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南极那俩“兄弟”已经告诉我们南极的冰穹A（Dome A）是目前地球上最佳天文观测台址（详见第八期推文）。今年也已经是我国第37次南极科考，南极已不再“难及”。那问题来了，我们为什么不在南极多放几台望远镜呢？这一期我们来聊聊南极望远镜究竟“难”在哪？

1、超低温

南极大陆的年平均气温为-25℃，观测到的历史最低气温是1983年7月于俄罗斯东方站测得的-89.2℃。即便是位于南极大陆边缘的中山站年平均气温也在-9.9℃，最低气温也达到了-43.3℃。位于内陆的泰山站和昆仑站海拔高，温度也就相对越低。而我们的望远镜又恰恰运行在环境最恶劣的昆仑站极夜之中。

2017年南极昆仑站部分月份环境温度

电子元器件等级划分温度区间如下：

商业级：0℃~+70℃

工业级：-40℃~+85℃

汽车工业级：-40℃～125℃

军品级：-55℃~+150℃

航天级：-55℃～+150℃

也就是说即便是航天级别的电子元器件也不能百分之百保证能扛过南极的超低温，那望远镜的可靠性就无从保障了。尽管在望远镜建造之初会有温控设计，但部分器件还需自身“抗”过漫长极夜。望远镜是一套精密的光机电复杂设备，集成了多种电机、传感器、输电线、信号线等，所以低温是望远镜平稳运行的几大“杀手”之一。

在-80℃温度下测试的电机（改良前）

2、暴风雪

大家可能有所不知，全球上90%的冰雪都在南极，假如南极的冰雪全部融化，则会导致全球的海平面上升60米。难以想象吧！在南极只有夏季和冬季两个季节，即便是在夏季，温度也是在0度以下，所以南极基本不会下雨。

也有人称南极是一片沙漠，What？没有沙子也敢叫沙漠？咳咳，知识点来了。其实，沙漠分好多种，我们常说的沙漠是像撒哈拉沙漠这种热沙漠，而南北极则是一种被称为冷沙漠的沙漠。

既然南极基本全被冰雪覆盖，温度又极低，在我们的认知当中想必常年下雪吧。实则也不然，反倒南极下雪的概率也不大，更多的则是地吹雪。

这又是为什么呢？

因为雪的形成有两个必要条件：气温够低+湿度够大。南极气温条件是满足了，但恰恰是气温太太太太太低了，导致南极是十分干燥的。

所以我们看到的南极白化天气，确实是雪，但都是地吹雪造成的。

2017年南极昆仑站部分月份风速

南极的暴风雪

位于南极昆仑站的巡天望远镜AST3-2

位于南极昆仑站的CSTAR

可想而知，需要转动的望远镜被糊上满满的冰雪是一种什么感受。所以，暴风雪也是我们望远镜在南极平稳运行面临的重大威胁之一。

3、强紫外线

南极地区紫外线辐射强的主要原因是臭氧层的破坏，而臭氧层的主要是受人类排放的氟氯烃的破坏。臭氧层位于平流层，而南极地区气候寒冷导致对流不显著，使得平流层比地球其他地区更接近地面，也最先受到氟氯烃的破坏。这也是导致南极紫外线比其它地方高的主要原因。

1979、1987、2006和2011年南极臭氧层空洞变化

南极地区臭氧层变化

紫外线从多方面影响着人类的健康，导致晒斑、眼病、皮肤病等，严重的还能导致皮肤癌。同样的，强紫外线也会威胁仪器设备的“健康”，大大降低其“寿命”。

4、无人值守

尽管南极已不再“难及”，但也没有容易到做个高铁就能到达那样近便。我国南极的中山站是有人值守的越冬科考站，但内陆由于极端的恶劣环境加之缺乏相应的基础设施，目前还不能越冬。望远镜又是运行在视宁度最好的昆仑站，所以一旦我们的望远镜出现异常情况，只能等待来年科考队增援。南极望远镜的可靠性研究和健康管理以及远程故障诊断及自愈技术就显得尤为重要，目前我国科研人员在这方面已有相关研究。国家自然科学基金也已连续对相关研究进行了资助。

例如，镜面结霜问题是高寒地区天文光学仪器工作所面临的一个必须克服的难题。虽然南极冰穹A是全球水汽最低的地区，但是其相对湿度却常常达到饱和状态，镜面比环境温度低时，将会结霜。镜面上凝结的冰霜不仅降低了膜层的使用寿命还严重影响到望远镜的科学观测。因此，防霜、除霜问题变得非常重要。中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所通过CSTAR望远镜项目首次成功使用了天文望远镜ITO膜层防霜技术。目前，该技术也应用在了南极巡天望远镜AST3上。该技术也先后取得了中国及美国的发明专利，为后续南极望远镜建设提供了技术支持。

南京天光所研制的ITO防霜导电膜层

超低温、暴风雪和强紫外线等恶劣环境加大了望远镜现场安装调试的难度，加之配套设施不齐全同样使大口径望远镜的安装雪上加霜。尽管如此，南极天文的发展最近些年也已经取得了丰硕的成果。我相信，我国的南极天文事业也会越来越好。

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参考资料：

[1] Ma B, Shang Z, Hu Y, et al. Night-time measurements of astronomical seeing at Dome A in Antarctica [J]. 2020，Nature.

[2] 高龙. 南极中山站天气气候和环境概述[J]. 陕西气象, 2009, 000(005):42-44.

[3]南京天光所官网http://www.niaot.ac.cn/xwzx/tpxw/202009/t20200916_5698510.html

[4]为什么南极不怎么下雪？南极是世界上最大的沙漠啊https://www.sohu.com/a/216427611_689623

[5] 柳磊, 吴雪峰. 中国南极昆仑站天文台[J]. 现代物理知识, 2014, 026(005):60-64.

[6] 张唯诚. 南极天文学的"中国篇章"[J]. 百科知识, 2013, 02(2):11-11.

[7] 刘强, 商朝晖. 中国南极天文发展[J]. 大学科普, 2012, 006(004):44-45.

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