国际天文学正步入黄金时代。未来5至10年，一批先进的大型天文设备投入运行，将极大推动对宇宙根本问题的研究，并可能在暗物质等领域实现重大突破。出席日前在京举行的以“南极冰穹A的天文学和物理学”为主题的第371次香山科学会议的专家指出，在南极冰穹A建设天文台对中国乃至世界天文学发展具有重大意义，将推动中国天文学研究快速步入国际前沿。

独一无二的宝地

会议执行主席、中国科学院紫金山天文台研究员杨戟介绍，天文学核心竞争力源自观测手段的先进性。当今国际天文观测趋势是追求大视场、高灵敏度、高分辨率和全波段覆盖，高性能设备需安放在优良台址。例如，美国夏威夷和智利高原的天文台是国际重点建设的优良台址，或花费更大代价将望远镜送入太空。而南极冰穹A拥有独一无二的观测优势，已成为国家天文发展重点关注的宝地。中国南极科考队最先到达冰穹A，使中国拥有优先建立天文观测站的机会。

中国科学院南京天文光学技术研究所研究员崔向群介绍，南极内陆高原的优势包括：极好的自由大气视宁度，南极之外任何台址无可比拟；近地层高度低；水气含量低，红外背景辐射少，特别适合红外和亚毫米波天文学；大气透过率高；等晕角大，相干时间长，是光干涉和自适应光学的理想场所；风速小、地震少，利于简化望远镜设计、降低造价；空气干燥、尘埃少，减少镀膜次数，提高光学观测效率。

南极内陆冰穹高原是公认的地球上优秀天文台址，已吸引多国科学家开展研究。目前国际南极内陆天文项目包括：美国在南极点建成10米毫米波/亚毫米波望远镜SPT并开始观测；法国和意大利在冰穹C建成2.6米毫米波望远镜COCHISE，并建造80厘米红外成像望远镜IRAIT等；日本在冰穹F建造40厘米红外望远镜和30厘米太赫兹望远镜等。

与会专家指出，在南极冰穹A开展中国南极天文研究，不仅可通过国际合作引进先进设备和技术，更重要的是发展自主创新的尖端技术，建造自主研制的一流天文观测设备，对中国航天、通讯和深空探测具有重要意义。发展南极天文是21世纪中国天文学和物理学的重大机遇，中国南极天文台的建成将为中国在天文学、基础与高能物理学等领域达到国际领先地位提供重大机遇。

提供全新科学发现

宇宙的第一缕曙光何时出现？暗物质和暗能量的实质是什么？生命如何起源？进入21世纪，这些天文学和物理学的核心问题成为研究热点。中科院紫金山天文台研究员王立帆在评述报告中指出，南极天文台的核心科学目标概括为“2暗、1黑、3起源”，即暗能量、暗物质、黑洞、宇宙起源、天体起源和生命起源，解决其中任何一个问题都将导致物理学和天文学的革命。

王立帆说，未来5至10年南极天文的独特科学机遇包括：深度光学巡天，利用弱引力透镜效应和超新星巡天等手段揭示暗能量和暗物质性质；深度红外和太赫兹巡天，展现尚未探测到的早期高红移天体和宇宙；高精度测光，利用微引力透镜搜寻地外行星，探索地外生命起源；高时间分辨率时域天文学，研究各种周期光变和瞬变天体；太赫兹地面新观测窗口，提供全新科学发现。

王立帆介绍，南极冬季为需长时间观测的时域天文学提供独特机遇。以超新星为例，超新星宇宙学依赖长时间对固定天区的深度曝光。目前超新星数据远未实现其宇宙学参数功能。建设南极天文台将在不同红移波段实现超新星发现和多波段长期监测。计划中的巡天将在几个天区发现约1万个超新星，有助于直接探索宇宙第一代恒星的形成和演化。

与会专家还认为，南极天文台建设具有重要战略意义，如可在南极冰穹A开展空间碎片监测预警，与北半球形成完整全天空覆盖；带动太赫兹、红外成像等尖端技术，促进耐低温大口径望远镜、海量数据传输与处理技术等高技术发展。

特殊的技术挑战

与会专家认为，南极天文台建设面临诸多特殊技术挑战。崔向群说，南极内陆高寒缺氧、不易接近的环境给光学/红外望远镜的研制、安装和运行带来挑战。其特殊环境和不宜居住，使建造望远镜的难度介于地面天文台和空间台之间，包括大镜面除霜、镜面镀膜、电路系统温控和可靠性、望远镜全自动遥控等。

除设备研制和极端环境外，科学数据分析也面临挑战。南极冰穹A规划中的光学近红外2.5米望远镜计划实现大视场高分辨率多色巡天，像素达数十亿，数据预计超过10亿兆字节。实时监测成像质量、自动探测超新星等变源、巡天完成后处理海量数据、生成高质量星表并进一步分析，整个数据处理和分析过程都是必须面对的挑战。

与会专家希望5年内建立永久天文观测平台，建造2.5米光学红外望远镜和5米太赫兹望远镜，开展多项前沿天文研究，完成南极天文台初期建设。该台建设目标是：具备准空间探测性能，天文观测设备可无人值守、全自动现场运行，能远距离远程操控和调度控制，数据现场存储并部分实时传回。展望未来，10至15年内，建立以重大科学目标为核心的天文台，配备6至8米光学红外望远镜和15米太赫兹望远镜。“中国南极天文台初期的建成将使中国在天文学、基础科学与高能物理学等相关领域达到国际先进水平。”杨戟说。