近日，我院近代物理系“核探测与核电子学国家重点实验室”王坚研究员团队联合中国极地研究中心天文学研究室完成了面向南极观测的近红外天光背景测量仪，并首次获得了南极昆仑站J, H, Ks波段夜空天光背景数据，相关成果以“Sky-brightness measurements in J, H, and Ks bands at DOME A with NISBM and early results “为题发表在天文学知名杂志英国皇家天文学月报（MNRAS）上。
南极高原被认为有潜力成为地球上进行红外到亚毫米观测的最佳地点，结合高海拔、低水汽含量、低温等特点，创造了地面其他地方无法比拟的观测条件,但是始终缺乏对该地区近红外天光背景的观测数据。在红外波段的天光背景辐射强度很大程度上限制着红外望远镜及其他观测设备的一些重要性能，如巡天深度、能够观测的极限星等、天文成像系统曝光时间等。台站的近红外背景辐射平均强度和变化参数等是评估一个候选台址是否适合建设相应设备的重要参考依据。
针对南极DOME A的极低温度、高海拔、低气压（昆仑站极夜情况下平均温度-60度，最低温度-86度，海拔4087米，气压为0.5个大气压）、电力困难等极端条件，王坚团队借助InGaAs探测器在J，H，Ks波段的探测优势，以及不需要深度制冷的特点，进行了光学，低噪声读出电子学，结构和电控，自动观测等方面针对性的设计，于2018年完成了面向南极观测的近红外天光背景测量仪（NISBM for Dome A），并在Ks波段设备上实现实时黑体定标技术以保证数据的可靠性。设备于2018年11月随“雪龙”号科考船前往南极，并于2019年1月23日在南极昆仑站安装成功并投入运行，如图1所示。
图1 南极昆仑站NISBM安装与运行
团队针对NISBMfor Dome A获得初步南极观测数据，进行了仔细细致的分析。分析结果如图2所示，a中展示了DOME A白昼到极夜过渡过程中，Ks波段在-80°~100°观测角度上原始天光背景强度的时域变化情况；b中分析了J，H，和Ks波段天顶角（90°）天光背景强度与太阳高度角随时间变化的关联性；c中解析了J，H，和Ks波段进入黑夜时太阳高度角的差异性，即：当太阳高度角降低到某个特定拐点后，该波段的天光背景强度将不再受太阳影响，J，H，和Ks的拐点分别为：EL1J=-7.8°，EL1H=-6.2°，EL1K=-5.5°；d中根据理论公式对J，H，和Ks波段观测数据进行了拟合，很好的符合了理论结果。
通过对天顶角数据的计算分析，南极DOME A在J，H，和Ks波段的天光背景强度分别为：600 ~ 1100μJy arc sec−2，1100 and 2600μJy arc sec−2，200~900μJy arc sec−2。对比低纬度高海拔地区的观测站（如表1所示），DOME A在Ks波段亮度明显降低，与南极点（SP）相当。这表明DOME A是进行Ks波段天文观测的绝佳地点。
图2 南极昆仑站红外天光背景初步观测结果
表1 不同站点在天顶角近红外天光背景亮度比较
本工作获得中国科学技术大学创新团队培育基金，重要方向培育基金，国家自然科学基金委的资助。
文章链接：Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 521, Issue 4, June 2023, Pages 5624–5635,https://doi.org/10.1093/mnras/stad775
（核探测与核电子学国家重点实验室、物理学院、科研部）