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又一个国之重器!中国首个空间望远镜——CSST来啦

[ 来源:科普中国 | 作者:科普中国 | 发布时间:2023-01-11 | 浏览:4017次 ]

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就在不久前,北京时间2022年7月12日22时30分左右,美国现任总统拜登公布了韦布太空望远镜拍摄的首批照片,让大家惊叹不已。这不禁让人们也联想到,咱们国家有没有如此强大的太空望远镜呢?答案是当然有!在长春的中国科学院长春光学精密机械与物理研究所内,一个高约14米,长20米的庞然大物正在建造当中。这就是我们国家自行研发的空间望远镜——中国巡天空间望远镜(Chinese Survey Space Telescope),简称CSST。

“巡天遥看一千河”,毛泽东诗中的“巡天”,这样一个充满开创性、引人遐想的词汇,放到现在,则被赋予了新的意义。在天文学中,巡天是一种对天空可扫描区域进行逐块无差别扫描的“普查”式的天文观测模式,简单来说,就是在给宇宙做全身CT检查。

国家天文台陈建生院士说:“对于地面巡天,上世纪八十年代时我们错过了机会,后来美国斯隆(SDSS)望远镜做了,现在LSST也将开始做。但是空间上的光学巡天还没开始做,而空间巡天又太重要了。因为它可以达到比地面巡天好一个数量级的像质,所以如果有机会能够做空间巡天,意味着中国天文进入了一个非常了不起的时代。”正如陈建生院士所言,空间巡天是当今中国天文学研究的一个重要目标点。在这个巡天的黄金时代,中国人必须有自己的空间巡天。2009年12月,在一场关于中国空间站的科学研究方向和所需实验装置的探讨中,建造一台大口径的空间光学望远镜的想法被首次提出。2012年3月,空间站任务规划委员会的100多位专家对空间站上的科研项目进行评议打分,CSST得到了载人航天工程的优先支持。经过望远镜多方案择优和经费评估,CSST于2013年11月正式立项。

为什么科学家要把望远镜放到天上去呢?科学价值远大于成本

空间望远镜的成本及维修保养费用远大于地面上的望远镜,为什么要付出巨大的代价去建设它呢?首先,地面上的光学望远镜都会受到大气的困扰,即使是是在条件最好的地面观测地点,望远镜在光学波段的分辨能力很难超过0.7角秒,相比较而言,遥远宇宙中大多数星系只有几个角秒的大小,很多遥远的星系在地面望远镜上很难被分辨出任何结构,它们看起来就成了几个模糊的像素点,远不能达到科学家研究需求。而处于真空中的空间望远镜就解决了这个难题,真空中可没有大气。这个想法早在1946年就由美国天体物理学家莱曼·斯皮策(Lyman Spitzer)大胆提出了,而直到11年后的1957年10月4日,世界上第一颗人造卫星“斯普特尼克1号”才飞上太空,如今,韦布望远镜的成功和即将发射的CSST将当时人们的理想变成了现实,它们将会把天文学上升到一个新的高度,甚至影响到人们的通信方式和对宇宙的认知。

斯普特尼克1号(图片来自百度百科)

巡天望远镜的任务是什么?它的作用不可小觑

巡天观测是CSST在轨运行最重要的一项工作,在其10年运行的初步规划中,预计需要约7年的时间完成。同样地,巡天数据处理和相应的科学研究工作也是研究课题的重点。观测宇宙学研究需要大量的河外天体样本,所以CSST的巡天观测以恒星密度和黄道光背景都较低的中高银纬、中高黄纬天区为主。目前任务规划中,CSST巡天包括四部分:17500平方度多色成像观测、与之同天区的无缝光谱观测、400平方度的多色成像深场观测、与之同天区的无缝光谱深场观测。

开展这样大规模的巡天项目的目的无非就是丰富样本和收集数据。目前,由于缺少海量的观测数据,人类在暗物质和暗能量、宇宙大尺度结构、星系和超大质量黑洞形成和演化、系外行星等天文领域和基础物理领域的研究都存在着空白。没有巨大数据库的支撑,就无法为验证相关理论的真实性提供确凿无疑的证据,也无法有效提高参数的测量精度,继而阻碍天文学研究的进一步发展。相信像CSST这样的大型巡天项目,能够在一定程度上缓解天文和基础物理相关领域数据匮乏的“燃眉之急”,推进人类科学发展。

巡天空间望远镜配备了哪些黑科技呢?当之无愧的国之重器

中国巡天空间望远镜口径与哈勃望远镜相当,它的视场却远大于哈勃望远镜,是它的350倍,约为1.1平方度。视场就是望远镜能看到的天空范围,视场越大同时间观察到的物体就越多。例如有些摄像头的视场60度,而有些是70度,后者相比前者在同等距离的情况下就能拍摄到更大的景物范围。“哈勃望远镜的视野大概是伸直手指后一个指甲盖大小的1/100,它已观测宇宙30年,但它所有的数据只占夜空中很小的一部分”,中国科学院国家天文台副台长刘继峰向记者表示。相比较而言,中国巡天空间望远镜非常适用于巡天,可以比较快的完成大范围宇宙观测。此外,中国巡天空间望远镜采用了离轴三反光学系统,大幅度提高了探测效率和精度,处于国际领先水平线。中国巡天空间望远镜的也感光元件远大于哈勃望远镜。中国巡天空间望远镜最大特色在于它将与中国空间站伴飞,一同前行,这就使它的维护和保养要比韦伯望远镜和哈勃望远镜要更加容易。

巡天空间望远镜作为与天宫空间站共轨运行的独立舱段,主要分成两部分,一个是巡天光学设施,还有一个是巡天平台。前者具有可在轨维护的2m空间望远镜,2020至30年代旗舰级天文项目,配备了巡天模块,太赫兹模块,多通道成像仪,积分视场光谱仪,系外行星成像星冕仪等观测终端。

巡天空间望远镜建造情况怎么样了?来看看CSST的近况

载人空间站工程巡天空间望远镜项目自发布以来就饱受国内外关注,近两年,对其准备进程及相关细节的研发一直在顺利进行中。2021年1月8日到1月10日,CSST科学数据处理系统2020年度总结研讨会以线上线下相结合的方式在国家天文台召开。来自国家天文台等10多个单位近90名研制团队人员参加了本次会议。此次会议中,系统研制的骨干人员汇报了2020年度研制工作进展、技术验证情况、当前取得的研制成果、软件工程化规范等内容。会议同时对下一研制周期的工作计划进行了部署和安排,为项目下一年的顺利开展奠定了坚实基础。2021年4月17日,CSST科学工作联合中心暨国家天文台科学中心在中国科学院国家天文台举行揭牌仪式。国家天文台副台长、中国空间站工程巡天望远镜科学工作联合中心主任、国家天文台科学中心主任刘继峰在揭牌仪式后向全体参加会议的代表汇报了两个中心的整体情况。

(图片来自视觉中国)

7月18日,央视网发布消息,伴随着中国空间站的建造,与其共轨飞行的巡天空间望远镜的研制也正在紧张有序推进。目前,相关设施的初样研制已经取得了新进展。望远镜预计在中国空间站建成后发射升空,将成为带领世界探索奇幻宇宙的旗舰级空间天文设施。在科学准备方面,载人航天工程成立了巡天空间望远镜的科学工作委员会,并成立了“北京大学科学中心、国家天文台科学中心、长三角科学中心和大湾区科学中心”四个区域科学研究中心。据悉,巡天空间望远镜预计在2024年投入运行。

CSST的建设是无数科研工作者的心血,这个巨大的“宇宙CT扫描仪“定能把我国甚至世界的天文学引向一个新的高度,让我们一起拭目以待!

参考文献:

[1] 李然.巡天空间望远镜:将伴“天和”探太空[N]. 光明日报, 2021年05月13日(16).

[2] 詹虎.载人航天工程巡天空间望远镜大视场多色成像与无缝光谱巡天[J].科学通报,:,2021.66(11):1290-1298

[3] 张菁娟.[EB/OL]. 观察者网.2022-07-13-2022-08-03.

[4] 刘欢.[EB/OL]. 中国新闻网.2022-07-12-2022-08-03.