近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代物理系“核探測與核電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”王堅研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國極地研究中心天文學(xué)研究室完成了面向南極觀測的近紅外天光背景測量儀，并首次獲得了南極昆侖站J, H, Ks波段夜空天光背景數(shù)據(jù)，相關(guān)成果以“Sky-brightness measurements in J, H, and Ks bands at DOME A with NISBM and early results “為題發(fā)表在天文學(xué)知名雜志英國皇家天文學(xué)月報（MNRAS）上。
南極高原被認(rèn)為有潛力成為地球上進(jìn)行紅外到亞毫米觀測的最佳地點(diǎn)，結(jié)合高海拔、低水汽含量、低溫等特點(diǎn)，創(chuàng)造了地面其他地方無法比擬的觀測條件,但是始終缺乏對該地區(qū)近紅外天光背景的觀測數(shù)據(jù)。在紅外波段的天光背景輻射強(qiáng)度很大程度上限制著紅外望遠(yuǎn)鏡及其他觀測設(shè)備的一些重要性能，如巡天深度、能夠觀測的極限星等、天文成像系統(tǒng)曝光時間等。臺站的近紅外背景輻射平均強(qiáng)度和變化參數(shù)等是評估一個候選臺址是否適合建設(shè)相應(yīng)設(shè)備的重要參考依據(jù)。
針對南極DOME A的極低溫度、高海拔、低氣壓（昆侖站極夜情況下平均溫度-60度，最低溫度-86度，海拔4087米，氣壓為0.5個大氣壓）、電力困難等極端條件，王堅團(tuán)隊(duì)借助InGaAs探測器在J，H，Ks波段的探測優(yōu)勢，以及不需要深度制冷的特點(diǎn)，進(jìn)行了光學(xué)，低噪聲讀出電子學(xué)，結(jié)構(gòu)和電控，自動觀測等方面針對性的設(shè)計，于2018年完成了面向南極觀測的近紅外天光背景測量儀（NISBM for Dome A），并在Ks波段設(shè)備上實(shí)現(xiàn)實(shí)時黑體定標(biāo)技術(shù)以保證數(shù)據(jù)的可靠性。設(shè)備于2018年11月隨“雪龍”號科考船前往南極，并于2019年1月23日在南極昆侖站安裝成功并投入運(yùn)行，如圖1所示。
圖1 南極昆侖站NISBM安裝與運(yùn)行
團(tuán)隊(duì)針對NISBMfor Dome A獲得初步南極觀測數(shù)據(jù)，進(jìn)行了仔細(xì)細(xì)致的分析。分析結(jié)果如圖2所示，a中展示了DOME A白晝到極夜過渡過程中，Ks波段在-80°~100°觀測角度上原始天光背景強(qiáng)度的時域變化情況；b中分析了J，H，和Ks波段天頂角（90°）天光背景強(qiáng)度與太陽高度角隨時間變化的關(guān)聯(lián)性；c中解析了J，H，和Ks波段進(jìn)入黑夜時太陽高度角的差異性，即：當(dāng)太陽高度角降低到某個特定拐點(diǎn)后，該波段的天光背景強(qiáng)度將不再受太陽影響，J，H，和Ks的拐點(diǎn)分別為：EL1J=-7.8°，EL1H=-6.2°，EL1K=-5.5°；d中根據(jù)理論公式對J，H，和Ks波段觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合，很好的符合了理論結(jié)果。
通過對天頂角數(shù)據(jù)的計算分析，南極DOME A在J，H，和Ks波段的天光背景強(qiáng)度分別為：600 ~ 1100μJy arc sec?2，1100 and 2600μJy arc sec?2，200~900μJy arc sec?2。對比低緯度高海拔地區(qū)的觀測站（如表1所示），DOME A在Ks波段亮度明顯降低，與南極點(diǎn)（SP）相當(dāng)。這表明DOME A是進(jìn)行Ks波段天文觀測的絕佳地點(diǎn)。
圖2 南極昆侖站紅外天光背景初步觀測結(jié)果
表1 不同站點(diǎn)在天頂角近紅外天光背景亮度比較
本工作獲得中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)培育基金，重要方向培育基金，國家自然科學(xué)基金委的資助。
文章鏈接：Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 521, Issue 4, June 2023, Pages 5624–5635,https://doi.org/10.1093/mnras/stad775
（核探測與核電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、物理學(xué)院、科研部）
