科学家发现南极冰穹A观测宇宙的太赫兹远红外新窗口

2016-12-22 来源:紫金山天文台 我要评论(0) 字号:

太赫兹至远红外谱段(频率约0.3~15THz,波长1毫米~20微米)是观测宇宙的独特波段,如孕育恒星的冷暗气体及尘埃辐射,示踪星际物质循环过程的丰富分子转动谱线及原子精细结构谱线。但是,受大气中水汽吸收的影响,地球上绝大部分区域在这一电磁谱段均不透明。南极冰穹A(Dome A)具有高海拔(4093米)和极低温(可低达零下80度)的特点,水汽沉降量仅为国际著名天文台址——夏威夷Mauna Kea的十分之一,是国家重大科技基础设施建设“十二五”重点规划项目之一“中国南极天文台”的候选台址。

中国科学院紫金山天文台研究员史生才团队与美国哈佛-史密松天体物理中心等合作研制了国际上首例以无人值守工作模式运行的超宽带(0.75~15THz)太赫兹傅里叶光谱仪(见图1),于2010年1月由第26次中国南极内陆科考队成功安装于冰穹A,并投入长达19个月的连续运行。该设备首次获得了南极冰穹A天文台址太赫兹至远红外谱段的大气透过率长周期实测数据(见图2),揭示了地面其它台址难以观测的太赫兹及远红外新窗口。此外,还获得了极低温环境下大气的水汽吸收纯转动谱全新测量结果,给出了新的大气辐射模型约束条件,对于建立更精确的大气辐射模型、进而研究全球气候变化有非常重要的意义。该项研究表明:南极冰穹A为开展天文学与大气科学研究提供了新的机遇。

相关研究成果发表于12月13日上线的《自然-天文学》(Nature Astronomy)创刊号。该论文的作者包括紫金山天文台研究员史生才(第一和通讯作者)、姚骑均、林镇辉、段文英、李欣幸(现任职苏州纳米所)、杨戟,美国哈佛-史密松天体物理中心博士Scott Paine和张其洲,日本国立天文台博士松尾宏,澳大利亚新南威尔士大学教授M.C.B. Ashley,天津师范大学/国家天文台研究员商朝晖,以及国家天文台南京天文光学技术研究所研究员胡中文。该项工作得到了第26次和27次中国南极科考队、澳大利亚新南威尔士大学等合作的PLATO实验平台团队、中科院南极天文中心的大力支持,项目得到中科院天文台站设备更新及重大仪器设备运行专项经费支持。

科学家发现南极冰穹A观测宇宙的太赫兹远红外新窗口

图1、(背景)南极冰穹A站址现场照片,(左上插图)安装在PLATO设备平台的超宽带傅里叶光谱仪主体的内部照片。

科学家发现南极冰穹A观测宇宙的太赫兹远红外新窗口

图2、超宽带傅里叶光谱仪实测的大气透过率年度(a、c为a的局部放大)与冬季(b、d为b的局部放大,并标出了重要的分子及原子谱线对应位置)统计结果,该图的横坐标为频率,纵坐标为透过率(1即100%通过)。

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