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)驗室”王堅研究員團隊聯(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(guān)測的近紅外天光背景測量?jì)x，并首次獲得了南極昆侖站J, H, Ks波段夜空天光背景數據，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。

南極高原被認為有潛力成為地球上進(jìn)行紅外到亞毫米觀(guān)測的最佳地點(diǎn)，結合高海拔、低水汽含量、低溫等特點(diǎn)，創(chuàng )造了地面其他地方無(wú)法比擬的觀(guān)測條件,但是始終缺乏對該地區近紅外天光背景的觀(guān)測數據。在紅外波段的天光背景輻射強度很大程度上限制著(zhù)紅外望遠鏡及其他觀(guān)測設備的一些重要性能，如巡天深度、能夠觀(guān)測的極限星等、天文成像系統曝光時(shí)間等。臺站的近紅外背景輻射平均強度和變化參數等是評估一個(gè)候選臺址是否適合建設相應設備的重要參考依據。

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(gè)大氣壓）、電力困難等極端條件，王堅團隊借助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)，結構和電控，自動(dòng)觀(guān)測等方面針對性的設計，于2018年完成了面向南極觀(guān)測的近紅外天光背景測量?jì)x（NISBM for Dome A），并在Ks波段設備上實(shí)現實(shí)時(shí)黑體定標技術(shù)以保證數據的可靠性。設備于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行，如圖1所示。

圖1 南極昆侖站NISBM安裝與運行

團隊針對NISBMfor Dome A獲得初步南極觀(guān)測數據，進(jìn)行了仔細細致的分析。分析結果如圖2所示，a中展示了DOME A白晝到極夜過(guò)渡過(guò)程中，Ks波段在-80°~100°觀(guān)測角度上原始天光背景強度的時(shí)域變化情況；b中分析了J，H，和Ks波段天頂角（90°）天光背景強度與太陽(yáng)高度角隨時(shí)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(shí)太陽(yáng)高度角的差異性，即：當太陽(yáng)高度角降低到某個(gè)特定拐點(diǎn)后，該波段的天光背景強度將不再受太陽(yáng)影響，J，H，和Ks的拐點(diǎn)分別為：EL_1J=-7.8°，EL_1H=-6.2°，EL_1K=-5.5°；d中根據理論公式對J，H，和Ks波段觀(guān)測數據進(jìn)行了擬合，很好的符合了理論結果。

通過(guò)對天頂角數據的計算分析，南極DOME A在J，H，和Ks波段的天光背景強度分別為：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的觀(guān)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。這表明DOME A是進(jìn)行Ks波段天文觀(guān)測的絕佳地點(diǎn)。

圖2 南極昆侖站紅外天光背景初步觀(guān)測結果

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 )新團隊培育基金，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)驗室、物理學(xué)院、科研部）