南极冰穹A，被誉为“地球上最接近太空的地方”。这里常年极寒、空气干燥，所以是观测宇宙的天然“窗口”。
2026年1月7日，在一篇发表于《科学进展》的研究中，中国科学院紫金山天文台牵头的科研团队报道了，他们在南极冰穹A捕捉到了来自遥远宇宙的微弱信号，点亮了南极冰穹A亚毫米波天文学观测的“第一束光”。
不仅如此，他们还揭示了一段跨越恒星与星际空间的“碳之旅”，为人类理解恒星如何塑造宇宙环境、碳元素如何在星际空间中“漂流与重生”，提供了重要的观测视角。
什么是亚毫米波天文学？
亚毫米波，是介于微波和红外线之间的一段“神秘波段”。它的波长比毫米波更短，通常指波长在0.1-1毫米（约300GHz-3THz）的电磁波范围。虽然名字听起来陌生，但它却是天文学家窥探“冷宇宙”的一把关键钥匙。
然而，想要利用亚毫米波观测宇宙，难度远超想象。而最大的“拦路虎”其实就在我们的头顶——地球大气。大气对亚毫米波具有极强的吸收能力，使得原本就极其微弱的天体信号在到达地面前被大幅削弱。而在所有大气成分中，水汽是最关键、也是最主要的吸收介质。
为了量化水汽对观测的影响，科学家引入了一个重要指标：大气可降水量（PWV），它表示大气中的所有水汽被“压扁”后所形成的水的厚度。PWV越小，说明大气越干燥，亚毫米波也就越容易穿透。
大气透过率随频率的变化规律。
在不同PWV条件下，大气透过率随频率变化显著。以南京这样的城市为例，其年平均可沉降水汽通常超过20毫米，在这种条件下，亚毫米波几乎被完全吸收——这意味着，无论望远镜做得多大、多先进，都无法从地面获得有科学意义的亚毫米波天文信号。
正因如此，亚毫米波天文学对观测台址提出了近乎苛刻的要求：极端干燥、极高海拔、极其稳定的大气条件。放眼全球，真正满足这些条件的地点屈指可数，而南极冰穹A就是其中之一。
困难重重的极地探索
南极冰穹A，海拔4093米，年平均温度约-58摄氏度，是南极大陆最高、最寒冷的区域之一，拥有极端干燥、超低温度和稀薄空气等一系列近乎苛刻的自然条件。正是这些“反人类”的环境特征，使它成为亚毫米波天文学的理想之地——大气中的水汽被压缩到极低水平，大幅削弱了对亚毫米波的吸收。
尽管南极冰穹A是“观测天堂”，但也是人类最难抵达的地方之一。终年严寒、极低气压、无人生存的环境，使得任何科学活动都面临巨大挑战。直到2005年，中国极地科考队才首次成功抵达南极冰穹A，人类才真正踏上这片“地球之巅”的冰原。而要在南极冰穹A这样几乎与世隔绝的极端环境中开展亚毫米波天文观测，科研人员面临着诸多挑战。
首先，一个非常现实的问题是：电从哪里来、仪器能不能长期稳定工作。为此，紫金山天文台自主研制了低功耗超导接收机，这种接收机在极低能耗条件下仍能保持极高灵敏度，使得即便依赖有限的柴油发电和简易供电系统，也能够开展真正有科学价值的亚毫米波观测。
其次，在南极冰穹A，没有常驻人员、没有随时可用的维护条件，任何一次尝试都意味着科研人员必须亲赴极地，在极寒、低氧和高度孤立的环境中完成设备安装、调试与运行。正因如此，天文学家们前赴后继，主动加入中国南极科考远征队，将天文观测真正带上这片冰原。
南极科考。
在第39次、第40次和第41次中国南极内陆科学考察中，紫金山天文台先后派科研人员随内陆队昆仑站队奔赴南极冰穹A。他们分别携带南极太赫兹探路者30厘米望远镜（ATE30）和60厘米望远镜（ATE60），在极端环境下完成了望远镜的部署、调试与观测运行。正是这些一次次“人随设备走”的远征式努力，最终让亚毫米波天文观测在南极冰穹A从设想变为现实。
紫金山天文台自主研发的设备——ATE30和ATE60。
那么，在最新的研究中，ATE60究竟看到了什么？答案是——碳。
宇宙中的碳循环
在宇宙的元素家族中，碳的地位极其特殊。它是宇宙中第四丰富的元素，仅次于氢、氦和氧；更重要的是，所有已知的生命形式，都是建立在碳的骨架之上。可以说，理解碳在宇宙中的命运，就是在追溯“生命原材料”的起源之路。
在广袤的星际空间中，碳并不是以单一形态存在的，主要以三种物理形态出现：电离碳（C⁺），原子碳（C⁰），分子碳——最常见的载体是——氧化碳分子（CO）。
这三种形态并非静止不变，而是在恒星辐射、化学反应、宇宙线等作用下不断“变身”。比如，在恒星强烈的紫外辐射照射下，碳原子会被高能光子“击中”，失去电子，化身为电离碳C⁺，即光致电离；当远离辐射源、环境逐渐安静下来时，碳又会通过电子复合和化学反应，重新“找回”电子，变成中性原子碳C⁰。
光致电离。
而在被尘埃和气体层层遮蔽、光线难以抵达的分子云深处，碳则进一步与氧结合，生长为相对稳定的一氧化碳分子CO。不过，这种稳定并非一成不变——一旦暴露在紫外光下，CO分子同样可能被光子打断化学键，重新离解成原子态，即光致离解。
光致离解。
就这样，宇宙中不同的环境仿佛一只无形却有力的手，持续推动着C⁺、C⁰和CO之间的相互转化，编织出一条循环往复的“宇宙碳的奇幻漂流”。
碳的主要三种形态，会不断“变身”。
要真正追踪碳的这三种形态，天文学家并不依赖我们熟悉的可见光，而是转向亚毫米波谱线观测。正是这些不同状态的碳元素在亚毫米波波段发出的“独特指纹”，科研人员才能像拼拼图一样，将它们在星际空间中的位置逐一还原，绘制出电离碳、原子碳和分子碳在分子云及其周围的立体分布图。
大质量恒星的反馈回响
在最新的研究中，科研团队把目光投向了两个典型的触发式大质量恒星形成区——RCW 79和RCW 120。
背景三色图：1.3GHz射电连续谱辐射（红色）、8微米（绿色）和24微米红外辐射 （蓝色）。黄色等高线：ATE60 CO(4-3)@461GHz。青色等高线：ATE60 [CI](³P₁-³P₀)@493GHz。（图/龚龑 等）
大质量恒星就像宇宙中的“发动机”。它们一生短暂却能量惊人，通过强烈的辐射、恒星风，甚至最终的超新星爆发，不断向周围空间“注入能量”。这种被称为恒星反馈的过程，一方面可以压缩周围气体，触发新一代恒星的诞生；另一方面又可能吹散分子云，抑制恒星形成。
正是在这种“既创造、又破坏”的双重作用下，星际云的结构被重塑，元素在不同形态间循环，星系得以长期、有序地演化。可以说，没有大质量恒星的反馈，宇宙将失去驱动变化的关键动力。
而RCW 79和RCW 120堪称大质量恒星反馈作用最直观、最迷人的展示之一。科研团队对这两个恒星形成区开展了系统而深入的亚毫米波观测，并把目光锁定在两条“关键信号”上：一条是460GHz的一氧化碳转动谱线，用来描绘分子气体的主体分布；另一条是492GHz的中性碳原子精细结构线，用来追踪原子的 “碳痕迹”；同时，研究还结合了电离碳的档案观测数据，补全了碳循环中缺失的一环。
观测结果显示，在高消光区域——也就是可见光几乎被尘埃完全遮蔽的地方，C⁰相对于CO的含量显著升高。这表明，大质量恒星释放的紫外辐射正在持续作用于周围的分子气体，将原本稳定的CO分子光致离解，从而改变了星际介质的化学组成。
深入分子云内部的紫外光
这一观测结果引出了一个关键问题：紫外光究竟能在多大程度上深入高度遮蔽的分子云内部？
一种常见的解释认为，如果光致离解区的分子气体在空间中近似均匀分布，那么在高消光区域，紫外光子会被尘埃和气体有效吸收，难以向内传播，光致离解过程自然应当十分有限。
而另一种同样被广泛讨论的观点则认为，光致离解区并非连续致密，而是由团块状的分子气体构成。在这种结构下，分子云更像是一块“多孔的海绵”：致密的气体团块之间夹杂着低密度通道。恒星产生的紫外光子，正是沿着这些通道深入原本高度遮蔽的区域，依然能够高效地离解CO，生成中性的碳原子，从而导致原子碳含量的显著增加。
南极冰穹A的观测结果，正为这种团块状光致离解区模型提供了有力的观测支持。它表明，恒星的辐射影响可以比想象中走得更远，也更深入，持续重塑分子云的结构与化学组成。这一发现不仅加深了我们对恒星如何反过来塑造其“出生地”的理解，也为描绘宇宙中不断运转的碳循环图景，提供了一个关键而直观的观测切入点。
冰与火之歌
这项成果不仅是一项重要的科学成果，也标志着我国在极端环境天文观测和亚毫米波关键技术研发方面取得了重要进步。
在极寒之地，亚毫米波之火正悄然燃起；在浩瀚宇宙中，碳的奇幻漂流，仍在继续。
#创作团队：
撰文：龚龑、钟家强等
#参考来源：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aea9433
https://www.science.org/content/article/chinese-telescope-antarctica-probes-uncharted-heavenly-radiation
https://phys.org/news/2026-01-antarctic-submillimeter-telescope-enables-view.html#google_vignette
#图片来源：
封面图/首图：龚龑 等
插图：龚龑（图片由AI制作）
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