巡天遥看一千河

——袁祥岩与南极巡天望远镜团队的故事

［人物档案］ 袁祥岩，潜心默默的“追星人”。她是中国科学院南京天文光学技术研究所党委书记，中国首台南极小望远镜阵CSTAR研制的第一负责人；主持完成科技部973项目子课题——南极大视场巡天望远镜AST3的研制工作，项目获评2012年和2017年“十大天文进展”；带领团队获得2021年中国青年女科学家奖团队奖。

浩瀚苍穹，群星璀璨，奥妙无穷。探索“两暗一黑三起源”（暗物质与暗能量，黑洞和宇宙起源、天体起源和生命起源）这个天文学最前沿也是最古老的科学命题，云集了世界上很多学科的最强大脑，汇集了众多领域的最新科研成果。

六朝古都紫金山下，就有一批默默无闻的“巡天”科研工作者。南京天光所望远镜新技术专家袁祥岩，和她领衔的南极巡天望远镜研制团队，就是其中的佼佼者。他们致力于为天文学家研制探测接收更远、更清晰、适应更苛刻环境的天文观测设备，前不久荣获了第十七届中国青年女科学家奖团队奖。

最有天文观测价值的“制高点”

袁祥岩告诉记者，通俗来说，要想获得好的天文观测效果，望远镜的口径要足够大，安装望远镜的台址要足够好。“难处”与“好处”相得益彰，也相互制约。

南极是进行天文观测的最佳地点。我国南极科考队从1996年开始先后组织开展了6次内陆科学考察，终于在2005年实现人类首次从陆路登顶冰穹A最高点。

从科学考察角度看，南极有四个最有地理价值的点——“极点”“冰点”“磁点”“高点”。前三个点分别由美国、前苏联、法国先期到达，并抢先建立了科考站。由于我们国家率先完成冰穹A和格罗夫山区的考察，中国最终赢得了国际南极事务委员会的同意，在冰穹A建立考察站。这为我国天文学家利用最佳天文观测台址，开展前沿科学研究抢占了“制高点”。

对于光学望远镜来说，对台址第一位的要求是极佳的视宁度（影响天文望远镜观测星像的清晰度）。地基望远镜安装在地面之上，大气湍流造成大气折射率随机起伏，导致平面波经过湍流大气后，望远镜的像质受到大气影响而变差。评价这种影响的指标就是视宁度。经过实测，南极“高点”视宁度是地面上最好的。

而对于地面上亚毫米波、太赫兹望远镜来说，在选择台址上有两个关键的因素：大气透明度和稳定性，这两个因素都受到大气水汽含量和流动性约束。因此，亚毫米波和太赫兹望远镜都安装于大气干燥、海拔高的地点。冰穹A地区的寒冷干燥水汽含量极低的独特条件，正好也符合太赫兹等波度的观测需求。

由此可见，南极冰穹A具备良好的观测条件，并且从4月下旬到8月有近130天的连续黑夜，可以实现长时间连续观测，是安装地基望远镜最好的天文台址。

然而，南极是地球的风极、旱极、寒极、“不可接近之极”。冰雪资源极其丰富，水资源又极其稀缺；极其寒冷，又极容易被紫外线灼伤；空气极其干净，氧气又极其稀薄……总之，利于天文观测，却不利于人员和仪器设备生存。

袁祥岩坦言，如何制造出适应上述极端环境的“巡天望远镜”，再平安运送到目的地，并且能够在无人值守的情况下正常开展科研工作，有一系列科学技术难题需要攻克突破。

最具温度的“全家福”

中国南极昆仑站2009年1月底胜利建成，南极巡天望远镜团队成立于2008年初，人才与技术储备比建设昆仑站“先行”一步。在各友邻单位的精诚协作下，经过一茬又一茬科研人员夜以继日联合攻关，2012年2月中国自主研发的首台AST3-1南极巡天望远镜成功落户昆仑站。袁祥岩说，此望远镜装备有当时世界上最大的单芯片CCD相机，是南极首台无人值守运行、具备指向跟踪和自动调焦等功能的天文光学望远镜，也是南极口径最大的光学望远镜。南极巡天望远镜的安装、调试成功，标志着中国在南极天文科考领域迈上了重要的台阶。

据袁祥岩介绍，研制过程中，望远镜的机电部套和整机需放到-80℃—-60℃的环境下进行南极极端环境的模拟测试。AST3-2望远镜运往南极前，还运到漠河做了低温下的多次拆装和越冬测试，同时和国家天文台数据与运控组等一起做远程控制、无人值守的相关测试。这些测试大多是在艰苦偏远的环境下进行，反反复复测试与拆装，既是对仪器设备的考验，也是团队综合素质的考验。

南极的运输条件不允许把望远镜建好后整体运输到指定地点，必须解体后运输，再重新安装、测试。从南极大陆边缘的中山站到“冰穹A”距离达1260公里，路上要走2到3个星期，每次负责望远镜安装调试的天文科考队员只有2到4人。参加过南极天文科考的温海焜副研究员用“山高路远坑多风险大”，描述南极望远镜的复杂运输路况。一路如同西天取经，假如不幸跌入冰裂隙，一失足便成千古恨，绝无生还可能！

曾经先后两次跟随南极科考队前往昆仑站执行安装、维护巡天望远镜任务的李正阳博士，是这个团队全程参与并见证南极巡天望远镜研制、测试、安装、运维的主力队员。这位“站在南极之巅看星星”的汉子，首次踏入南极圣洁的雪域高原时，被“海天一色无纤尘”所震撼。当随队由中山站向昆仑站内陆挺进时，走到半道，他发现这支队伍好像一个碗里的蚂蚁，怎么也爬不出去。人力的渺小与自然的博大，形成了巨大的心理落差。他讲述与队友杜福嘉副研究员亲手把巡天望远镜安装在冰穹“高点”时，深有感触地说，南极给他留下最深刻的印象不是艰难险阻，而是圆满完成望远镜安装任务，巡天望远镜傲视苍穹之后，留下的一张最具温度的“全家福”照片。照片中，他脱去腥红色防寒服系在腰间，昂首挺胸伫立在冰雪世界，身后鲜艳的五星红旗迎风招展，千言万语都浓缩在这张“全家福”之中。

与李正阳有类似经历的杨世海博士讲述了一个细节：“昆仑站”海拔虽然是4000多米，但氧气含量与内陆海拔5000多米相当。方圆数千公里寸草不生，生成不了氧气。在“千山鸟飞绝，万径人踪灭”的冰雪世界里，研究人员穿着密不透气的防寒服，动一动，流大汗；歇一歇，透心凉。外冷内热，冷热交织，那种错综复杂的心情难以言表。这些仪器设备都比较精贵，有的操作又要特别精细，戴手套不便，不戴手套动作稍慢一点，手就会“粘”在仪器设备上。一不小心，冻伤；稍不注意，紫外线灼伤。“南极的紫外线灼伤，是暖洋洋的感觉，在不知不觉中受伤。在常温下很容易做的事儿，在这儿特别的不方便。天文仪器设备也是同样的道理。”

最高冷的“守望者”

负责巡天望远镜远程控制软件研发的李晓燕博士说，受恶劣环境的制约，到目前为止，昆仑站还没有女性科学家的踪影。但南极巡天望远镜从立项到研制、测试、安装、运维全过程，女性科学家从没缺席。袁祥岩就是这个团队的主心骨，十多年来，说走就走，把所有心血都倾注在这个团队里。

据了解，目前在南极安装维护巡天望远镜的窗口期，只有短短20天左右的时间。每天甚至每小时要完成的任务，在国内都进行过详细安排和反复演练。如果不能在规定时间内完成既定任务，极昼变成极夜，气温断崖式下降，现有装备和技术无法保障昆仑站科考人员安全返回内陆。而南极信号传输主要靠租用国外的铱星卫星，速度慢、价格昂贵，远程控制指导和后期运维是非常不便的。为了在低速率、高费用的通信条件下，全面了解、全程控制望远镜各部件，李晓燕博士在望远镜控制软件设计上煞费苦心，采用了最佳算法，对各个部件状态和控制进行了综合集成，为实现对南极巡天望远镜自主实时控制作出了重要贡献。

袁祥岩很自豪地说，团队大家庭里的每一位成员，围绕着一个共同的目标，团结协作，攻坚克难，没有一个人因为苦累难，甚至有生命危险而退缩！

高冷的南极巡天望远镜，是这个世界上最孤寂的“守望者”。它的背后是一大批甘于奉献、乐于坚守的天文科研工作者，是我们这个时代真正的“追星人”。

在中国南极天文中心的组织下，天文学家利用南极巡天望远镜已成功进行了系外行星和超新星等的连续观测，发现了批量高置信度的系外行星候选体；特别令人振奋的是，AST3-2在2017年首次实现全年的越冬观测，并于8月18日至28日期间探测到了来自GW170817引力波事件的光学对应体信号，使得我国天文学家能够使用自己研制的望远镜参与了这次国际天文盛宴，为引力波源的全球探测提供了重要观测数据。