封底照片说明

2014年2月8日，在南极大陆广袤的雪域，在位于东南内陆的伊丽莎白公主地区，一座外形酷似中国传统红灯笼的建筑伫立在南极白色的冰盖上，显得十分的耀眼。这就是我国继长城站、中山站、昆仑站之后的第4个南极科学考察站——泰山站。该站是南极内陆度夏站，于2013年年底开工，总面积1000m2，内部设施完善，可提供20人生活居住。考察站还设计有飞机跑道，设计使用寿命15年。     

常规气象参数估算南极泰山站近地面大气光学湍流强度

选择最好的天文台址放置大口径望远镜一直是天文学家追求的目标.天文台址的选择与近地面层湍流强度大小以及随高度递减的快慢密切相关.与中纬度最好的天文台站相比,南极大陆具有极低的红外天空背景辐射、极低的可降水含量、极低的气溶胶和尘埃颗粒物含量、非常小的光污染、晴天日数多,无疑成为下一代大型光学/红外天文望远镜在地球上寻找地基站址的理想场所.本文建立了光学湍流强度估算方法,第一次对南极泰山站近地面大气光学湍流强度进行估算.模式输入的气象参数是2013年12月30日至2014年2月10日移动式大气参数测量系统在南极泰山站测量的数据,折射率结构常数C_n~2的估算结果与温度脉动仪实测的C_n~2进行了比较,并对估算方法进行了敏感性分析.测量结果和分析表明:南极内陆近地面C_n~2具有明显的日变化特征,夜晚C_n~2达2×10~(-14)m~(-2/3),比白天强,日出和日落时刻附近出现最小值.C_n~2的模式估算和实验测量的比对表明了模式用来估算南极近地面C_n~2的可行性.C_n~2的模式估算和测量差异最大值往往出现在日出和日落时刻附近.由于南极内陆大气大部分时间处于稳定状态,选用不同的结构常数函数估算的C_n~2值差别不大,0.5 m,2.0 m两高度温差测量精度是影响C_n~2估算值的主要因素.     

从"太空屋"到Neumayer-Ⅲ南极站

 到2008年德国一座新型Neumayer-Ⅲ南极站将投入运行,不排除将采用最先进工艺建造这座南极站的可能性,该工艺最初由欧洲航天局在"太空屋"(SpaceHouse)计划范围内研制。专门从事极地和海洋研究的阿尔弗勒德·韦格纳研究所(德国不来梅港)在2001年提出在南极建造"太空屋"的设想.     

中国南极昆仑站天文台

<正>南极,位于地球最南端,也叫"第七大陆",是人类最后到达的大陆。这里无定居居民,仅有一些来自于其他大陆国家的科学考察人员。根据1961年6月通过的《国际南极条约》规定,南极不属于任何一个国家,它属于全人类,只用于和平目的。早在新中国成立之初,以竺可桢为代表的一批著名科学家就呼吁,中国应当开展极地科学考察,中华人民共和国于1983年正式加入《国际南极条约》,并从此开始了中国南极科学考察之旅。     

南极光学望远镜的氧化铟锡薄膜多相交流电除霜方法

在极地环境(如南极Dome A)中的光学系统,氧化铟锡(ITO)薄膜加热除霜有突出的优势。简述了ITO薄膜除霜原理,指出了目前采用的直流电、点状电极的加热设计存在局部过冷、电极过热、整体加热不均的情况,影响成像质量与除霜效果。给出了加热除霜效果的评估指标,提出了多相交流电、线状电极的新设计,并采用"主路径"分析法进行论证。然后以南极巡天望远镜(AST)为背景,对500 mm口径镜面进行有限元模拟,在等功率条件下,对各加热设计进行评估。使用红外热像仪测量实际镜面:采用新设计后,镜面温度均方差降低了81.65%,峰谷值降低了76.31%。实验结果表明:新设计大幅提高了加热除霜的均匀性和效率,改善了视宁度,有望应用于南极光学望远镜工程中。     

“冰立方”:南极冰层下的巨型中微子望远镜

<正>南极冰立方中微子天文台(IceCube Neutrino Observatory,简称为"冰立方"IceCube)是由美国国家自然科学基金会资助的,正在南极冰下建设的     

南极红外巡天望远镜红外背景辐射抑制方法

南极Dome A被认为是地球上最为优秀的天文测光、观测台址,尤其在红外波段。为了充分利用Dome A的独特天文观测优势条件以及满足系外行星观测需求和为我国未来南极更大口径望远镜的研制提供经验,提出建造1m可见/红外巡天望远镜。通过掩星法探测系外行星,至少需要万分之五的测光精度,必须很好地抑制或降低系统光机结构的自身辐射。以南极1m可见/红外巡天望远镜为例,进行南极红外望远镜杂散光抑制方法方面的探讨。由于该望远镜采用一次直接成像光学系统,光学结构简单,但无法设置冷光阑,红外背景辐射抑制效率较低。在光学系统设计上把次镜设置为孔径光阑进行优化设计,再详细介绍主镜遮光罩,次镜遮光罩,以及杜瓦瓶内冷光栏的独特设计,通过模拟仿真,自身辐射在像面上的辐照度为6.8×10-10 W/m2,为天空背景辐射在像面上的照度五分之一以下,满足天文观测三分之一要求。     

南极往事——中国科学院物理研究所“我国南极科学考察事业回顾与展望”主题讨论侧记

正"为了你在乎的东西值得冒险"。——《南极大冒险》南极,白雪皑皑的神秘王国,冰封千里的冰雪世界,探险家们梦寐以求的圣地。作为地球上最寒冷的冰雪天险,人类涉足南极的历史不过一百余年。随着人们对南极大陆了解的深入,人们逐渐发现南极地区是地球上具有独特地理环境、     

Physics World选出2013年度的10项突破性进展

<正>Physics World选出2013年度的10项突破性进展,名列第一的是"冰立方南极中微子观测站"首次对高能宇宙中微子进行的观测。受到强烈推荐的还有其他9项,覆盖了从核物理到纳米技术领域。1宇宙中微子观测为了探测宇宙中微子,研究人员在南极的冰下很深的地方建立了巨大的探测器。在那样遥远而恶劣的环境中,冰立方南极中微子观测站的人员克服了各种困难,发现了来自远离太阳系的极高能量的中微子。探测中微子是极其困难的,冰立方使用体积为1立方公里的巨大     

浮空飞行器极地科学探测

1.极地的主要特点传统意义上的“极地”是指地球的两极,即南极和北极。南极地区以南极洲为中心,周围濒临太平洋、大西洋、印度洋三大洋;北极地区以北冰洋为中心,周围濒临亚洲、欧洲、北美洲三大洲。广义的极地还包括青藏高原,被认为是地球的第三极。极地地区气候严寒,是地球的冷源和全球变化的驱动器,尤其是南极,乃是地球上至今未被开发、未被污染的洁净大陆,蕴藏着无数的科学之谜和信息。     

DomeA冰盖获取全球信息的驱动力

 地球的南北两极,是全球变化的驱动器,是全球气候变化的冷源,也是人类居住的地球与外界联系的重要窗口。尤其是南极,是地球上至今未被开发、未被污染的洁净大陆,那里蕴藏着无数的科学之谜和信息。在全球变化,特别是全球气候变化研究中,起着不可替代的关键作用。对南极科考是当前各国争相进行的热点课题。在南极,尤其是在DomeA冰盖中蕴藏着无数科学之谜和全球气候、环境变化的信息,这些信息是如何由地球的不同地区汇聚到DomeA冰盖的?下面就从DomeA冰盖的地理特征、大气的壳层结构和大气环流等方面进行简要介绍。     

南极大型天文望远镜主镜膜层防霜方法

我国将在南极建设2.5m光学红外望远镜KDUST,为了解决镜面结霜问题,提出了氧化铟锡(ITO)薄膜加热的防霜方法。利用该方法,密封透射结构的南极巡天望远镜(AST)已经成功地应用于南极冰穹A。讨论了ITO薄膜集成于反射膜系用于防霜的可行性、防霜反射镜的制备工艺以及防霜反射镜在不同加热功率下的面形变化情况。实验结果表明,集成了ITO薄膜的反射镜具有防霜功能且对镜面面形的影响较小,有望应用于南极大型反射式望远镜系统中。     

冰雪奇境——中国科学院物理研究所“南极探秘”主题讨论侧记

<正>人间若有天堂,应该是南极的模样。——毕淑敏2018年12月17日晚,由科技部引智司、中国科学院科学传播局、北京科学技术委员会支持,中国科学院物理研究所承办的第33期科学咖啡馆活动在物理所M楼咖啡厅举行。活动邀请的是未来学院院长、少年极先锋极地科考活动组委会主任丁琛先生。他有着15次极地考察     

南极乔治王岛上一些植物的同步辐射X射线荧光分析

用同步辐射X射线荧光分析方法,在无标准样品的条件下,对南极乔治王岛苔藓、藻类及地衣植物的元素吸收和分布规律及特点进行了研究.发现不同植物种类对元素的吸收能力不同;同一种植物中不同器官的分布也不同,这十分有助于了解利用植物对南极环境检测的能力,并对其进行初步筛选.     

基于加权乘代数算法分析全球平流层臭氧垂直分布差异

全球气候变化与南极臭氧空洞的形成促使人们关注大气臭氧含量的变化.臭氧通常通过天底卫星实现全球连续观测,进而获得全球柱浓度,但随着对臭氧的深入研究,全球臭氧分层观测问题也随之出现.本文将加权乘代数算法与辐射传输模型SCIATRAN相结合,采用2011年Chappuis-Wulf波段的SCIAMACHY临边辐射数据,反演出15—40 km高度之间的平流层臭氧廓线,解决了全球臭氧分层观测问题.在全球臭氧分层图中,观测到全球臭氧传输从低纬度地区的形成上升到中高纬度地区的消耗下降的整个过程,这与布鲁尔-多布森环流直接相关.在9—10月南极臭氧空洞最严重时期,南极极地环流对臭氧传输的阻碍作用明显,极地环流出现“透明墙”效果.一方面赤道臭氧难以传输至南极地区进行补充,另一方面南极地区上空存在的臭氧消耗物质滞留导致臭氧消耗加速,低补充和高消耗共同造成南极臭氧空洞.全球臭氧分层观测为全球臭氧研究提供了新的视角,将会促进人们对臭氧形成、传输以及消耗过程的研究.     

ANITA观测到另一个逆向类宇宙射线事件

正高能宇宙射线粒子不断地轰击地球。当其中某个粒子与大气层中的分子发生碰撞时,产生级联的次级粒子,统称为宇宙射线大气簇射。但这并不是高能粒子与地球相互作用的唯一方式。2006年12月28日,南极脉冲瞬态天线(ANITA)探测到一种"向上的"空气簇射——一股从南极冰面喷发出来的高能粒子。研究团队如今报道了发生在2014年12月12日的第2个这样的事件。     

天行见物理之一 太初有道

<正>In principio erat Verbum (Logos)......太初有道……——《新约·约翰福音》受命而王汉元封七年(公元前104年),对帝国的最高统治者汉武帝来说,这一年貌似乏善可陈:凿空西域、北逐匈奴、南兼夷越、东并朝鲜、封禅泰山……煌煌功业,俱为往昔荣光。要去远征大宛的贰师将军李广     

微波背景辐射谱和宇宙的结构

 2000年公布了宇宙学领域中的一项重大观测结果,这就是Ｂｏｏｍｅｒａｎｇ和Ｍａｘｉｍａ两实验组利用毫米段微波望远镜较准确地测得了宇宙微波背景辐射(ＣＭＢＲ)功率谱,特别是其第一峰。微波望远镜是一个由液氦三超低温冷却并由氮化硅微网吸收器组合的阵列辐射仪,被吊挂在巨型探测气球之下。以Ｂｏｏｍｅｒａｎｇ组为例,气球于1998年底在38千米高空沿南纬80度线绕南极一圈巡航了10天,多遍扫描了占全天空3%的南极天区,经漫长的数据处理后,直到2000年4月才公布了部分数据的处理结论。2001年,两实验组又有更精确的观测数据问世。1964年被首次观测到的ＣＭＢ     

南极海洋芳香烃低温降解微生物的拉曼光谱分析

激光镊子拉曼光谱技术可以实现在自然状态下对单个细胞或细胞器较长时间的观察研究.应用激光镊子拉曼光谱技术实时观察南极微生物低温降解芳香烃过程中单个南极细菌的细胞生长和胞内生物大分子的动态变化过程,收集、分析其拉曼光谱,结果发现:单细胞的拉曼光谱反映了其细胞内部的生命物质组成,南极动球菌 NJ41 和希瓦氏菌 NJ49 生...     

南极DomeA冰盖的科研价值

 DomeA冰盖,是南极冰盖的最高处,海拔4100～4300m,是承载着地球历史的信息库,也是各国科学家南极考察的一个研究热点。为什么DomeA冰盖中能反映丰富的历史信息呢?它又是如何形成的呢?DomeA冰盖研究具有哪些科学价值呢?大气壳层结构是形成大气环流的物质基础我们知道地球大气层自下而上可以分为5个壳层,即对流层、平流层、中间层、热成层、与散逸层。其中对流层和平流层对DomeA冰盖中丰富信息形成起着决定性的作用。对流层在温带地区高度约10～12km;赤道处约16～18km;两极约8～9km。