在近日收官的中国第38次南极科学考察中，我国科学家在中山站建成首个天文观测站点，并架设了一套由五个镜筒组成的小型望远镜阵列。这套立于漫天风雪中“观天之眼”，正是由中国科学院南京天文光学技术研究所、中国极地研究中心研制而成。
为什么要在南极进行天文观测？望远镜在极寒天气中要经历怎样的考验？在南极“看星星”又是一种怎样的体验？记者采访了中国科学院南京天文光学技术研究所研究员李正阳、中国极地研究中心副研究员纪拓、助理研究员杨臣威。
“观天之眼”
串起我国南极天文观测链
对广袤而深邃的宇宙的好奇心，让科学家们把“观天之眼”落子南极。
“南极内陆高原是公认的地球上进行天文观测的优秀台址。”李正阳说，发展南极天文、建造自主研制的一流天文观测设备，对我国天文探索和深空探测具有重要的意义。
目前值守在中山站的杨臣威告诉记者，南极内陆冰盖具有冷、暗、干燥、气流稳定等特点，其中冰盖的最高点冰穹A（我国昆仑站附近）具有地面上进行天文观测的最清晰视野，大气视宁度条件已经接近太空，是支撑天文学发展的珍稀台址资源。中山站天文观测站点的建设运行，为昆仑站天文设备运行维护提供了可用的基地，“我现在所处的中山站位于海边，常年有人值守，也是通往南极内陆深处的门户，可以作为前往南极内陆设备的支撑和测试站点。”
杨臣威越冬期间开展常规观测
据了解，2019年，中国极地研究中心、中国科学院国家天文台和南京天文光学技术研究所共同组建的科研团队入选国家级创新团队，依托我国南极考察站，计划构建中山站—泰山站—昆仑站的天文观测链路，推动南极天文观测体系化发展。
极端天气下
望远镜也能“移动打靶”
南极常年低温的环境和风霜雪，给望远镜的研制带来了极大的挑战。
“如何保障精密天文光学设备在极端寒冷的环境下无人值守运行，是建设南极天文台站的首要困难。”李正阳说，整个项目历时2年，创新团队分工合作，极地研究中心负责项目总体设计、数据系统、天文台址基础建设等，国家天文台负责科学数据处理和观测调度，南京天文光学技术研究所负责阵列望远镜研制。
望远镜阵列由五个镜筒集成
此次安装的小型望远镜阵列，包括4个光学波段镜筒（单镜筒口径150mm，视场直径6°）和1个近红外0.9-1.7微米观测镜筒（口径200mm，视场7×5.6′），五个镜筒集成架设在直驱式赤道仪上，具有耐极低温运行、兼顾高低速跟踪、极高精度指向精度等性能。
望远镜阵列视野大、稳定性高
经过现场的观测运行，杨臣威感受到望远镜阵列视野非常大，“单台望远镜有15平方度，四台错位使用可以覆盖很大的视野，极大提高了望远镜的工作效率。望远镜在快速跟踪的同时也能保持很高的稳定性，类似奥运会打移动靶，能把观测天体精确锁定在望远镜照片的固定位置，有利于获得很高的测量精度。”
科考“施工队”
给望远镜“遮风挡雪”
无孔不入的“地吹雪”、零下几十度的低温……在南极的极端天气环境中，望远镜需要架设在一个非常稳定的基座上，才能准确指向和跟踪目标，同时还要戴一顶“圆帽”以免风雪侵袭。
纪拓和杨臣威原先主要从事类星体方向的观测研究，这次去南极后，由望远镜的使用者摇身一变成为望远镜的安装和维护者。
纪拓和杨臣威进行望远镜底座平台的浇筑工作
“施工、安装和调试都得自己动手。”纪拓说，比如望远镜基座的建设，场地平整、地平与平台基墩的支模与浇筑，钢结构平台的组装，地锚拉索固定等，都是在国内从未接触过的工作。
“只靠纪拓和我两个人是没有办法完成这么多工作的。38次科考队的队友们，从浇筑水泥到吊装钢底座和望远镜，再到安装圆顶和加固，不仅出谋划策还动手施工，令我们非常感动。”杨臣威说。
科考队员姜华帮忙焊接望远镜圆顶
此外，国内技术团队和现场团队也密切配合，从调整极轴时螺丝怎么拧，到指向模型的校准软件怎么用，事无巨细给出及时、详细的技术支持，保障了望远镜的顺利安装和调试。
望远镜钢结构基础平台完成
在夜晚调试望远镜极轴的时候，队员们真正感受到了南极的冷。由于望远镜架设在山头上，周围没有任何遮挡，即使平地上没有风，山上风也大。入夜后，“企鹅服”根本挡不住刺骨的寒风，十几分钟手就冻僵了，只能轮流操作。“好在经过努力，望远镜调试后各项技术指标均能满足高低速，角秒级精度观测需求，再冷也值了。”纪拓说。
望远镜调试期间尚未安装圆顶，山上风速经常大于10米/秒
在南极“看星星”
寻找宇宙科学问题的答案
安装好的由五个镜筒组成的小型望远镜阵列，可同时开展四个光学波段和近红外波段观测。
“度夏期间，我们抓住短暂的夜晚窗口，在考察队撤离中山站前顺利完成望远镜的初光观测。”纪拓介绍，团队取得了180 GB的观测数据，包括对南天著名天体如大小麦哲伦星云等的深场曝光观测（图1）。
望远镜初光天体小麦哲伦星云
如今，南极已进入越冬期，留守的杨臣威可以在室内遥控望远镜进行观测和拍摄。
“天文观测跟大部分人的想象其实不太一样。”杨臣威告诉记者，望远镜主体设备在户外，操作则通过计算机和网线连到室内进行，只有在设备偶尔出现故障时，他才需要全副武装去山顶上检修。目前，望远镜运行良好，未来将会有大量专业数据陆续传回国内，由后方科研人员进行系统性分析。
李正阳介绍，我国已先后在南极建设了包括中国之星小望远镜阵列（CSTAR），南极巡天望远镜（AST3），南极亮星巡天望远镜（BSST）等一系列光学天文观测设备，取得了例如引力波光学对应体搜寻测光观测等突出科学成果。
目前创新团队首批次部署南极的天文光学设备，以大视场、中小口径巡天望远镜为主，拟在靠近南天极附近的天区搜寻太阳系外行星，并开展多波段测光、近红外波段观测实验。“通过对系外行星的搜寻测光观测，可以回答诸如宇宙中是否存在类地球行星、人类是否孤独等科学问题。”
