Warum bauen wir ein Teleskop in der Antarktis?

Bitte schauen Sie sich zuerst ein „freudiges“ Video an.

(Videoquelle: Yang Chenwei, China Polar Research Center)

Wir gingen durch knietiefen Schnee zur „Arbeit“, denn unsere Aufgabe bestand darin, das in der Antarktis errichtete Teleskop zu warten.

Warum also bauen wir ein Teleskop am Südpol?

Annäherung an das „für den Menschen unzugängliche Extrem“

Die dünn besiedelte Antarktis ist der südlichste Kontinent der Erde. Die Eisdecke bedeckt die kontinentalen Flüsse und Meere der Antarktis wie ein Hut und lässt nur etwa 5 % der antarktischen Oberfläche frei. Die durchschnittliche Eisdicke beträgt zwei Kilometer und die niedrigste gemessene Temperatur liegt bei etwa -100 °C. Trotz der rauen Naturbedingungen ist das Inlandplateau der Antarktis der beste Ort der Erde zur Sternenbeobachtung, insbesondere Dome A, der höchste Punkt im Inland, der als „für den Menschen unzugänglichster“ gilt (Ma et al. 2020, Nature).

Schematische Darstellung der Antarktis und der chinesischen Antarktis-Forschungsstation

(Bildquelle: Li Zhengyang, Nanjing Institute of Astronomical Optics and Technology, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Dome A liegt auf einer Höhe von 4.100 Metern, mit dünner Luft, einer durchschnittlichen Jahrestemperatur von -56 °C, einer Polarnacht von bis zu 3 Monaten und etwa 90 % klaren Nächten. Es sind genau diese natürlichen Bedingungen aus Kälte, Dunkelheit, Trockenheit und stabiler Luftströmung, die Kuppel A die klarste Sicht für astronomische Beobachtungen am Boden verleihen. Die astronomischen Beobachtungsbedingungen im „Quasi-Weltraum“ sind eine seltene Ressource, die die Entwicklung der antarktischen Astronomie unterstützt. (Hier ist der klarste Sternenhimmel der Erde)

Im Jahr 2009 errichtete mein Land seine erste antarktische Forschungsstation im Landesinneren, die Kunlun-Station in Dome A. Auf Grundlage der Kunlun-Station haben Forschungseinheiten der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und des China Polar Research Center in Zusammenarbeit eine Reihe astronomischer Beobachtungsgeräte entwickelt, darunter das Antarctic Survey Telescope (AST3-2), das zum ersten Mal in der Menschheitsgeschichte eines der optischen Gegenstücke von Gravitationswellen entdeckte.

Astronomische Ausrüstung an der Kunlun-Station in Kuppel A, Antarktis

(Bildquelle: Li Zhengyang, Nanjing Institute of Astronomical Optics and Technology, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Die astronomische Station Zhongshan verbindet die astronomische Beobachtungskette meines Landes in der Antarktis

Die Antarktis ist ein vorteilhafter Ort für „Weltraum- und astronomische Beobachtungen“. Die Entwicklung der antarktischen Astronomie und der Bau erstklassiger astronomischer Beobachtungsgeräte, die unabhängig entwickelt wurden, sind für die astronomische Erforschung und die Erforschung des Weltraums meines Landes von großer Bedeutung.

Das chinesische Polarforschungszentrum, das Nationale Astronomische Observatorium der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und das Nanjing-Institut für Astronomische Optik und Technologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben ein wissenschaftliches Forschungsteam (im Folgenden als Polar Innovation Team bezeichnet) gebildet. Sie planen, auf Grundlage der antarktischen Forschungsstationen meines Landes eine astronomische Beobachtungsverbindung zwischen der Zhongshan-Station, der Taishan-Station und der Kunlun-Station aufzubauen und die systematische Entwicklung astronomischer Beobachtungen in der Antarktis zu fördern.

Die Zhongshan-Station liegt am Rande des antarktischen Kontinents und ist das Tor zum tiefen Inneren der Antarktis. Als wissenschaftliche Forschungsstation mit ganzjährig besetztem Personal bietet die Zhongshan-Station eine solide und verfügbare Basis für den Betrieb und die Wartung der astronomischen Ausrüstung an der Kunlun-Station und liefert darüber hinaus wertvolle Beobachtungs- und Testdaten aus erster Hand in Echtzeit für die unabhängige Forschung und Entwicklung astronomischer Ausrüstung für die Antarktis. Während Chinas 32. wissenschaftlicher Antarktisexpedition wurde auf der Zhongshan-Station das erste astronomische optische Teleskop, das „Antarctic Bright Star Survey Telescope (BSST)“, installiert und Überwinterungsbeobachtungsexperimente durchgeführt.

Das Antarctic Bright Star Survey Telescope erstellt Sternkarten an der Zhongshan-Station

(Bildnachweis: Jiang Peng, China Polar Research Center)

Während Chinas 38. wissenschaftlicher Antarktisexpedition errichtete das Polar-Innovationsteam die erste astronomische Beobachtungsplattform an der Zhongshan-Station in der Antarktis und installierte ein kleines Teleskop-Array aus fünf Röhren, das gleichzeitig astronomische Beobachtungen in vier optischen Bändern und Nahinfrarotbändern durchführen kann. Dieses kleine Teleskop-Array wurde unabhängig vom Polar Innovation Team entwickelt. Der Durchmesser des Einzelrohrs beträgt 150 mm und ermöglicht die Himmelsbeobachtung mit einem großen Sichtfeld. Alle fünf Röhren sind auf einer parallaktischen Montierung mit Direktantrieb montiert, die zeitbereichsbezogene astronomische Beobachtungen von Exoplaneten und die Überwachung der Weltraumumgebung ermöglicht.

Kleines Teleskop-Array der Zhongshan-Station

(Bildquelle: Li Zhengyang, Nanjing Institute of Astronomical Optics and Technology, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Das Antarktis-Teleskop kann auch bei extrem niedrigen Temperaturen „zum Schießen bewegt werden“

Um dem hervorragenden Standort des antarktischen Observatoriums gerecht zu werden, muss die astronomische optische Ausrüstung in der Antarktis eine hochpräzise Verfolgung und Messung beweglicher astronomischer Ziele ermöglichen und genaue Daten wie kontinuierliche Leuchtkraft- und Farbänderungen von Sternen erfassen.

Das kleine Teleskop-Array auf der astronomischen Beobachtungsplattform der Zhongshan-Station umfasst 4 optische Bandteleskope (Einzelrohröffnung 150 mm, Sichtfelddurchmesser 6°) und 1 Nahinfrarot-Beobachtungsteleskop mit 0,9–1,7 Mikron (Öffnung 200 mm, Sichtfeld 7′×5,6′). Die fünf Spiegelrohre sind auf einer parallaktischen Montierung mit Direktantrieb integriert und verfügen über eine Zielgenauigkeit von einer Bogensekunde und eine Nachführgenauigkeit von unter einer Bogensekunde. Sie können Himmelsziele in das Beobachtungsfeld des Teleskops einrasten lassen und hochpräzise photometrische und Farbmessungen durchführen.

Das Antarctic Telescope ist wie das mobile Zielschießen eines Athleten bei den Olympischen Winterspielen. Es muss eine 5 Kilometer entfernte Ein-Yuan-Münze bei extrem niedrigen Temperaturen (-45 Grad Celsius am Bahnhof Zhongshan) und im Test bei Wind, Frost und Schnee stabil treffen, was äußerst schwierig ist.

Yang Chenwei führt im Winter routinemäßige Beobachtungsaufgaben durch

(Bildnachweis: Ji Tuo, China Polar Research Center)

Wissenschaftler, die sich im Winter auf der Zhongshan-Station in der Antarktis aufhalten, führen mithilfe von ferngesteuerten Teleskopen im Innenbereich geordnete Beobachtungen und Fotografien durch. Derzeit funktioniert das Teleskop gut. Künftig sollen große Mengen professioneller Daten nach China zurückgesendet und dort von wissenschaftlichen Forschern systematisch ausgewertet werden.

Fotos der astronomischen Beobachtungsplattform und des Teleskop-Arrays am Bahnhof Zhongshan

(Bildnachweis: Ji Tuo, China Polar Research Center)

In der Antarktis Antworten auf die ultimativen Fragen des Universums finden

Vor Tausenden von Jahren fragte Qu Yuan den Himmel: Wie können wir die Formen von oben und unten untersuchen? Wohin gehören Sonne und Mond und wie sind die Sterne angeordnet?

Tausende Jahre später suchen wir in der Antarktis nach diesen Antworten.

(Videoquelle: @李航_Antarctic)

Mein Land hat in der Antarktis eine Reihe optischer astronomischer Beobachtungsgeräte errichtet, darunter das China Star Small Telescope Array (CSTAR), das Antarctic Sky Survey Telescope (AST3) und das Antarctic Bright Star Survey Telescope (BSST), und herausragende wissenschaftliche Ergebnisse erzielt, wie etwa photometrische Beobachtungen zur optischen Suche nach Gravitationswellen-Gegenstücken (Hu et al., Science Bulletin, 2017, Purple Mountain Observatory, Chinesische Akademie der Wissenschaften) und die Suche nach Exoplanetenkandidaten (Zhang et al., APJs, 2019, Universität Nanjing).

Kleines Teleskop-Array erstellt Sternenkarten an der Zhongshan-Station

(Bildnachweis: Yang Chenwei, China Polar Research Center)

Derzeit hat das Polar-Innovationsteam die erste Charge astronomischer optischer Geräte in der Antarktis stationiert, hauptsächlich Durchmusterungsteleskope mit großem Sichtfeld und kleiner und mittlerer Apertur. Es ist geplant, im Himmelsbereich nahe dem südlichen Himmelspol nach Exoplaneten zu suchen und Experimente zur Multiband-Photometrie und Beobachtung im nahen Infrarotbereich durchzuführen. Durch die Suche und photometrische Beobachtung von Exoplaneten können wir wissenschaftliche Fragen beantworten, beispielsweise ob es im Universum erdähnliche Planeten gibt und ob der Mensch allein ist (Liu et al, AJ 2018).

Quellen:

[1] Ma, B., Shang, Z., Hu, Y. et al. Nächtliche Messungen der astronomischen Sicht am Dome A in der Antarktis. Nature 583, 771–774 (2020).

[2] Hu L. et al. Optische Beobachtungen der LIGO-Quelle GW 170817 durch den AST3-2 am Dome A Antarktis. Science Bulletin 62, 1433-1438 (2017).

[3] Zhang H. et al. Exoplaneten am antarktischen Himmel. I. Die erste Datenveröffentlichung von AST3-II (CHESPA) und neu gefundene Variablen innerhalb der südlichen CVZ von TESS. The Astrophysical Journal Supplement Series 240:16 (32 Seiten) (2019)

[4] Liu HG. Et al. Suche nach dem Transit des erdmassigen Exoplaneten Proxima Centauri b in der Antarktis. The Astronomical Journal 155:11 (10 Seiten) (2018)

Autoreinheit: Nanjing Institute of Astronomical Optics and Technology, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Quelle und Autor: Science Institute, Li Zhengyang

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