去南极探索“冷暗”宇宙

2016年12月14日09:31  来源:光明日报
 

中国科学院紫金山天文台和美国哈佛-史密松天体物理中心等科学家联合研究发现,位于南极洲的冰穹A(Dome A)具有在地球上测量太赫兹辐射的最佳条件,而太赫兹辐射是探索“冷暗”宇宙的主要方法。这一成果在线发表于12月13日出版的学术期刊《自然-天文学》创刊号。

项目的主要完成人、中国科学院紫金山天文台研究员史生才介绍,中国科学家正在努力,希望未来五年能够在Dome A建立一台直径为5米的太赫兹天文望远镜和一台直径为2.5米的红外光学望远镜。

探索“冷暗”宇宙的利器

早期对宇宙的认识是“热”的,但近来的研究表明,更多的秘密隐藏在“冷暗”宇宙,如宇宙中的冷尘埃和气体中。美国哈佛-史密松天体物理中心张其洲博士说:“比如它们携带着恒星和星系形成最初阶段的信息。”

测量宇宙特高频(人们常用手机频率的1000倍以上)辐射,也就是太赫兹辐射,是研究“冷暗”宇宙的主要方法。但因为地球受到大气,特别是其中水蒸气的包裹,太赫兹辐射无法穿透重重保护,科学家很难在地球上开展太赫兹辐射的观测。张其洲说:“对天文观测而言,这是一个比较难以在地面开展观测的波段。之前欧洲太空局与美国国家航空航天局曾经联合发射直径为3.8米的Herschel太空太赫兹望远镜,但目前已经停止工作了。”张其洲介绍,这台太赫兹望远镜曾立下赫赫战功,“比如发现彗星上冰的成分与地球上海洋水的成分非常相似,这或许能够解释地球水的来源”。

Dome A或将成为太赫兹天文观测的“圣地”

史生才说,与太空望远镜相比,地面太赫兹望远镜可以做得更大、更灵活,也更便宜。“经过几年的努力,我们终于发现Dome A提供了一个绝无仅有的、在地球上开展太赫兹天文学观测的机会。”

2010年1月到2011年8月,史生才团队在Dome A连续进行了19个月的大气观测。史生才说:“我们并不是常驻在南极,而是采用远程控制的方法,用傅立叶变换光谱仪进行自动观测。这种光谱仪对太赫兹辐射尤其敏感。”

经过对海量数据的分析,研究团队找出了适合太赫兹观测的窗口时间。“我们发现Dome A地区的天空保持极端干燥状态的时间比其他太赫兹天文学观测点长,使之成为全年观测太赫兹频段辐射的最佳地点。”史生才说,“我们都知道,智利、美国的夏威夷都是地球上进行天文观测的‘圣地’,Dome A很可能成为太赫兹天文观测的‘圣地’。”

同时,这一研究也在影响全球气候变化的大气辐射特性方面取得了新进展。“我们取得的成果不止于此,我们在南极极端低温下对水蒸气吸收谱进行了测量,这些数据为大气热辐射模型提供了新的约束条件,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。”

史生才表示,接下来将继续对数据进行分析,“我们相信将有更多新发现”。(记者 齐芳)

(责编:阴重宇(实习生)、贺迎春)

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