南极昆仑站的满天星辰

　　在先前的文章中，我们介绍了两台昆仑视宁度望远镜KL-DIMM，测得了南极冰穹A地区优异的视宁度，证明了昆仑站有最佳的天文观测条件。

　　两兄弟取得的成绩获得了肯定，其成果也于2020年7月29日被《自然》杂志刊登，得到大家的广泛关注。同时，也有读者留言，希望能看见南极的满天星辰。我们今天就来满足大家的愿望，带大家一起欣赏南极的璀璨星空。

图1. 南极中山站地区的星空（图源：李航；转载自APOD）

　　上图是南极中山站越冬队员拍摄并合成的银河和极光。可惜的是，由于昆仑站地理位置特殊，条件非常艰苦，目前还无法越冬。南极内陆科考队员们只能在夏季极昼的时间前往昆仑站进行作业，因此无法人工拍摄到昆仑站的夜空。

　　但是不用担心，我们有一位特别的小帮手，即使在南极冬天的极夜里也能拍摄到星空。这就是我们今天的主角，南极昆仑云量极光监测仪KLCAM（KunLun Cloud and Aurora Monitor）。

图2. 上：KLCAM在实验室的照片；下：KLCAM拍摄到的昆仑站全天夜星空，银河和大小麦哲伦星云清晰可见，右侧地平线上绿色和红色的是极光（图源：杨栩）

　　KLCAM是全天相机，由国家天文台研制，全身被包裹在金属的底座和半圆形球壳内，造型像一个小的望远镜圆顶。在它的内部集成了一台ARM架构计算机、一台单反相机、以及一个鱼眼镜头。研究者们为KLCAM打造了独特而复杂的保温设计，使它可以在昆仑站零下80度的低温下保证正常工作。KLCAM于2017年1月我国第33次南极科考期间安装在昆仑站之后，一直稳定的自动工作，经历了完整的南极严冬，直到2018年5月断电为止，兢兢业业地在岗位上守护了17个月份。

图3. KLCAM于南极极夜拍摄到的夜星空动画（图源：杨栩）

　　通过鱼眼镜头，KLCAM可以拍摄到地平线之上360度全天的照片，将昆仑站的夜星空尽收眼底。有别于地面上其他天文台站，南极昆仑站在南纬80度内，比较接近地球自转轴（南极点）。因此在地球自转的时候，头顶能观测到的星空看上去就像是在“原地打转”。而也正因为高纬度，昆仑站在南极的冬季有漫长的极夜，可以让望远镜有超长的连续黑夜时间对星空进行不间断的观测。

图4. 上：极昼时KLCAM拍摄到的天空，太阳在地平线上绕转，底部可以看到AST3望远镜的运动；下：KLCAM拍摄到的南极天空昼夜交替，太阳在地平线上下来回交替（图源：杨栩）

　　然而光有夜间时间是不够的，天文学家还需要考虑到夜间的“可用时间”，即晴夜时间。细心的读者可能已经发现了，在KLCAM拍摄到的图像中，可以看到有云的移动和极光的穿插。这就是KLCAM要研究的内容。正如它的名字“昆仑云量极光监测仪”一样，KLCAM通过监测昆仑站的云量和极光来判断昆仑站夜间的可用观测时间。

　　由于在天文观测中，极光可以通过用特殊设计的滤光片来进行过滤，减少或消除其影响，因此对晴夜时间的主要判断标准即是云量。目前，通过2017年KLCAM的夜间数据，我们先用人眼识别的半定量办法，统计获得了昆仑站的晴夜时间超过了83%，优于地面上的大多数台站。

　　不过，以上结果仅是一年夜间观测的结果。天文台址的测量需要长期稳定的监测来得到可靠的结论。因此，我们也派出了第二和第三台KLCAM，它们已随我国第35次南极科考队在2019年1月安装在了昆仑站，继续进行着对昆仑站天空的监测。除了进行长期的监测之外，天文学家们也可以根据KLCAM拍摄到的实时画面，来确定昆仑站当前的天气情况，为望远镜提供观测帮助。

图5. 昆仑站现场的两台KLCAM（图源：商朝晖）

　　在今后的日子里，KLCAM将会继续为大家守望着昆仑站的天空，不仅带给我们璀璨的星空图片，也能继续做天文研究的好帮手。

　　作者简介：杨栩，中国科学院国家天文台天体物理学博士研究生，主要从事时域天文、南极天文等领域的研究。