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南极上有个中国“天眼”

(2008年06月11日 19:14:16)

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  南极,一年四季风雪肆虐,气候酷寒,尤其是南极内陆冰盖海拔最高的冰穹A地区,环境极端恶劣,被称为“人类不可接近之极”。然而,也正是这样的条件,使冰穹A地区成为地球上最好的天文观测台址。2007年底,两位天文学家随中国第24次南极科学考察队奔赴南极内陆冰盖,顺利实现人类历史上的第二次、中国历史上第二次登顶南极“冰盖之巅”。在冰穹A半个月的时间,他们经过艰苦卓绝的努力,克服重重困难,成功搭建了中国首座南极高原天文观测站,实现了在南极观测宇宙星空的梦想。

中国国家天文:南极上有个中国“天眼”
中国第24次南极科学考察

   启 航

  2007年11月12日,上海民生港码头。

  今天是“中国第24次南极科学考察队”出发的日子。一大早,码头就被打扫得干干净净,提前搭好的“中国第24次南极考察队暨雪龙船启航欢送仪式”的主席台上也摆满了鲜花,整个码头被前来送行的亲朋好友塞得满满当当。

  曾经创造了多项南极科考史上第一的“雪龙”号考察船刚刚经过一番改造,改造后的“雪龙”号提高了科学考察能力、航行自动化及安全性、船员居住的舒适性,新增了实验室面积300平方米,并实现了机舱无人化、科考数据实时传输、互联网接入居住舱等目标。今天的“雪龙”号焕然一新,与每次出发前一样,周身都挂起了祝福的标语,默默注视着身边攒动的人群。

  前方是极地探险的诱惑,身后有家园亲人的眷恋。鲜花、掌声、微笑,惜别的泪水;祝福、叮咛、嘱托,长长的期待。南极科考队每次的远行,都是沉浸在亲人朋友给予的温暖中。

  欢送仪式简短而隆重。长亭古道的缠绵长路被简约成一个短短的舷梯,芳草连天的良辰美景被浓缩在一个人声鼎沸的码头。

  随着一声长鸣,“雪龙”号考察船缓缓驶离了码头,船上的队员齐声高呼着再见,中国第24次南极考察队就这样出征了。

  由于工作安排,包括我在内的部分科考队员并没有搭乘“雪龙”号从上海出发,而是直接飞往澳大利亚的弗里曼特尔(Fremantle)港,再登上将于那里停靠的“雪龙”号,一起奔赴南极。身为此次科考队员之一,虽然我今天并不随同“雪龙”号出发,但还是特地飞来上海,参加了考察队的欢送仪式。望着渐渐远去的“雪龙”号,我的心似乎也跟着它一起启航了。

   那里的星空是否很美?

  南极,一年四季风雪肆虐,气候酷寒,被喻为地球的冰库、暴风的故乡、冰雪的荒漠和世界的寒极。尤其是冰穹A(Dome A),作为南极内陆冰盖海拔最高的地区,一路上气候条件极端恶劣,被称为“人类不可接近之极”。

  但是,南极恶劣的自然条件却从未能阻挡人类科学探险的脚步。冰穹A是南极冰盖尚未开展科学探测的制高点,也是南极四个必争之点——极点、冰点、磁点和高点中唯一没有被其他国家抢占的点。冰穹A地区是南极冷源的中心区,是南极冰盖上仅存的一个开展深冰芯钻探的理想地点,它也是开展雪冰、大气科学、空间物理和天文学观测等科学观测的理想地点,具有极其重要的科学价值。

  近年来,国际上一些国家相继制订了冰穹A考察计划。2004年9月,澳大利亚天文选址专家认为,南极冰穹C是目前地球上最好的天文观测台址,并预测海拔4093米的南极最高点冰穹A可能更好。为了验证这一推测,中国第21次南极科学考察实施了南极中山站至冰穹A冰盖断面综合考察,并于2005年 1月成功登顶,实现了人类首次向南极冰盖之巅发起的冲击,同时也将我国甚至是全世界天文学家的目光聚集到了冰穹A,因为这里拥有地球上进行天文观测诸多得天独厚的优势:

  第一,观测时间长。每年有135天,即4个半月连续全黑夜,晴天时间高达90%以上,很容易实现四个半月的连续观测并达到相应的科学目标,即探测系外行星和测星震等。第二,观测的大气环境可以与太空媲美。南极冰穹A大气稀薄、干燥、尘埃少。这不只是对远红外和毫米波望远镜观测,而且光学波段观测来说,都可能是地球上最佳的地面天文观测站址之一。第三,风速小,大气湍动少,视宁度极好。这也是天文观测最重要的指标之一。有数据表明,冰穹A平均风速低于2米/秒,超过4米/秒的风的情况极少,如此环境非常适合放置大型望远镜阵进行光干涉成像观测。第四,干扰少。南极是地面上人工光源和电磁干扰最少的地方。

  正是基于这样的条件,2007年初,一项由我国天文学家主导、多国天文学家参与的《南极冰穹A的天文选址和天文观测》项目诞生了,它承载了中国天文学界多年来梦寐以求的飞跃式发展机遇,由此正式拉开了中国南极天文事业的序幕。

  在此次南极科学考察中,我和中科院紫金山天文台副研究员朱镇熹,参加了南极内陆冰盖队,奔赴冰穹A地区,为建设中国首座南极高原天文观测站(PLATO),我们携带重十几吨的仪器设备。

  按照计划,建成后的南极高原天文观测站主要由四个145毫米口径反射式大视场望远镜组成的天文望远镜阵(简称CSTAR)、一台亚毫米波望远镜 (Pre-HEAT)、两台监测天空大气变化情况的天光云量监视仪(Gattini)和安在高台上的声波风速计(Sonics Anemometer)、一台声雷达(SNODAR)、六台可以自动控制的发电机组以及中心控制计算机和通信系统等设备组成。建成后的南极高原天文观测站的主要任务是进行天文寻址,测定天文选址参数,为下一步建立天文台作准备。此外,望远镜阵CSTAR还将监测南极天区约20平方度范围的天体,进行变星监测及统计分析,还希望寻找系外行星、超新星等。

  作为一名天文工作者,能够参加南极天文项目是我的荣幸和骄傲。不过,我们心里都很清楚,到冰穹A建观测站存在很多挑战,最担心的是,冰穹A低于零下80摄氏度的温度。这样严寒天气可能会影响器材和电子器件的正常工作,甚至导致其失灵。而且,在那样极端气候的地点建立天文观测站还有太多未知因素,尤其是各种仪器设备,经过一路颠簸,运到冰穹A后是否出现损坏很是难以预料。

中国国家天文:南极上有个中国“天眼”
中国第24次南极科学考察

   归 队

  11月27日上午7时,我们最后一批登船的队员陆续到达澳大利亚弗里曼特尔港。弗里曼特尔位于西澳大利亚,建于1892年,是当地天鹅河的出海口,也是一座历史名城,海水清澈,蓝天洁净,宁静而安详。弗里曼特尔港历来被中国南极考察队选为前往南极大陆之前最后的补给港口,在停靠弗里曼特尔港的时间里,“雪龙”号主要是进行奔赴南极前最后一次科考设备、油料、食品和生活物资的补给。

  上午10时,“雪龙”号按计划抵达弗里曼特尔港。我们一行人站在码头,看见“雪龙”号缓缓驶来,船上队员纷纷与我们招手致意。按照惯例,大家会下船上岸接接地气,买电话卡给家里人报平安。

  看见“雪龙”号顺利停靠之后,我们来不及上船,放下行李后就急急忙忙随同澳大利亚南威尔士大学的人员,来到码头的货场。在那里等待他们完成对仪器舱和发电机舱的最后调试,并学习由他们负责设计和研发的部分设备的安装调试方法。由于时间紧迫,我们只是初步学习了安装和使用这些仪器设备的方法,也来不及进行更仔细地熟悉。第二天我们就匆匆赶回码头,并迅速加入到考察队各种货物的装船工作。这里装船货物除了组建南极高原天文观测站的仪器舱和发电机舱外,还有我们内陆冰盖队所使用的各种雪地牵引车、油料补给等等。

  经过几天的忙碌,终于一切准备就绪。11月30日中午,“雪龙”号就起航了。“雪龙”号离开弗里曼特尔港的时间,比原计划提前了4个小时,据了解,提前的主要目的是争分夺秒,要赶在西风带一个更强的气旋到来前,迅速穿过一个中等强度的气旋。

中国国家天文:南极上有个中国“天眼”
中国第24次南极科学考察

   初次体验“雪龙”号

  从澳大利亚到南极的距离大约是4000千米,预计的航行时间是10天~15天。“雪龙”号刚刚驶出弗里曼特尔,就遭遇到那个小气旋。海上的风力 6级~7级,涌高浪大。“雪龙”号开始明显地摇晃起来,许多人开始晕船。最惨的是我们这些刚从弗里曼特尔港上船的人,还没来得及适应船上风平浪静时的生活,就被迫进入了晕船的状态中。

  解决晕船,有两个办法,一个是卧床不起,“船动人不动”任凭轮船随意摇晃;另一个法是扶着窗台遥望大海远方,保持自身对平衡的正确判断。但这并不是长久之计,我们还需要吃饭。从居住的5层房间到二楼餐厅要乘电梯或走很长的楼梯。在失去标准参照物的路途上,我忍住肠胃的“翻江倒海”奔向了最近的卫生间。时间长了以后,逐步适应了轮船摇摆的频率,跌跌撞撞地上下楼,也就不再可怕了。

  一切生活恢复正常之后,我和朱镇熹两个人就开始抓紧时间熟悉南极高原天文观测站仪器、设备的资料和安装说明,分析、讨论并制定安装计划,抽时间与考察队领导和其他项目成员协调工作,将天文观测站的安装计划细化到每一天的具体任务。

  刚刚与这个小气旋斗争结束,“雪龙”号就进入了传说中的“魔鬼西风带”。“西风带”指的是南北纬40度~60度之间的区域,因常年吹西风而得名。南半球的西风带一向以风大浪高而令人生畏,这里终年风力在8级以上,浪高在30米以上,是考察队从印度洋航线去南极必经的一道“鬼门关”。

  当“雪龙”号的全体人员都高度警惕,为迎战西风带做好全面准备之后,老天似乎又跟我们开起了玩笑:这一次的穿越西风带并没有想象中的可怕。12 月5日下午,“雪龙”号到达南纬60度,顺利穿越了西风带。在我国历次南极考察中,像今年这样平稳地穿越西风带比较罕见。当时的监测数据显示,“雪龙”号这次穿越西风带,最大的摇摆幅度只有18度,一般在15度左右。而在往年,“雪龙”号在西风带航行时的摇摆幅度都在20度以上,甚至接近30度。



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