中國科學(xué)家在南極冰穹A首次成功觀測“亞毫米波之光”

現(xiàn)代快報(bào)訊（記者 是鐘寅）冰穹A是南極內(nèi)陸冰蓋海拔最高的地區(qū)，氣候條件極端惡劣，被稱為“不可接近之極”。然而，中國科學(xué)家每年都會來到這里，因?yàn)檫@里也是國際天文界公認(rèn)的天文觀測最好場所之一。中國科學(xué)院紫金山天文臺牽頭報(bào)道了南極冰穹A首次成功開展亞毫米波天文科學(xué)觀測的研究結(jié)果。1月7日，成果在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》。

亞毫米波的波長介于0.1到1毫米之間，其間隱藏著可見光和近紅外觀測中完全“看不見”的宇宙秘密，如星際塵埃的舞動、分子氣體的分布、恒星的誕生與成長等。傳統(tǒng)的可見光望遠(yuǎn)鏡難以穿透宇宙間的塵埃，而亞毫米波觀測不僅能揭示星系形成與演化的規(guī)律，還能追蹤生命相關(guān)分子的起源線索，對于研究恒星與行星的孕育將起到重要作用。

本次研究發(fā)現(xiàn)，大質(zhì)量恒星反饋影響星際介質(zhì)碳循環(huán)過程的觀測證據(jù)。碳在其三種主要相態(tài)——電離態(tài)、原子態(tài)和分子態(tài)之間的循環(huán)，是影響星際介質(zhì)化學(xué)組成與物理性質(zhì)的核心過程，亞毫米波譜線觀測是解密這一星際碳循環(huán)過程的關(guān)鍵。然而，因受地球大氣對亞毫米波信號強(qiáng)烈吸收影響，全球僅有少數(shù)極端干燥、低溫的區(qū)域具備相應(yīng)的亞毫米波觀測條件。

專家介紹，南極冰穹A被公認(rèn)為是最具潛力的亞毫米波天文觀測臺址，但卻一直未能實(shí)現(xiàn)真正意義上的亞毫米波科學(xué)“首光”。中國科學(xué)院紫金山天文臺牽頭在中國第41次南極考察中，利用自主研制的60厘米南極太赫茲探路者望遠(yuǎn)鏡（ATE-60），在南極冰穹A實(shí)現(xiàn)了首次亞毫米波天文科學(xué)觀測。

科研團(tuán)隊(duì)通過亞毫米波一氧化碳分子譜線和碳原子譜線的觀測，首次系統(tǒng)描繪了兩個(gè)典型大質(zhì)量恒星形成區(qū) RCW 79和RCW 120中碳元素三種主要相態(tài)的空間分布特征。結(jié)果表明，高消光區(qū)域內(nèi)的C?/CO豐度比顯著高于一般區(qū)域的典型值。

這一現(xiàn)象可能源于大質(zhì)量恒星所產(chǎn)生的強(qiáng)輻射場穿透團(tuán)塊狀的星際介質(zhì)，有效離解了其中的CO分子，從而提升了中性碳的相對豐度。該發(fā)現(xiàn)為理解大質(zhì)量恒星反饋過程重塑其周圍星際介質(zhì)的物理與化學(xué)結(jié)構(gòu)提供了關(guān)鍵的觀測證據(jù)。

本次觀測不僅驗(yàn)證了我國全自主研制的亞毫米波觀測設(shè)備在極端環(huán)境中執(zhí)行科學(xué)任務(wù)的能力，標(biāo)志著我國南極亞毫米波天文觀測邁出關(guān)鍵一步，也展現(xiàn)了南極冰穹A不可替代的亞毫米波天文觀測優(yōu)勢，對理解星際介質(zhì)的碳循環(huán)過程具有重要科學(xué)意義，為未來南極亞毫米波天文望遠(yuǎn)鏡的建設(shè)奠定了技術(shù)與科學(xué)基礎(chǔ)。

中國科學(xué)院紫金山天文臺研究員龔?和副研究員鐘家強(qiáng)為論文的共同第一作者，研究員李婧為論文的通訊作者，國內(nèi)外多家研究單位參與合作研究。該工作得到中國科學(xué)院B類先導(dǎo)專項(xiàng)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等支持。

（紫金山天文臺供圖）