三登南极冰穹巡天

——记江苏青年五四奖章获得者、中国科学院南京天文光学技术研究所李正阳

2011、2014、2023年，李正阳先后3次登顶南极冰穹A开展天文科学考察。他今年只有37岁，是该学科方向执行南极现场任务屈指可数的科学家。

跨大洋，登南极。千里冰封，万里雪飘，极目人踪灭。从南京到南极，从陆上到海上再到雪上，惊涛骇浪，卧冰爬雪，观天测地，对于大多数人来说，这样的经历即使只有一次，也会终生难忘。而李正阳，有过3次！

南极科考队员的选拔条件苛刻，最基础的条件是：极强的专业素养、灵巧的动手能力、良好的身体素质。三者相辅相成，缺一不可。

在读博士研究生一年级的时候，李正阳经过严苛选拔，入选中国第28次南极科学考察队，负责首台南极巡天望远镜在南极高原最高点的安装和光学调试任务。入选的理由是读研期间，他全程参与了南极光学设备研发，从图纸到样品，从实验室到装配车间，从零部件加工到整机安装调试，全过程全流程各个关键环节琢磨得滚瓜烂熟。他不仅有扎实的理论功底，也展现出了出色的动手实践能力，加之身强力壮，成为担当重任的不二人选。

海拔4087米的昆仑站位于南极内陆冰盖的最高点冰穹A地区。寒冷干燥的气候、清洁稳定的大气、长达3个月的极夜，使得冰穹A地区具有“看星星不眨眼”、大气透过率高等优势，成为地球上光学红外、亚毫米波段独一无二的优越天文观测台址。

历时12年三登南极冰穹的科考历程，李正阳经历了定性评估冰穹A台址优越性、定量测定冰穹A观测条件、投入科学观测设备的全过程。他深谙南极天文观测的珍稀特性，立志要在严酷艰难的环境下投身国家科学考察。

南极科考的最佳时间通常在11月至次年3月，我国科学考察站所在位置会出现极昼现象，一天24小时日不落，温度较适宜。3月一过，由极昼变为极夜，黑灯瞎火，气温断崖式下降，如果不能按时回撤，很难有安全保障。正因为如此，科考队在南极有效科考时间是按天按小时推算的。内陆科考小分队的时间更为紧张，他们到达南极中山站之后，从科考船上卸下物资装备，前往1258公里之外的南极内陆冰盖最高点冰穹A地区的昆仑站（无人常年值守），途中需要20天时间，返程也是20天。如此算来，实际在昆仑站的有效工作时间也只有20天。必需掐着指头算好每一天的工作量，并在出发前按计划进行反复模拟演练，确保高质量完成每项科考任务。

即使如此周密计划，现场情况远比预想的复杂，虽有应急预案，也有意想不到的问题出现，必须当机立断，化险为夷。三次南极科考，李正阳的意外收获有三：

其一，“极昼观星术”：对于天文光学望远镜来说，需要通过观测恒星建立精确坐标系，以达到高精度测量的需要。说得通俗一点，就是要在天上找到星星作为参照物。

普通天文台昼夜分明，通过夜间对星观测，可以为仪器建立准确的基准，而南极天文光学望远镜的调试是在极昼期间开展，需要在短暂的20天工作窗口完成跨专业的调试工作。在极昼天光背景亮、望远镜缺失零位基准的情况下，找到亮星，完成望远镜轴系精度的调整和软件的零位校正没有先例。李正阳为了找星星已经熬了几个通宵，百思难得其解。时间一天一天地过去，安装调试处于停滞状态。卫星电话里，李正阳的后援团队也没想出好办法，希望他再试试，再找找。除夕那天，李正阳抬头看着不落的太阳，突然想到：如果在正东边置中太阳，等到太阳正西的时候，再到正东的天区找亮星，就有了基于太阳指向的坐标系，可以补偿大部分指向的误差。这招果然灵验！2012年1月22日，李正阳在昆仑站首次观测到Canopus（视星等-0.74），实现了首次极昼对恒星的测量，获得夏季视宁度的数据。这是他在南极欢度新春最好的回报。应用这一方法，他完成首台南极巡天望远镜的极昼调整。

基于太阳指向误差校正的白天观星方法，是李正阳的首创。在随后的数次南极内陆考察得到推广应用，获得了泰山站白天视宁度测量、昆仑站白天近红外天光背景测量等关键数据，也得到了中国极地中心、国家天文台同事的一致好评。大家将此命名为：正阳“极昼观星术”。

其二，“流风回雪法”：南极的雪颗粒细微，在流风回旋下无孔不入。南极天文光学望远镜告别了科考队员之后，只能孤独地屹立在南极冰雪之上，将经历-60℃至-80℃的低温，经受各种恶劣风雪的冲击。如何保护光学望远镜不受风雪袭扰，实现无人值守下越冬观测，是个棘手的问题。

从海边的中山站前往昆仑站途中，李正阳驾驶雪地车沿着垂直风向的方向行驶，每天听着风卷残雪呜呜哀鸣，仿佛也摸到了一点“流风回雪”的脾气。看到生活舱密封条后面挤进来、绕过去、落下去的雪包，他陷入沉思。坐在雪陇上观察良久，想到课本上描述的伯努利、文杜里效应，看到雪粒冲击、“衍射”的“波粒二象性”，他仿佛也看到了极夜期间，细微的雪粒钻进望远镜传动链，造成望远镜运行卡顿挣扎的画面。

在维护望远镜运动部件的过程中，李正阳在望远镜传动链的外围建立了主风向的围挡，降低雪粒的初速度；在内圈制造了迷宫式的结构，使带有“波粒二象性”的雪粒溢不进传动链；在细微的接缝处，又做了特别的密封处理。一套“流风回雪”的组合措施，确保望远镜传动轴在极夜环境下正常运转。这套迷宫回旋密封止雪法，记者为其取了一个诗意的名称：李氏“流风回雪法”。

其三，90后的“大师兄”。80后的李正阳2023年第三次参加南极科考，已经是轻车熟路了。除去内陆队长，他是昆仑站20人队伍中登顶最早的队员。这次科考他还有一个另外的身份——内陆科考分队科研班长。

在南极内陆相对封闭的环境下，最有趣的是跟不同性格的队友相处。人在封闭艰苦的环境下，会不自觉地放大性格缺点，有股莫名找茬干架的冲动。“你可以欣赏队友的可爱，也可以苛责他的可恨。不同的人有不同的处理方式，但在无法改变的残酷环境下，苦中作乐比怨天尤人更有效。”李正阳说道。

与年轻队员相比，李正阳对南极现场有更亲切的感受。面对漫天白雪异常兴奋，他有一种“天高任鸟飞”的豪情，可严酷的环境并不能由着性子。带领一群90后新队员，他感受更多的是肩上沉甸甸的责任。如何把他们顺利带到目的地，圆满完成各项科考任务，再把大家安全带回国，这根弦始终绷得紧紧的。

李正阳不仅无私地分享科考经验教训，也时时处处为年轻队员作表率，善于发现队员的优势特长，把大家紧密地团结在一起。他说，内陆科考是“共产主义”生活，所有生活物资既是共享共用的，又是十分有限的。每个队员都要时时处处替他人着想。经过艰苦环境的历练，他从年轻队员身上看到的更多是希望，他们状态好、热情高、学习能力强，完全可以堪当大任。两三个月的朝夕相处，他被这群90后亲切地称为“大师兄”。

首次科考，在冰穹A完成南极巡天望远镜AST3-1光学系统安装与准直，提出极昼观星方法在白天完成极轴精确调整，“首台南极巡天望远镜完成研制，并成功安装在冰穹A”入选2011年度十大天文科技进展。

第二次科考，完成南极巡天望远镜AST3-2光学系统安装与准直，解决了无人值守指向校正技术，“中国南极巡天望远镜团队追踪探测到引力波事件首例光学信号”入选2017年度十大天文科技进展；“中国南极巡天望远镜AST3首次批量发现太阳系外行星候选体”入选2019年度十大天文科技进展。

第三次科考，主持研发的昆仑站近红外望远镜在冰穹A成功运行，应用自主研发的耐低温光学镜筒、全密封直接驱动电机等关键工艺，显著提升了设备的环境适应能力，测定了昆仑站全天区的近红外天光背景等关键数据。

除了南极科考任务，李正阳还承担着大量的国家科研任务。经过十多年的历练，他已成长为国家级团队“极区空间碎片监测与应用创新团队”领军人物，先后荣获江苏青年五四奖章、“江苏工匠”、中国科学院优秀党员、中国优秀南极科考队员等荣誉称号。