近日，中山大学和国家天文台合作团队基于南极红外双筒望远镜（Antarctic Infrared Binocular Telescope，AIRBT）的近红外观测数据，发布了J波段图像以及1.4微米波段（W′波段）的早期数据。这是首次发布的南极红外夜天文图像。研究团队通过定制的1.34-1.48微米滤光片，充分利用了南极Dome A台址极度干燥的观测条件，突破了常规地面台址受大气水汽干扰而无法观测该波段的限制，开辟了地面新的观测窗口。
本次发布早期数据选取了3个观测夜的高质量数据进行发布，覆盖南天银道面周围约20平方度。研究验证了W′波段数据对于研究恒星水汽吸收特征的潜力，为大规模搜寻超冷恒星及研究其水汽吸收特征提供了新的方案，并为地面望远镜开展1.4微米科学观测提供了技术验证与应用前景。
南极红外双筒望远镜（Antarctic Infrared Binocular Telescope，AIRBT）位于南极昆仑站冰穹A（Dome A），由两台口径15厘米、焦比f/3的镜筒组成，分别配备两台相同的铟镓砷（InGaAs）相机并搭载不同的滤光片，可实现视场为1.22°×0.97°的近红外双色同步观测。该望远镜于2023年1月由国家天文台商朝晖研究员、冯麓研究员安装于南极Dome A的DIMM的8米高塔架上，替换一台DIMM并利用其赤道仪开展观测；2024年初由国家天文台孙士杰副研究员进行了维护升级；2025年初，中山大学马斌副教授将其中一台望远镜上的H滤光片替换为定制的W′滤光片，开始在J和W′波段开展双波段观测。
图1：南极Dome A的8米高天文望远镜塔架。右侧是AIRBT，左侧是KL-DIMM。
超冷恒星（M6及更晚型）大气中的水汽会在其光谱的1.4微米附近形成显著的吸收带，因此该波段观测对于研究超冷恒星大气中的水汽具有重要意义。然而，地球大气中的水汽同样会强烈吸收这一波段的光线，使得常规地面台址难以开展1.4微米天文观测。
而南极Dome A台址极为干燥，其大气可降水量（PWV）中值仅为0.14 mm，使其在1.4微米附近的大气透过率显著高于常规地面台址，为开展地基1.4微米观测提供了宝贵机会。研究团队利用定制的1.4微米滤光片（W′），并与J波段展开联合观测，选取了3个观测夜的数据进行处理并发布早期数据，以测试南极Dome A台址的观测条件，并验证W′波段观测的潜力（图1）。
图2：南极Dome A台址（蓝，PWV中值 = 0.141 mm）与夏威夷Mauna Kea台址（灰，PWV中值 = 1.6 mm）的大气透过率，及AIRBT、2MASS的滤光片响应曲线。
研究团队利用 J-W′ 与 J-H 颜色-颜色图对观测样本进行分析（图2），发现红端区域的部分样本位于主序关系线的下方，表现出显著的1.4微米流量吸收特征，这与超冷恒星大气中的水汽吸收密切相关，已知光谱型的样本分布也证实了这一点。这表明了该颜色判据在批量筛选超冷恒星候选体中的有效性，且该方法不受星际红化的影响。
图3：J-W′vsJ-H颜色-颜色图。彩色点为已知光谱型的样本，黑色点为未知光谱型的样本。直线下方的样本表现出了水汽吸收特征，且其中已知光谱型的目标主要为晚型星。
此外，通过比较不同观测夜之间的亮度变化，研究团队发现部分天体在W′波段表现出比J波段更强的光变幅度（图3），而对连续谱，波长越长，光变越小。这表明W′波段额外的光变来自恒星大气中水汽吸收强度的变化。
图4：样本在3天数据中J波段与W′波段星等变化关系。彩色点为已知光谱型的样本，黑色点为未知光谱型的样本。
研究团队还利用了3个观测夜的数据对南极Dome A的观测条件稳定性进行了检验，结果表明J波段与W′波段的仪器星等在3个观测夜之间的变化均小于0.05等，表明南极Dome A台址具有优异且高度稳定的观测条件。
未来，研究团队将对2025年的全部观测数据进行系统处理，并结合更高精度的光度定标和图像叠加进一步提高探测深度。基于此，团队将结合W′波段的时域观测展开更深入的科学研究。此外，合同团队还计划于南极Dome A部署一台口径40厘米的望远镜，以提升观测能力。
相关成果近期在The Astronomical Journal上发表，题为“Antarctic Infrared Binocular Telescope: Early Data Release of observations in the 1.4 μm water-vapor-absorption band”(https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ae3de2)。论文第一作者为中山大学博士生林浦，通讯作者为中山大学马斌副教授。国家天文台相关数据已在国家天文科学数据中心NADC发布（doi.org/10.12149/101737）。
AIRBT的运行基于中澳合作的能源和通讯设施PLATO-A的支撑。特别感谢中国第39次、40次和41次南极科学考察对项目的支持和帮助。
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