去南極探索「冷暗」宇宙

中國科學院紫金山天文台和美國哈佛-史密松天體物理中心等科學家聯合研究發現，位於南極洲的冰穹A（Dome A）具有在地球上測量太赫茲輻射的最佳條件，而太赫茲輻射是探索「冷暗」宇宙的主要方法。這一成果在線發表於12月13日出版的學術期刊《自然-天文學》創刊號。

項目的主要完成人、中國科學院紫金山天文台研究員史生才介紹，中國科學家正在努力，希望未來五年能夠在Dome A建立一台直徑為5米的太赫茲天文望遠鏡和一台直徑為2.5米的紅外光學望遠鏡。

探索「冷暗」宇宙的利器

早期對宇宙的認識是「熱」的，但近來的研究表明，更多的秘密隱藏在「冷暗」宇宙，如宇宙中的冷塵埃和氣體中。美國哈佛-史密松天體物理中心張其洲博士說：「比如它們攜帶著恆星和星系形成最初階段的信息。」

測量宇宙特高頻（人們常用手機頻率的1000倍以上）輻射，也就是太赫茲輻射，是研究「冷暗」宇宙的主要方法。但因為地球受到大氣，特別是其中水蒸氣的包裹，太赫茲輻射無法穿透重重保護，科學家很難在地球上開展太赫茲輻射的觀測。張其洲說：「對天文觀測而言，這是一個比較難以在地面開展觀測的波段。之前歐洲太空局與美國國家航空航天局曾經聯合發射直徑為3.8米的Herschel太空太赫茲望遠鏡，但目前已經停止工作了。」張其洲介紹，這台太赫茲望遠鏡曾立下赫赫戰功，「比如發現彗星上冰的成分與地球上海洋水的成分非常相似，這或許能夠解釋地球水的來源」。

Dome A或將成為太赫茲天文觀測的「聖地」

史生才說，與太空望遠鏡相比，地面太赫茲望遠鏡可以做得更大、更靈活，也更便宜。「經過幾年的努力，我們終於發現Dome A提供了一個絕無僅有的、在地球上開展太赫茲天文學觀測的機會。」

2010年1月到2011年8月，史生才團隊在Dome A連續進行了19個月的大氣觀測。史生才說：「我們並不是常駐在南極，而是採用遠程控制的方法，用傅立葉變換光譜儀進行自動觀測。這種光譜儀對太赫茲輻射尤其敏感。」

經過對海量數據的分析，研究團隊找出了適合太赫茲觀測的窗口時間。「我們發現Dome A地區的天空保持極端乾燥狀態的時間比其他太赫茲天文學觀測點長，使之成為全年觀測太赫茲頻段輻射的最佳地點。」史生才說，「我們都知道，智利、美國的夏威夷都是地球上進行天文觀測的『聖地』，Dome A很可能成為太赫茲天文觀測的『聖地』。」

同時，這一研究也在影響全球氣候變化的大氣輻射特性方面取得了新進展。「我們取得的成果不止於此，我們在南極極端低溫下對水蒸氣吸收譜進行了測量，這些數據為大氣熱輻射模型提供了新的約束條件，對於建立更精確的大氣輻射模型、進而研究全球氣候變化有非常重要的意義。」

史生才表示，接下來將繼續對數據進行分析，「我們相信將有更多新發現」。（記者 齊芳）

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