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盘点天文望远镜"五个之最" TMT最大口径达30米

http://www.kexue.com 2013-05-09 16:05:25 人民网  发表评论


五大著名望远镜

  美国航空航天局的银河演化探测器最近成功揭开了宇宙中“幽灵”星系的神秘面纱,为认识星系的形成和演化提供了新的依据。这也是“幽灵星系” 的真实面貌首次被天文望远镜观察到。

  今年5月的苍穹热闹非凡,不少天文爱好者已经开始“摩拳擦掌”,等候着日环食、半影月食等罕见天文现象的接踵而至。

  然而对于天文学家来说,赤手空拳地上阵可不行。这不,近期全球似乎开展起一场兴建天文望远镜竞赛,尽管多种“世界之最”的头衔数易其主,但为了更进一步的了解神秘星空,研究人员必须不断地升级装备。

  本期“共享科学”邀请中国科学院国家天文台研究员王俊杰,为读者盘点天文望远镜的“五个之最”。

  TMT 最大光学望远镜

  位于夏威夷莫纳克亚山 口径30米

  30米口径望远镜(TMT)是由美国、加拿大和日本等国家负责研制的新一代地基巨型光学—红外天文观测设备,集光口径为30米,工作在0.31—28纳米波段。2009年11月,中国科学院国家天文台获得参与TMT项目的“观察员”地位,随后印度也以观察员身份参加了TMT项目。TMT将在国际著名的优良天文台址——美国夏威夷莫纳克亚山建设,预计2018年建成投入使用,项目概算约为10亿美元。

  专家点评:TMT采用拼接镜面主动光学、自适应光学以及精密控制等先导高科技技术,将把望远镜灵敏度和空间分辨率等技术指标提高到前所未有的程度,并在揭示暗物质和暗能量的本质、探测宇宙第一代天体、理解黑洞的形成与生长、探察地外行星等前沿科学领域做出重大突破性发现。

  TMT这个直径达30米的光学望远镜受光面积将是目前人类使用最大口径光学天文望远镜的9倍,空间分辨率则是哈勃空间望远镜的12倍,其强大的宇宙洞察能力必将引发天文学研究的飞跃发展。

  虽然TMT有其巨大优势,但能够与TMT匹敌的另外两架大型光学天文望远镜也在筹建中。一架是由美国卡内基天文台、亚利桑那大学和其他研究机构率领的联盟拟在智利建造的一个直径25米的“巨兽”,名为大麦哲伦望远镜(GMT)。另一架是欧洲南方天文台将建在智利海拔3060米塞鲁阿玛逊斯山上的世界口径最大的39.3米的光学望远镜E-ELT。

  FAST 最大射电望远镜

  位于贵州“大窝凼”洼地 拥有20万平方米巨型反射面

  500米口径球面射电望远镜(FAST)是正在建造中的我国国家重大科学工程项目。利用贵州喀斯特地区的洼坑作为望远镜台址,建造世界第一大单口径射电望远镜,其拥有30个标准足球场大的接收面积。

  专家点评:“大窝凼”洼地是卡斯特地貌所独有的漏斗型天坑,就像一个天然的巨碗,刚好盛起望远镜约20万平方米的巨型反射面,建成后的望远镜将会填满整个山谷。

  建成后的 FAST将开展宇宙起源和演化、恒星的形成、中性氢观测、脉冲星的观测和太空生命探索等科学研究工作,以及和国家重大需求方面有关的应用工作。

  FAST与被评为人类20世纪十大工程之一的美国Arecibo 300米望远镜相比,其综合性能提高约10倍。作为世界最大的单口径望远镜,FAST将在未来20—30年保持世界一流设备的地位。

  当然,FAST虽然口径巨大,但毕竟是单一天线,不是多天线的干涉阵,因此,探测分辨率(分辨天体细节的能力)比不上有些干涉阵列射电望远镜及甚长基线射电望远镜。

  LAMOST 光谱获取率最高

  位于燕山主峰南麓 可同时获得4000个天体的光谱

  郭守敬望远镜(LAMOST,大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜)是一架横卧南北方向的特殊的中星仪式反射施密特望远镜。其有效通光口径为4米,视场角直径为5度。在5度视场、直径为1.75米的焦面上放置4000根光纤,可同时获得4000个天体的光谱,使其成为世界上光谱获取率最高的望远镜。LAMOST安放在中国科学院国家天文台兴隆观测站,该站地处燕山主峰南麓,海拔960米。其主要科学目标是光学光谱巡天工作。

  专家点评:作为国家重大科学工程,LAMOST于2001年9月开工,2008年10月落成,2011年10月23日,LAMOST正式启动先导巡天工作。LAMOST的建成,突破了天文望远镜大视场与大口径难以兼得难题,成为目前国际上口径最大的大视场望远镜,是我国光学望远镜研制的又一里程碑,显著提高了我国在大视场多目标光纤光谱观测设备领域的自主创新能力。

  LAMOST望远镜的大视场多光纤优势是其他望远镜无法替代的。不足之处主要在于目前的站址条件不能完全满足观测需要,主要表现在越来越多来自兴隆县城的灯光污染使得望远镜工作上空的夜天光增强。此外,兴隆的大气视宁度也比以前变差。这些都对该望远镜功能的展现造成了一定的影响。

  CCOSMA 北半球台址最高

  位于西藏羊八井 从阿尔卑斯山到羊八井海拔上升1200米

  中国科学院国家天文台联合国内多个大学及研究所与德国科隆大学合作于2009年起进行羊八井天文观测站的建设和中德亚毫米波望远镜的技术拆卸和安装工作。经过几年来中德科技人员的共同努力,成功将位于瑞士阿尔卑斯山海拔3100米Gornergrat的3米口径KOSMA亚毫米波望远镜技术拆移至中国西藏当雄县海拔4300米的羊八井,并更名为中德亚毫米波望远镜(CCOSMA),同时该望远镜归属于国家天文台及中国天文界。

  专家点评:这是中国第一架可用于常规天文观测的亚毫米波望远镜,也是目前北半球台址海拔最高的亚毫米波望远镜,建成后的羊八井天文观测站也是中国科学院国家天文台建于西藏的第一个专业天文台站。

  由于在宇宙中占很大比例的分子气体和尘埃的电磁波发射都落在亚毫米波波段,因此对这一波段的天文观测研究意义重大。由于亚毫米波镜面、接收机等许多系统的建造技术难度极大,而且对台址条件要求很高,所以世界上运行中的亚毫米波望远镜及亚毫米波天文台数量很少,我国目前尚没有可提供给天文学家进行常规观测的亚毫米波望远镜。而CCOSMA是具有世界先进水平望远镜,很多方面目前仍处于国际领先地位。它不仅可推动我国天文界在亚毫米波天文学领域的研究,还可作为中国未来重大科学工程计划中的大型亚毫米波望远镜项目的试验平台及人才培养平台。此外,它能对银河系内分子云和恒星形成区进行分子谱线的观测,这对于了解恒星的形成过程和银河系结构有重要意义。

  CCOSMA的优势在于接收束宽大,也就是视场大,非常适合巡天观测,这是目前北半球其他亚毫米波望远镜所不具备的。而其缺点也是在于接收束宽大,分辨率较低,所以不能探测天体的精细结构。

  ALMA 史上造价最昂贵

  位于智利北部阿塔卡马沙漠 能看清500公里外的一枚硬币

  “ALMA”的全称是“阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波天线阵”,它的建设工程始于2002年,是一个以欧洲、北美和日本等国家为主的大型国际合作项目,今年3月正式开始运行观测。天线阵的建设地是智利北部海拔5000米的阿塔卡马沙漠,整个天线阵有总计66面高精度天线。这是人类历史上至今为止造价最昂贵的地基天文望远镜设备。

  专家点评:ALMA观测在毫米/亚毫米波段,比可见光长了近千倍。天文学家由此能研究宇宙中最寒冷的天体——比如孕育恒星、行星的稠密的尘埃气体云,以及极早期宇宙中的天体以及探寻宇宙中是否存在能进化成生命的物质等。

  “ALMA”的分辨率达到0.01角秒,相当于能看清500多公里外的一分钱硬币,其视力超过“哈勃”太空望远镜10倍。它是目前为止天文望远镜技术最高水平的代表,没有任何其他望远镜可以替代。当然,它的分辨率如此高,所以其视场就会很小,适合天体的精细结构观测,不适合巡天观测。(徐 冰)

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