为什么要去南极看星星

　　南极，是地面上探索“两暗一黑三起源”的理想地点

　　1609年，伽利略用风琴管作镜筒，两端嵌入凸透镜和凹透镜，制成一架口径4厘米的望远镜，由此成为人类历史上把望远镜对准茫茫太空的第一人，并推动了人类认识宇宙的第一次飞跃。

　　上世纪90年代开始，不断升温的南极科考，将人类认识宇宙的视角引入这块极寒之地。这块不适合人类居住的大陆，是否有可能成为推动人类认识宇宙又一次飞跃的跳板呢？

　　极寒之地成天文“热土”

　　人类为什么要去南极看星星？

　　普通青年说，那里的星空特别纯净；文艺青年说，那里的星星“不眨眼”；科学青年说，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、南极中心副主任崔向群说。

　　本世纪全球天文学最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，宇宙起源、天体起源、生命起源。南极，是地面上探索这些问题的理想地点。

　　这个人工光源干扰最少的地方，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。

　　这片特殊的土地还有诸多优点有利于天文观察。

　　比如，南极大气环境可以与太空媲美。南极冰穹A大气稀薄、冷、干燥、尘埃少，可以媲美太空环境，对诸多类型的望远镜来说，都是地球上最佳的地面观测站址。

　　再如，南极大气湍动少，自由大气视宁度好。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。

　　此外，南极是天空视角最大的地点，比地面其他地方适合天文观测，可以极大提高观测效率。

　　然而，完美的冰穹A址却也有着与之并存的残酷。

　　李正阳，一个曾经两次造访南极从事科考的中国年轻天文学家。他告诉本刊记者，整个南极大陆永久性覆盖平均厚度达2000多米的冰盖，到处是冰，无路可走，最低气温达到过零下80多摄氏度。

　　“你在这里迈出的每一步都可能是人类在这里的第一步，也可能是你的最后一步。”李正阳说，“尤其是从中山站到昆仑站途中，80％是两种天气，一种叫啥也看不见，另一种风吹得你啥也看不见。走一个星期，依旧是白茫茫，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。”

　　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，环境条件存在许多限制，但同时也使一些特殊的科学研究成为可能。”

　　为认识宇宙打开“机会窗口”

　　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，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，则有可能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。2015年，名为“悟空”的暗物质卫星已经升空。

　　南极给人类的惊喜不会就此止步。科学家经实地观测发现，在南极进行天文观测，就好比在太空中架设望远镜，这里不仅比其他地点看得更远、更清楚，而且高分辨率、大视场、宽波段兼具的优势，也有望打开人类探索宇宙的全新“机会窗口”。

　　2005年，我国科学家登上冰穹A，并在该区域建立了昆仑站。随后一年，天文学家在冰穹A设立了4个通光口径14.5厘米的望远镜阵列，也就是第一代中国南极小型光学望远镜阵CSTAR，又称“中国之星”；随后又开始了南极巡天望远镜AST3的建设，在此基础上，我国第三代望远镜2.5米口径昆仑暗宇宙巡天望远镜KDUST和5米口径的太赫兹望远镜DATA5的筹建均已列入国家规划。

　　中国科学院紫金山天文台台长杨戟说：“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。新波段带来的意外发现必将推动我国乃至世界天文学观测及研究迈上新台阶。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’！”

　　与之相似的，K波段也是南极天文观测的一双新眼睛。“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。尤其是在南极冬季的极夜，能够轻易实现上百天连续热红外K波段的观测。而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。

　　是人类关切，也是创新源头

　　早在2300多年前，中国伟大的诗人屈原就发出了“遂古之初，谁传道之？上下未形，何由考之？”的著名“天问”。公元前13世纪甚至更早，中华民族的先人就建立了天文台，我国至今仍保存着世界上历时最长、最完整的天象记录。

　　现代天文学最重大的课题——“两暗一黑三起源”，则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。

　　“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，同时也是高技术的创新源头之一，能对基础科学乃至人类文明进步带来现实的和长远的影响。”崔向群说，“比如，由光学天文发展起来的激光导星、自适应光学、非球面光学、光量子探测，以及大数据处理挖掘技术等，在国民经济和国防安全方面都有广泛的应用。”

　　令人欣喜的是，天文学不断成为世界各国科学家合作的乐土。曾经去过南极冰穹A的南京天文光学技术研究所副所长宫雪非介绍说，我国在冰穹A建设昆仑站，不但在国际天文界树立了中国天文学的地位，而且吸引了澳大利亚、美国等国际合作者。

　　《瞭望东方周刊》记者蒋芳 蔡玉高/江苏南京报道