地基大型光学望远镜的成像质量从根本上受制于大气湍流。为了满足下一代极大望远镜对湍流精细化参数的迫切需求，并优化自适应光学系统的设计，获取高分辨率的大气湍流垂直分层廓线至关重要。然而，传统的廓线探测仪器往往需要专门定制设备、造价高昂，且难以在基建尚不完善的偏远候选台址进行灵活部署。

多星湍流监测仪（MTM）技术在2019年由Paul Hickson提出，其核心思想是通过记录宽视场内多颗恒星在短曝光图像中的相对运动，提取不同角距离星对的差分像运动方差，再利用马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）算法反演出大气湍流的垂直分布。然而，该技术自提出以来，尚未在实际复杂大气环境下，特别是在基于商用小型便携望远镜的平台上完成系统性的实验论证。近期，中国科学院云南天文台无名山观测站联合培养的硕士研究生黄炜森、正高级工程师宋腾飞等人在《皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, MNRAS）正式发表了题为“Atmospheric turbulence profiling with the Multistar Turbulence Monitor”的研究成果。该工作由中山大学与云南天文台联合培养的硕士研究生黄炜森（论文第一作者）及其两位导师中山大学马斌副教授与云南天文台宋腾飞正高级工程师（共同通讯作者）主导，联合加拿大英属哥伦比亚大学（UBC）Paul Hickson教授（MTM技术原创提出者）、中国科学院国家天文台商朝晖研究员等，充分体现了跨机构、跨国界的紧密科研合作。研究团队首次完成了MTM技术从离散化数学建模、全链路数值模拟、自动化数据管线开发到夜间外场实测的完整闭环验证，全面确立了该技术在实际台址监测中的可靠性。

在四川稻城无名山观测站开展的实地观测中，研究团队同时部署了两种配置不同的商用便携式望远镜系统（大视场RASA 11系统与高分辨率C925 HD系统），并与差分像运动监测仪（DIMM）进行了同步交叉对比。

图 1：MTM系统测量的整层大气视宁度与标准DIMM设备的同步对比验证

图中展示了三套设备在同一夜晚同步测量的大气视宁度时间序列。黑点代表作为基准的 DIMM 测量值；蓝色和红色折线分别代表由大视场系统（RASA 11）和高分辨率系统（C925 HD）反演得到的结果。可以明显看出，两种截然不同硬件配置的 MTM 系统，其测量结果均紧密围绕在基准设备周围，成功复现了大气湍流的整体演化趋势。

图 2：稻城台址夜间大气湍流垂直分布的时空演化特征

图为通过连续反演得到的大气折射率结构常数伪彩图。横坐标为观测时间，纵坐标为对数尺度的垂直高度。颜色的冷暖映射了湍流强度的量级：暖色区域（橙/红）代表强烈的湍流扰动，主要集中在 200 米以下的地面边界层；冷色区域（深蓝）代表相对宁静的自由大气层。图像直观展现了大气层结的剧烈瞬态演化与显著的垂直分层特征。

图 3：稻城台址典型夜间的统计学大气湍流垂直廓线

基于多夜观测数据的统计分析清晰刻画了该台址的大气物理特征：在随高度急剧衰减的强地面层之上，系统稳定捕捉到了海拔8-10公里附近由副热带高空急流风切变诱发的次级湍流增强。这一高空微细结构的成功解析与宏观气象学风场模型高度一致，充分展现了该系统出色的垂直分辨能力。

该研究工作通过严谨的数值模拟和外场实测，证明了MTM技术是一种具备高普适性、低成本且高精度的通用型观测方法。这为我国下一代大型光学/红外望远镜的台址勘选、长期气象与湍流廓线监测，提供了一种具有实际工程应用价值的技术方案。

该研究获得了国家自然科学基金以及加拿大自然科学与工程研究委员会（NSERC）等项目的资助。

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