近日，中國科學技術大學近代物理系“核探測與核電子學國家重點實驗室”王堅研究員團隊聯合中國極地研究中心天文學研究室完成了面向南極觀測的近紅外天光背景測量儀，并首次獲得了南極昆侖站J, H, Ks波段夜空天光背景數據，相關成果以“Sky-brightness measurements in J, H, and Ks bands at DOME A with NISBM and early results “為題發表在天文學知名雜志英國皇家天文學月報（MNRAS）上。

南極高原被認為有潛力成為地球上進行紅外到亞毫米觀測的最佳地點，結合高海拔、低水汽含量、低溫等特點，創造了地面其他地方無法比擬的觀測條件,但是始終缺乏對該地區近紅外天光背景的觀測數據。在紅外波段的天光背景輻射強度很大程度上限制著紅外望遠鏡及其他觀測設備的一些重要性能，如巡天深度、能夠觀測的極限星等、天文成像系統曝光時間等。臺站的近紅外背景輻射平均強度和變化參數等是評估一個候選臺址是否適合建設相應設備的重要參考依據。

針對南極DOME A的極低溫度、高海拔、低氣壓（昆侖站極夜情況下平均溫度-60度，最低溫度-86度，海拔4087米，氣壓為0.5個大氣壓）、電力困難等極端條件，王堅團隊借助InGaAs探測器在J，H，Ks波段的探測優勢，以及不需要深度制冷的特點，進行了光學，低噪聲讀出電子學，結構和電控，自動觀測等方面針對性的設計，于2018年完成了面向南極觀測的近紅外天光背景測量儀（NISBM for Dome A），并在Ks波段設備上實現實時黑體定標技術以保證數據的可靠性。設備于2018年11月隨“雪龍”號科考船前往南極，并于2019年1月23日在南極昆侖站安裝成功并投入運行，如圖1所示。

圖1 南極昆侖站NISBM安裝與運行

團隊針對NISBMfor Dome A獲得初步南極觀測數據，進行了仔細細致的分析。分析結果如圖2所示，a中展示了DOME A白晝到極夜過渡過程中，Ks波段在-80°~100°觀測角度上原始天光背景強度的時域變化情況；b中分析了J，H，和Ks波段天頂角（90°）天光背景強度與太陽高度角隨時間變化的關聯性；c中解析了J，H，和Ks波段進入黑夜時太陽高度角的差異性，即：當太陽高度角降低到某個特定拐點后，該波段的天光背景強度將不再受太陽影響，J，H，和Ks的拐點分別為：EL_1J=-7.8°，EL_1H=-6.2°，EL_1K=-5.5°；d中根據理論公式對J，H，和Ks波段觀測數據進行了擬合，很好的符合了理論結果。

通過對天頂角數據的計算分析，南極DOME A在J，H，和Ks波段的天光背景強度分別為：600 ~ 1100μJy arc sec^?2，1100 and 2600μJy arc sec^?2，200~900μJy arc sec^?2。對比低緯度高海拔地區的觀測站（如表1所示），DOME A在Ks波段亮度明顯降低，與南極點（SP）相當。這表明DOME A是進行Ks波段天文觀測的絕佳地點。

圖2 南極昆侖站紅外天光背景初步觀測結果

表1 不同站點在天頂角近紅外天光背景亮度比較

本工作獲得中國科學技術大學創新團隊培育基金，重要方向培育基金，國家自然科學基金委的資助。

文章鏈接：Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 521, Issue 4, June 2023, Pages 5624–5635,https://doi.org/10.1093/mnras/stad775

（核探測與核電子學國家重點實驗室、物理學院、科研部）