比手机频率高出1000倍的宇宙辐射能量,是怎样的存在?

作者: 史生才

来源: 科学大院

发布日期: 2017-01-03

本文介绍了太赫兹及远红外频段的特性及其在天文学研究中的重要性,特别是南极冰穹A作为理想的观测台址,因其极低的大气可降水量,为太赫兹和远红外天文观测提供了独一无二的条件。

你听说过太赫兹吗?你能想象到比手机信号的频率高出1000倍是什么概念吗?这么高的频率波段究竟有什么用呢?

太赫兹及远红外频段位于毫米波与光波之间,频率约从0.3至15THz,是手机频率的1000倍以上,是天文学有待全面研究的“新”电磁谱段。这一谱段集中了宇宙近一半的光子能量,是正在形成阶段的冷暗天体的辐射、早期遥远天体发光被星际尘埃吸收后的辐射功率谱的峰值所在谱段,也是大量的星际分子转动谱线与原子精细结构谱线集中的谱段。

然而,地球大气中的水蒸气会强烈吸收太赫兹及远红外电磁辐射,导致地球上绝大部分区域在这一电磁谱段均不透明,因此地球上大部分地区都无法实现该频段的常规天文观测。为建设更大口径太赫兹望远镜,实现更高空间分辨率及更长周期观测,天文学家一直渴望在地球上找寻一处适合太赫兹和远红外观测的“高冷”之地。

南极冰穹A是南极内陆冰盖距海岸线最遥远、海拔最高的一个冰穹,且气温极低,被称为“不可接近之极”。2005年,中国科考队实现人类历史上第一次问鼎冰穹A,2009年在那里建成了我国第一个南极内陆科考站——昆仑站。冰穹A具有“准空间”的天文观测条件,被国际天文界广泛预测为建设地面天文望远镜的最佳台址。

实现太赫兹远红外天文观测对台址的要求非常苛刻,其中一个非常关键的气象指标叫大气可降水量。全球PWV的平均值大约是25mm,而南极冰穹A冬季典型的PWV为约100微米,仅为ALMA台址Chajnantor冬季典型值的五分之一。中国南极天文台建成后,将开辟地球上独一无二的太赫兹波段天文观测窗口。

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