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(fā)射升空，將成為探索星辰大海的旗艦級空間天文設施。
(資料圖)
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(fā)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(fā)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(jù)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(guī)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(zhàn)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(tǒng)，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(jié)。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(zhàn)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(huán)境試驗需要的規(guī)模非常大，所以我們在此期間也配置了非常多的力學環(huán)境試驗、熱環(huán)境試驗、真空環(huán)境試驗的模擬設備，開展環(huán)境試驗難度也非常大。我們現(xiàn)在一個設備由很多模塊所組成，現(xiàn)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(qū)，是整個天空面積的40%，積累近20億星系的高質量數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)，有望取得突破。
