獨守南極，傳奇的“冰雪戰(zhàn)士”

安小七+胡不二

茫茫的雪原之上，3只企鵝緩緩向你走來，遠(yuǎn)處還有一只動物正在懶洋洋地打著呵欠，你能認(rèn)出它是海獅、海狗還是海豹？

這是極地風(fēng)光大片，還是《動物世界》又出了新的單元？都不是！它是南極巡天望遠(yuǎn)鏡AST3工作團隊在南極進行科考工作時捕捉到的可愛日常。

南極巡天望遠(yuǎn)鏡AST3是什么？它日常會進行哪些工作？而這一切，都需要從2017年10月份的那件“大事情”說起。

轟動世界的前情回顧

2017年10月16日深夜，中國科學(xué)院紫金山天文臺、南極天文中心聯(lián)合發(fā)布了一個比2017年諾貝爾物理學(xué)獎還重要的發(fā)現(xiàn)——中子星并合產(chǎn)生的引力波事件，宣布人類第一次直接探測到來自雙中子星合并的引力波，并同時“看到”這一壯觀宇宙事件發(fā)出的電磁信號。

這一事件引起了全球轟動，因為它有很多個第一次——人類第一次探測到雙中子星合并，第一次有確鑿證據(jù)證實中子星合并就是宇宙中金、鉑等超鐵元素的主要起源地，人類第一次同時觀測到來自同一個天文事件的引力波和電磁波。

據(jù)了解，全球有超過50臺天文設(shè)備對被命名為“GW170817”的這次中子星合并事件開展了精細(xì)觀測，AST3-2巡天望遠(yuǎn)鏡就是其中之一。

一次帶風(fēng)險的成功觀測

在遙遠(yuǎn)的南極大陸，有這么一個“冰雪戰(zhàn)士”，它常年處于無人值守的狀態(tài)下獨自工作，它就是由中國自主研發(fā)的、于2015年1月架設(shè)在南極的第二臺巡天望遠(yuǎn)鏡——AST3-2巡天望遠(yuǎn)鏡，直徑68厘米，有效觀測口徑50厘米，位于南極大陸的最高點冰穹A，是南極現(xiàn)有最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。

“雖然望遠(yuǎn)鏡的‘身體素質(zhì)還不錯，但是這次觀測條件并不佳，望遠(yuǎn)鏡要幾乎貼著地平線才行，這對于南極巡天望遠(yuǎn)鏡來說，是有一定難度和風(fēng)險的?！敝锌圃簢姨煳呐_南京天文光學(xué)技術(shù)研究所研究員袁祥巖說。

出于安全的考慮，望遠(yuǎn)鏡在觀測的時候都有一個常規(guī)的范圍，以防止望遠(yuǎn)鏡在觀測期間失控而卡在赤緯較低的方向，否則等到南極的夏天到了，望遠(yuǎn)鏡就不可避免地會被太陽直射，精心研制的精密設(shè)備就有可能損壞。而這次用AST3觀測GW170817，就需要把望遠(yuǎn)鏡指向距離地面只有二十幾度的方向。“這個角度幾乎已經(jīng)貼著地平線了?！痹閹r說，這是AST3在之前觀測中從來沒有嘗試過的低角度，難度很高，但考慮到引力波事件的重要性以及這次探測本身對望遠(yuǎn)鏡的挑戰(zhàn)性，最終整個團隊通過望遠(yuǎn)鏡軟件跟硬件的完善，擴大了望遠(yuǎn)鏡的觀測范圍，開始了相關(guān)的觀測計劃。

此時冰穹A的漫長極夜剛剛結(jié)束，也就是說，南極最佳的觀測時間段實際上已經(jīng)過去。盡管如此，項目組還是認(rèn)為非常值得一試。果然，北京時間2017年8月18日晚上，望遠(yuǎn)鏡成功地對宿主星系NGC4993進行了連續(xù)不間斷的觀測，并采集到了21張長曝光圖像。為了盡可能地記錄下對應(yīng)體亮度隨時間的演化，觀測一直持續(xù)到了8月28日。

同時，數(shù)據(jù)的分析和處理也在同步進行中。由于望遠(yuǎn)鏡觀測到的數(shù)據(jù)數(shù)量很多，沒有辦法進行整體實時傳輸，因此以前都是科考人員在對望遠(yuǎn)鏡進行維護時把數(shù)據(jù)取回，并換一個新的磁盤空間?！暗@次需要同步分析，于是就由系統(tǒng)先做出一個預(yù)處理，把特殊源篩選出來。”袁祥巖說，研究人員會同時截取局部圖片進行有選擇的分析取用，觀測圖像中的光學(xué)信號終于浮出水面，引力波電磁波段光學(xué)對應(yīng)體就這樣被成功觀測。

孤獨的“冰雪戰(zhàn)士”

“AST3-2的任務(wù)不僅是觀測引力波事件，它還會對七大行星以及超新星等進行觀測。這次，AST3-2完成了2017全越冬觀測，實現(xiàn)了技術(shù)上的突破?！蹦暇┨煳墓鈱W(xué)技術(shù)研究所的科學(xué)家們講述了這臺“天眼”的故事。

楊世海副研究員介紹說，與一般望遠(yuǎn)鏡不同的是，AST3-2沒有圓頂為它遮風(fēng)擋雨，也沒有深達(dá)幾十米的地基防止外界的振動影響，而是建在冰雪之上。這就給機器本身以及信號的穩(wěn)定性帶來了很大的挑戰(zhàn)。即使再多不便，南極內(nèi)陸?yīng)毺氐呐_址優(yōu)勢對天文觀測與研究來說始終充滿著巨大的吸引力，于是2015年1月，這臺望遠(yuǎn)鏡組裝完成并投入使用。

“一般情況下它都是無人值守的狀態(tài)?！蹦暇┨煳墓鈱W(xué)技術(shù)研究所副研究員盧海平解釋道，所內(nèi)的科研人員會通過電腦或移動終端發(fā)出指令，由南極的計算機操控設(shè)備進行執(zhí)行。由于南極極端的天氣環(huán)境，科研人員每年會趕赴南極給它做“ 體檢”，首先由專家進行遠(yuǎn)程預(yù)診，接著由科考人員趕赴南極進行實地復(fù)診，一旦確定問題，科考人員就會按照指令給望遠(yuǎn)鏡“治病”，然后再次進行檢測，最后進行設(shè)備升級。

“最近一次的‘體檢，除了常規(guī)的主體維護，我們還在設(shè)備旁邊新設(shè)了一個塔架，布了很多的傳感器、攝像頭以及外吹風(fēng)結(jié)構(gòu)?！北R海平說，這就相當(dāng)于給望遠(yuǎn)鏡增設(shè)了幾個“眼睛”，就能給后方提供更多的信息，比如現(xiàn)場的情況、運行環(huán)境以及望遠(yuǎn)鏡本身的一些狀態(tài)，這些都是望遠(yuǎn)鏡的輔助設(shè)備，但它們其實都非常有必要。“還有升級版鏡面除霜、除雪裝置，用來保證望遠(yuǎn)鏡鏡頭的清晰?！北R海平說，這次的維護很成功，而這也為后來成功觀測到GW170817引力波事件的光學(xué)對應(yīng)體打下了良好的“身體基礎(chǔ)”。endprint