光谱获取率最高的郭守敬望远镜(LAMOST),原本想用两块完整的镜片组成主体,但两块镜片需要2亿元,为了省钱只好选择了小块镜片拼接的超高难度方案。当时,建造天文学研究设施,中国科学家之间流传着的一句话叫“斗智不斗财”。宁可在技术上为难自己,不在投入上给国家增加负担。这样苛刻的自我要求反而提高了中国人的技术水平。2008年,小镜拼接的郭守敬望远镜在法国马赛的一个会议上展出,全场响了一次接一次的掌声。台上的中国科学家,犹如做了精彩表演的明星,一次次谢幕后仍被掌声邀请返场。

  人才、资金、望远镜,当这些基本要素有效结合在一起,中国天文学界便呈现出新的气象——在中国天文学会成立90周年时,国际天文学联合会首次将三年一届的大会放在了北京召开。科学家们认为,中国天文学研究已经进入了成就最多、天文观测设备发展最快的时期。东到上海佘山,西到西藏阿里,天文望远镜覆盖了国境内多数适宜观测的地点。郭守敬望远镜2013年正式开始巡天,当年观测发布的光谱数量就超过了全世界历史以来的总和。而刚刚主体工程完工的贵州500米口径球面射电望远镜(FAST),至少领先国际二三十年。在暗物质、银河系磁场、宇宙天体位置测量等项目上的研究成果,则更让科学家们充满信心——在仰望星空的人群中,中国人又坐回了前排,研究最前沿的问题,锁定“两暗一黑三起源”,与世界各国一起空间探秘。

  黄金时期真的来了,人们都相信中国的天文学研究面临巨大的机遇。然而,机遇往往与挑战并存,中国天文学研究的深入发展仍面临诸多掣肘。比如,绝佳观测点南极冰穹A,中国科学家一直想在上面建设“中国南极天文台”。然而,首倡至今,10多年过去,项目还未立项,因为有关部门在项目命名、经费和保障等问题上无法达成一致。因此,从科学家们口中说出的这句“不要辜负了这个黄金时期”,便包含了更多的含义:是自我鞭策,是无奈感慨,更是紧迫呼吁——打破条条框框,摈弃各种短期局部的利益考量,加大人财物乃至制度投入,才能让中国天文学研究热情拥抱这个黄金时期。

  仰望星空,你若问探索太空有何用,可以先尝试回答几亿年前鱼类爬上陆地有何用……人们可能无法确切说出某项天文学研究的巨大价值,但每一个天文学研究成果都可能对人类文明进步产生深远的影响。或许,唯有在浩瀚的宇宙面前,人类才更容易激发探索的欲望,认知自身的渺小,摈弃纷繁的纠葛,积极开展团结协作。从这个意义而言,整个世界都在共享这个黄金时期,拥抱全人类共同的美好未来。


  磨剑十年:中国抢占南极天文制高点

  半月谈记者 蔡玉高 蒋芳

  中科院院士、中国南极天文中心副主任崔向群至今难以忘怀,在2009年国际天文学联合会大会的南极天文特别会议上,中国天文学家集体登台接受国际南极天文学界的热烈掌声。这一史无前例的荣耀,源于中国正在对南极冰穹A进行的天文科考。

  从2006年底中国南极天文中心成立至今,近10年南极天文科考中,我国天文学家取得了令世界同行艳羡的成果。但受制于各方条件,与当初的科研目标仍有差距。科考无止境,无数个未知窗口正等待着天文学家们借力南极去打开。

  攻坚逐梦,中国天文学家登顶南极冰穹A

  让中科院紫金山天文台研究员、中国南极天文中心主任王力帆难以置信的是,几代天文学家的梦想,在他手中变成了现实:2006年底,中国南极天文中心在紫金山天文台成立;2007年11月,南极科考船“雪龙”号所载的科考人员中第一次出现了天文学家的身影;2008年1月,“中国之星”小望远镜在南极冰穹A架设,我国正式在这片极寒之地开启科学观测……

  海拔4093米的冰穹A是南极内陆冰盖距海岸线最远的一个冰穹,也是南极内陆冰盖海拔最高的地区,被称为“不可接近之极”。90%以上是晴天,冬季全是黑夜,没有太阳光干扰,可以对天空进行连续4个月的观测,大气清晰度高,没有人工光源干扰……无数优势使得冰穹A成为目前地球上已知的天文观测条件最好之处。因而,到冰穹A进行天文观测成为全世界天文学家共同的梦想。

  2005年初,我国南极科考队首次登上南极内陆冰盖最高点。一支由13人组成的中国第21次南极考察科考队2004年12月从中山站启程,2005年1月18日下午3时许,博士生张胜凯将一根标志杆深深地插进这片大地。这一历史时刻,标志着人类首次确定了南极内陆冰盖最高点的位置。

  “当登上冰穹A的消息传来,国内天文学界‘炸开了锅’,我们都认为属于中国天文学界的一个新时代来临了。”崔向群说,早在上世纪80年代,我国天文学界就提出到南极进行天文观测的目标,可惜囿于条件,这一想法迟迟未能实施。

  “研制了几十年望远镜,当然希望能将中国造的观测设备安装到南极去。”崔向群一直有这样的梦想。2005年春节期间,当她将这个想法与好友王力帆交流后,“他的眼睛突然放亮,感觉像是发现了大宝藏”。尽管已是10年后,崔向群描述的这一细节,仍让已是973项目首席科学家的王力帆记忆犹新。

  一拍即合的两人,利用郭守敬巡天望远镜国际学术研讨会之机,又邀请了一批国际天文学家召开会议,论证南极冰穹A进行天文观测的可行性。会上,国内外同行意见一致:“一定到冰穹A去!”很多国外大牌天文学家都对中国能有如此好的观测台址表示羡慕。这更加坚定了崔向群和王力帆的信心。

  2007年10月11日,紫金山天文台副研究员朱镇熹和国家天文台研究员周旭跟随第24次南极科考队奔赴南极。从他们踏上南极冰穹A的那一刻起,我国天文科考翻开新篇章。

  十年磨砺,中国南极天文科考成果斐然

  你想知道南极冰穹A的实时温度、风速吗?你想看到那个神秘之地的实时画面吗……通过一批又一批南极天文科考队员及整个科研团队的努力,以前看似遥不可及的目标变成了现实。

  今年4月12日,中国第32次南极科学考察队员们随“雪龙”号极地考察船顺利返回上海基地码头。国家天文台南京天文光学技术研究所副研究员杨世海也圆满完成对南极巡天望远镜的维护与升级,以及安装摄像头、温度传感器等工作。

  杨世海已经是第八批奔赴冰穹A的天文科考人员了。王力帆介绍,在科技部、中科院、国家海洋局极地办等单位的大力支持下,南极天文科考与研究取得了较为丰硕的成果。

  在极寒的条件下,如何进行无人天文观测?这对观测设备耐寒、去霜、自动化都提出了相当高的要求。曾到过南极的南京天文光学技术研究所副所长宫雪非介绍,经过这些年不断研发,目前南极天文观测站建设已经粗具规模,包括发电机组、自动气象站、天文光谱仪等10多套的天文仪器设备已基本适应了极端气候条件下的环境。

  当然,作为观测站的主体,“中国之星”望远镜和两台南极巡天望远镜的成功安装与连续工作,是南极天文科考最为重要的成果。南京天光所南极巡天望远镜项目常务副组长袁祥岩介绍,2008年1月,4架145毫米口径折反式望远镜(“中国之星”小望远镜阵)在南极冰穹A安装成功,天文学家已从连续4年的观测数据中发现了一批变星和系外行星的候选体等,也积累了大量大气透明度、天光亮度、晴夜数等台址数据,为南极天文观测打下了良好基础。

  此后,两台南极巡天望远镜相继安装。袁祥岩介绍,该望远镜主镜口径68厘米,入瞳口径50厘米,配备了功能强大的10Kx10KCCD相机,主要进行超新星早期发现、系外行星搜寻和光变天体的研究。在南极漫长的极夜里,AST3能够不间断地观测,成为地面天文研究中独一无二的望远镜。

  目前,这些望远镜已经获得了大量观测数据,对开展超新星宇宙学、宇宙暗物质、系外行星及恒星形成原因等国际前沿领域的研究,将大有用处。南京大学天文与空间科学学院院长周济林介绍,以前我国开展系外行星研究,主要依靠国外空间望远镜所提供的数据,“中国之星”望远镜则为我们提供了依靠自主望远镜发现系外行星候选体的可能性,目前已取得了重要进展。

  在冰穹A的天文科考,更让中国向天文强国迈出坚实的步伐。“在国际天文学界,我们树立了中国南极的旗帜。”崔向群骄傲地说,天文学研究无国界,以前一般都是我们主动去联系别人要求合作,但有了冰穹A如此宝贵的资源,包括美国、澳大利亚、法国等西方国家都积极与我们联系,提出条件优厚的合作计划,这对促进我国天文学发展、提高我国国际地位都大有裨益。

  十年,对天文学研究来说,还显得太短。天文学家们坚信,随着研究的深入,冰穹A一定会带来更多惊喜。

  决胜未来,南极天文台址建设仍需同心协力

  今年7月底,在西安举行的2016年南极巡天望远镜973项目年会上,来自中科院南极天文中心、紫金山天文台、南京天光所、中科院前沿科技与教育局、南京大学、国家海洋局极地中心、天津大学等单位的科研人员、管理人员济济一堂,就南极天文观测的进展及科学目标展开热烈讨论。

  在充分肯定近年来南极天文观测成绩的同时,科研人员们开始“吐槽”南极天文台建设进度,呼吁加快项目审批。

  王力帆介绍,2013年公布的《国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012—2030年)》(以下简称《规划》)中,明确“十二五”时期,在我国科技发展急需、具有相对优势和科技突破先兆显现的领域中,优先安排16项重大科技基础设施建设。南极天文台项目位列其中。

  《规划》提出,南极内陆冰穹A是我国科考队首先从地面到达和利用的地区。该处大气湍流边界层极薄,大气中水汽含量极低,是地球上条件最优异的天文观测台址和天文研究长远发展的珍稀资源。在南极内陆冰穹A,充分利用中国南极昆仑站的现有基础建设中国南极天文台,主要包括:太赫兹望远镜,光学和红外望远镜,远程运控系统,支撑服务系统等。该设施建成后,将开辟地球上独一无二的太赫兹波段天文观测窗口,为研究宇宙和天体起源、暗物质、暗能量、地外生命等科学问题提供有力支撑。

  “但3年过去了,项目尚未启动申报手续,更未立项。对于原本占据主动优势、已有科技突破先兆的中国天文科研界来说,窗口期正面临逐渐消失的危险。”王力帆说。

  一位不愿意透露姓名的科研人员表示,重大科技基础设施的实际进程有所滞后是比较普遍的现象,但南极天文台建设速度过慢。

  崔向群院士毫不遮掩自己的担心。她告诉半月谈记者,几年前,国际天文学界因为中国在冰穹A科考进展集体鼓掌,如果我们项目进展缓慢,迟迟拿不出科研成果,最后受损失的将是整个中国天文学研究。


  一个人的天文台

  半月谈记者 蒋芳 邱冰清

  作为科学研究和试验的圣地,每年10月份,我国的南极科考队出发前往南极,到次年的三四月份返回。在此期间,各领域的科学家们从天文、气象、地质、地球生物等方面进行科学考察活动。

  科学家的追星之旅并不浪漫。实际上,在南极的科考队中,由于天文的比重很小,很多时候只有一个天文科考人员前往冰穹A。而且,在20多天的有限时间里,要解决从硬件到软件,从安装、调试天文仪器到故障修理等一系列工作,困难程度可想而知。

  2007年迄今,已经有8批次天文学家进入南极内陆开展多样化的观测和科研。宫雪非、李正阳、朱镇熹,是其中的典型代表。

  在南极科考队当“矿主”

  宫雪非(南京天文光学技术研究所副所长):作为中国第25次南极科考队中唯一的天文科考人员,我的主要任务是维护南极望远镜CSTAR和台址测量舱,并安装新的天文仪器设备,却没想到因为修理发电舱,得了个“矿爷”的外号。

  我到达冰穹A的当晚,先去看发电舱。一打开舱门,发电舱像是被火烧过了一样。三根排气管熔断,烟雾没法出来,时间长了全都喷在内壁上,满舱都是黑灰、黑油,过滤器下方还有少量的机油泄漏,恢复的难度很大。修复发电舱,时间紧迫。

  这项工作在家里做,不见得非常辛苦,汽车行的修车师傅每天都在干这活儿。但在南极,这个高海拔、低气温的地方,人稍微一动就很累,小事都变成大事。

  一开始,拆卸报废发电机就是一个艰苦的过程:一台发电机加上柴油机和安装地板,约有60公斤重,两三个人抬起来都很困难,何况共有6台需要拆卸。还好有其他队友的帮忙,我们把发电机垫好木板,再把它们从集装箱上滚下来。

  紧接着要将舱内清理干净,机械师崔鹏惠建议我先用航空油来擦内舱。在1米多高的空间内,我和队友跪着、趴着、撅着,用尽各种姿势,在舱内爬来爬去,身上弄得乌漆墨黑。我们带着一脸黑灰回到生活舱吃饭,大家笑了,“‘宫矿主’回来了,还雇了两个小工”。

  因为焦虑,我每天凌晨两点睡觉,有时候还半夜爬起来对着发电舱发呆。如果发电舱不能运行,就意味着我这趟过来毫无意义。后来我给南京天光所的老领导崔向群打了个电话,她听了以后果断给我了一些建议,让我别放弃。记得那天,厨房老张做了烙饼,还有糖果,心情甚好。说来也怪,那天之后,工作就变得异常顺利,问题迎刃而解。

  在新年到来之前,“老宫,再发动一次……起来了,起来了……发电机启动了!”可以好好地在冰穹A上庆祝新年了。

  南极追星“第一人”

  朱镇熹:我是第24次中国南极科考队最后一位上“雪龙”号的队员,也是第一个到达冰穹A的天文科研人员。

  进行南极天文选址与天文观测的一个关键设备是“南极天文观测保障平台”,它提供望远镜等观测设备的电力、保障通讯、监测与遥控。它是澳大利亚、中、美三方合作研制与运行的设备。我提前两个月赴澳大利亚,参与平台的研制及各天文设备的联调与试安装。由于平台研制的复杂与故障,临到上“雪龙”号前,我们还在调试平台,所以成了最后登船的人。

  在中山站出发基地,是我感觉最辛苦的工作阶段。在近10天时间里,大量物资要分装,我参与了滚油桶、直升机摘钩等工作。直升机下大风吹,人体有时需要倾斜站立,数天后,嘴唇脱厚皮,人脸走形。比较危险的是,我们需要站立在集装箱顶,捆绑木箱和安装太阳能板,途中需要太阳能发电与澳方通过“铱星”天线联系和测试平台。

  我与同事周旭主要在冰穹A工作,尽管海拔4000多米,氧气含量少,我与周旭都没有高原反应。从研制“中国之星”小望远镜阵CSTAR开始,过去1年多,到最后阶段的安装调试,我们很是兴奋,每天工作超过12小时。尽管天文安装设备较多、任务繁重,我们也在20天里圆满完成任务,最后一夜通宵调试,封好舱门、照几张照片即上车回家。

  回到中山站,体重减了8斤。我们住在餐厅边上,每餐过后两三小时就饿,我每天吃5顿。

  在离开南极的“雪龙”号上,我心里默念“南极,再见!”只是不知是否还有机会再见。

  “我拥有两次远征南极内陆史”

  李正阳:3年前第一次来这儿,记得气势磅礴的冰山、绚丽多彩的极光、憨态可掬的企鹅、静谧怡然的海湾、茫茫的白雪、不落的太阳,内陆冰盖上幽幽的蓝冰尽显神秘。走在零下30摄氏度的雪地上,就像是被蓝色的盖子罩在白色的碗里……

  再次远征南极内陆,茫茫无边的冰雪世界和睡觉时因缺氧而被憋醒已不再让我感到恐惧。但这次的天文科考任务一点也不轻松。同事杜福嘉在舱室内穿着厚重的防寒服安装调试、排查故障,我承担户外安装的所有工作。长期在室外工作,极昼的紫外线晒得我皮肤黝黑,脸上像是刷了一层古铜色,皮肤皴裂疼痛。零下40摄氏度的空气让我咳嗽不止,肺部经常隐隐作痛。缺氧让我举步维艰,巨大的体能消耗让我体重减轻了10公斤,差点脱离微胖界。困了累了,休息一会儿再接着干。

  也有坚持不住的时候。工作之余,和年幼的女儿视频对话,每当看着女儿不停地亲手机屏幕,哭着叫爸爸,我就忍不住陷入愧疚和自责之中。在昆仑站工作的二十几天里,二三十个大老爷们相互陪伴,每次喝酒百感交集,情愫万千全都化在酒里。这时候就会想起老师在电话里说的:你再努力一下。是的,想到那些数十年都没回家过春节的老南极,就咬牙坚持了下来。

  总以为这是个梦,梦醒的时候我应该是躺在老家弥漫着炭火木香的小木屋里,身旁是卷着被子蜷缩睡着的哥哥。老妈会推开门温柔地叫我们起床吃早饭,老爸会在院子里中气十足地叫着“火塘烧好了”。然而,这个梦似乎有些长,已经有4个月之久,醒来时自己仍然睡在容纳八个床铺的集装箱里。

  真希望下次睁眼的时候,不用担心扎营时零下30摄氏度的天气和刺痛面颊的吹雪,不用再吃航空餐,可以好好洗个热水澡。好在,当我们把南极巡天望远镜等安装、维护好,可以更远、更清楚地进行天文观测时,就可以回家了。


  人类打开认知宇宙的一扇新窗

  半月谈记者 蒋芳 蔡玉高

  极寒之地成为天文“热土”

  人类为什么要去南极看星星?

  有人说,那里的星空特别纯净,那里的星星“不眨眼”;科学家说,那里是地球上最接近太空的地方,特别适合探测宇宙诞生初期时产生的极短波长的辐射……

  “如果你不到南极,那就只能上天了。”中国科学院院士、中国南极天文中心副主任崔向群说,那么,利用南极认识宇宙、观测宇宙有哪些独特优势呢?

  ——观测时间长。每年有135天连续全黑夜,而且晴天时间高达90%以上,很容易实现4个半月的连续观测而且达到相应的科学目标,即探测系外行星和测星震等。

  ——大气环境甚至可以与太空媲美。南极冰穹A大气稀薄、冷、干燥、尘埃少,可以媲美太空环境,不只对毫米波望远镜,对红外及光学波段望远镜都是地球上最佳的地面观测站址。

  ——大气湍动少,自由大气视宁度极好。以冰穹A为例,平均风速低于2米/秒,超过4米/秒的风的情况极少,适合放置大型望远镜阵进行光干涉成像观测等。

  ——干扰少。南极是地面上人工光源干扰最少的地方。

  ——南极是天空视角最大的地点,比地面其他地方都适合天文观测,可以极大地提高观测效率。

  然而,完美的冰穹A也有着与之并存的残酷。

  李正阳曾两次造访南极。他告诉半月谈记者,整个南极大陆永久性覆盖着平均厚度达2000多米的冰盖,到处是冰,无路可走,最低气温到过零下80多摄氏度。尤其是从中山站到昆仑站途中,走一个星期,天地连成一片,没有任何参照物,只能依靠GPS导航、冰雷达扫描艰难行进。

  尽管自然条件如此恶劣,世界各国南极科考的温度却在持续上升。美国国家科学基金会“南极天体物理学和地球空间科学”项目的主管弗拉基米尔说:“南极是一块只专注于科学的大陆。在那里工作非常艰苦,环境条件存在着许多限制,但同时也使一些特殊的科学研究成为可能。”

  为人类认识宇宙

  打开绝无仅有的“机会窗口”

  在过去数十年里,南极的天文观测站已经为天体物理学的前沿研究作出了很大贡献。

  1998年底,美国毫米波段气球观天计划(Boomerang)利用漂浮在南极洲上方的气球作为载体,搭载望远镜拍摄到当时最为清晰的初期宇宙照片,发现宇宙是平坦的。

  更具代表性的例子是,利用美国南极长周期气球项目(ATIC),经过10年观测研究,中科院紫金山天文台研究员常进与美国、俄罗斯、德国等国科学家在高能电子观测方面取得的重大研究成果——《宇宙电子在3000亿-8000亿电子伏特能量区间发现“超”》。如果这一成果被进一步证实,这可能会是人类第一次发现暗物质粒子湮灭的证据,将是现代物理学的重大突破。为了进一步追寻暗物质的踪迹,常进的科研团队提出了研制“暗物质粒子探测卫星”计划,得到科技部和中科院的支持。去年,名为“悟空”的暗物质探测卫星已经升空。

  显然,南极给人类的惊喜不会就此止步。中国科学院紫金山天文台台长杨戟言语之中抑制不住对南极的向往:“除了太空,地面上没有第二处地方可以像南极这样实现对太赫兹波段的观测了。如果说射电波段是为地面天文观测撕开了一条缝隙的话,太赫兹波段观测则打开了一扇更为宽广的‘窗口’!”

  与之相似,K波段也是南极天文观测的一双新眼睛。“等我国的KDUST巡天望远镜建成后,其对红外光的观测将弥补哈勃望远镜的不足,弥补全球望远镜的观测空白。而我国的AST3望远镜第三台准备做K波段,通过观测宇宙遥远天体的红移,有助于暗能量的研究。”中国南极天文中心主任王力帆说。

  仰望星空,拥抱一个更辽阔的空间

  现代天文学最重大的课题——“两暗一黑三起源”,是追求探索其中隐藏着的有关宇宙起源和生命起源的终极答案。

  近年来,发达国家对天文学越来越重视,不惜耗资数亿美元乃至数十亿美元建造各类大型天文观测设备。多国科学家已在规划和建设地基巨型光学-红外望远镜项目。

  “毫无疑问,宇宙和生命的起源与演化是全人类共同关心的重大问题,同时是高技术的创新源头之一,将对基础科学乃至人类文明进步带来深远影响。”崔向群说。

  然而,当下的我们,总还会有一个追问:这些终极命题究竟会对普通人的生活产生什么影响?

  科学家们认为,一个新的科学发现,总会给人类社会带来无法预估的发展。百年前电磁波刚被发现的时候,也没有人知道会给人类带来什么,但是现在不管是电视机还是移动电话,都与电磁现象有关。“现在的我们大概不会比一百年前人们刚发现电磁波时候的想象力好太多,引力波到底能多大程度上改变人类的生活,或许要下一代甚至下下一代人去体会。”中科院高能所研究员张新民说。

  仰望星空,人类可能超越个人、国家、民族,去拥抱一个更辽阔的空间。


  世界大国角逐南极天文场

  半月谈记者 蒋芳 杨绍功

  从科学角度来看,南极内陆有四个最有价值的点,即极点、冰点(气温最低点)、磁点和高点,是大国必争之地。

  作为全球天文学研究的一个重要阵地,南极天文学最早是从发现陨石起步的,它开始于1912年,已经有了一个世纪的发展历程。

  在过去的几十年,尤其是近10年以来,一些国家在南极相继建立天文观测站,开展从光学观测、射电观测、宇宙微波背景辐射观测到中微子观测等多个领域的研究。南极天文学已经成了天文学领域的一个耀眼的分支。

  目前,美国在极点建立了阿蒙森-斯科特站,俄罗斯人的东方站位于冰点,法国在“南极磁点”建立了迪蒙·迪维尔站。此外,冰穹C是法国、意大利联合建设的协和站,日本在冰原上第二高的冰穹F建立了富士站。我国则在冰盖高点冰穹A建立了昆仑站,依托昆仑站的现有基础建设,极端环境下的天文、物理、冰川实验都可以开展。

  实际上,一方面,受内陆站的越冬能力所限,另一方面,受各方面补给能力所限,大国虽然已经抢占了四个重要的“点”,但天文科研开展的程度不一。

  美国在1998年底实施的南极毫米波段气球观天计划,获得了清晰的初期宇宙照片,得出了宇宙是平直的观测结果。协和站和阿蒙森-斯科特站目前进行星系演化、暗能量等方面的观测与研究。

  中国的昆仑站在不断赶超中。2011年,中国第28次南极科考队中的天文科考队员在冰穹A成功安装了南极巡天望远镜AST3-1。这台望远镜是中国自主研发的首台全自动无人值守望远镜,也是目前南极内陆最大的光学望远镜。

  位于南极内陆冰穹C的法国、意大利的协和站,冰穹F的日本富士站等,近年来在天文观测和科研方面则进展缓慢,甚至陷于停滞。

  科普链接:

  极点(地理极点):

  阿蒙森-斯科特站——美国

  唯一位于南极点上的科学考察站是美国的阿蒙森-斯科特站,以最早到达南极点的两位著名探险家阿蒙森、斯科特的姓氏命名,花了12个夏天才建成。可以容纳150名科学家和后勤人员,所有建筑材料都用LC-130大力神飞机运送。

  冰点:东方站——俄罗斯

  建立在世界寒极的科学考察站是俄罗斯东方站,它是最靠近南极点的一个考察站,建于1957年。1983年7月21日实测最低温度为零下89.2摄氏度,被称为南极的“寒极”。

  磁点(地磁极点):

  迪蒙·迪维尔站——法国

  地球磁轴与地球表面相交的两点,即地磁南极和地磁北极,南极磁点即为地磁的南极。1954年8月,法国在南极磁点设立“迪蒙·迪维尔”常年科学考察站。

  高点:中国南极昆仑站——中国

  中国南极昆仑站于2009年1月27日建成,位于南极内陆冰盖的最高点冰穹A地区。昆仑站的主体建筑内部由11个工程舱拼成,科考站分为内部功能仓与外部保温层两部分。中国南极昆仑站站区计划总建筑面积558.56平方米。考察站建成后,我国将有计划地在南极内陆开展冰川学、天文学、地质学、地球物理学、大气科学、空间物理学等领域的科学研究,实施冰川深冰芯科学钻探计划、冰下山脉钻探、天文和地磁观测、卫星遥感数据接收、人体医学研究和医疗保障研究等科学考察和研究。

(半月谈网)

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