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  • 看得深 看得廣 看得精!巡天空間望遠鏡將這樣揭示宇宙演化奧秘

    發布時間: 2022-07-19 14:52首頁:星沙新聞網 > 國內 >

      伴隨著中國空間站的建造,與其共軌飛行的巡天空間望遠鏡的研制也正在緊張有序推進,預計在中國空間站建成后發射升空,將成為探索星辰大海的旗艦級空間天文設施。

      日前,美國國家航空航天局公布了韋伯空間望遠鏡拍攝的首批全彩色照片,涵蓋深空星系團等天文學前沿領域。哈勃望遠鏡在軌運行30多年,也發回了大量宇宙深空的照片。和哈勃、韋伯相比,我國的巡天空間望遠鏡又有哪些特點呢?

      哈勃空間望遠鏡運行在約560公里高的近地軌道,主鏡口徑為2.4米,覆蓋近紫外到短波紅外。在軌30多年,其研究工作遠遠超出原有的科學目標,取得了一系列豐碩成果。

      日前公布首批全彩色照片的韋伯望遠鏡,則運行在距地球150萬公里的日-地第二拉格朗日點,主鏡口徑為6.5米,由18面六邊形的鏡面拼接而成,覆蓋可見光到中紅外波段,主要目標是搜尋宇宙大爆炸之后的第一代恒星和星系,研究星系的形成、演化等。

      我國的空間巡天望遠鏡發射升空后,將運行在約400公里高的近地軌道,主鏡口徑為2米,重點開展近紫外-可見光-近紅外波段的巡天觀測。

      中科院長春光機所研究員 巡天光學設施總體主任設計師 徐抒巖:這個空間巡天望遠鏡的特點,就是看得深、看得廣、看得精。同等深度和精度基礎上,它的廣度是哈勃望遠鏡的300倍以上。同等條件下,哈勃望遠鏡能看到1顆星,我們的空間巡天望遠鏡可以看到300顆星。

      據介紹,哈勃望遠鏡相機的探測器有手掌般大小,而中國空間站望遠鏡巡天模塊的主焦面由30塊探測器拼接而成,每一塊都比哈勃的探測器大。其中18塊探測器上設置有不同的濾光片,可以獲得宇宙天體在不同波段的彩色圖像;另外12塊探測器則用于無縫光譜觀測,平均每次曝光可以獲得至少上千個天體的光譜信息。運行后,它將成為太空中像元規模最大的天文相機。

      從研制到測試 兩米口徑望遠鏡困難重重

      作為中國天文學屆最先進也是最昂貴的空間天文設施,光學巡天望遠鏡將有助于解答宇宙中很多最基本的問題。那么,這臺望遠鏡的研制,又面臨哪些難題和挑戰呢?

      中科院長春光機所研究員 巡天光學設施總體主任設計師 徐抒巖:首先,兩米口徑的光學望遠鏡是我們國家首次運行于空間,這在世界上也是非常少見的。第二方面,我們采用一個離軸三反的光學系統,無論從加工制造各方面都比較難。還有一個就是從我們的材料也難,這個也是我們國家首次大量采用碳纖維復合材料,去構成一個相機的主要組成部分。

      如果把望遠鏡比作觀測太空的“眼睛”,那么反射鏡就是眼睛的“晶狀體”。晶狀體越大,眼睛的空間分辨率也就越高,能夠觀測到天體更多的細節。對于兩米口徑的望遠鏡,鏡面精度要求達到納米級別,加工制造面臨的挑戰也前所未有。

      中科院長春光機所研究員 巡天光學設施總體主任設計師 徐抒巖:這個望遠鏡特別大,十幾米長,大小差不多和一個卡車差不多大,這個環境試驗需要的規模非常大,所以我們在此期間也配置了非常多的力學環境試驗、熱環境試驗、真空環境試驗的模擬設備,開展環境試驗難度也非常大。我們現在一個設備由很多模塊所組成,現在模塊基本上都做出來了,下一步工作就是把這些模塊要組裝起來,開展測試、標定試驗工作。

      打造旗艦級太空望遠鏡 揭示宇宙演化奧秘

      如果說哈勃望遠鏡用高清晰的圖像為我們掀開了宇宙的一角,那么,正在研制中的巡天空間望遠鏡升空運行之后,將會給人類帶回整個宇宙全景的高清晰圖像,開啟人類對于宇宙的嶄新認識。

      把望遠鏡放到天上去的最主要原因,是可以消除大氣對天文觀測帶來的不利影響,精確地研究宇宙天體。

      中科院國家天文臺研究員 巡天光學設施責任科學家 詹虎:巡天空間望遠鏡的一個主任務就是進行巡天觀測,也就是對天體的一個普查,這大概占巡天空間望遠鏡運行時間的70%,科學覆蓋面是非常廣的。巡天空間望遠鏡還配備了很多臺儀器,所以它不僅能夠做普查,而且也能夠對天體進行很精細的觀測、精細的研究或者詳查。

      在整個巡天周期里,巡天模塊將會覆蓋17500平方度的天區,是整個天空面積的40%,積累近20億星系的高質量數據,并繪制出宇宙的結構和演化過程。利用獲取的星系樣本,天文學家還可以測繪上百億光年范圍內的暗物質分布地圖。

      中科院國家天文臺研究員 巡天光學設施責任科學家 詹虎:巡天空間望遠鏡在論證的初期,就提出了宇宙學和星系科學方面的主要研究方向,所以這兩個方向應該是它一個驅動性的科學目標,同時它也可以覆蓋像銀河系、恒星、黑洞、太陽系乃至系外行星的研究,可以為這些方面的研究提供極其豐富的數據,有望取得突破。

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