雄心勃勃,中国建造首个大型太空光学望远镜

作者: 邸利会

来源: 知识分子

发布日期: 2021-12-13

中国建造的首个大型太空光学望远镜CSST预计在2024年前后发射,旨在开展大规模巡天,探究暗物质和暗能量等宇宙奥秘。该项目是中国载人空间站的旗舰级项目,具有大视场、高像质、宽波段等特点,将为天文学研究提供重要数据。

在巡天的黄金时代,中国终于可以参与进来,第一台大型太空光学望远镜CSST的升空,或将带来影响深远的科学发现。

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米的大型真空罐及其配套光学测试系统正在建造当中。中国科学院国家天文台研究员詹虎表示,这个项目非常壮观,代价也很大,但为了不至于入轨之后才发现问题,最好在地面上就先验证整机的各项指标。

整机验证只是万里长征路上的其中一步。这台两米口径的大型光学望远镜,被称为载人空间站工程巡天空间望远镜(Chinese Survey Space Telescope,简称CSST),预计在2024年前后发射进入近地轨道。届时,它将和中国空间站在同一个轨道上飞行,规划的运行期为10年。

CSST的研制费用至少也在几十亿的量级。中国科学院国家天文台称,CSST是我国载人空间站旗舰级项目,是我国迄今为止最大的空间天文基础设施,具有大视场、高像质、宽波段等突出特点,是我国天文科学迈向国际前沿的重大机遇。

此前,没有人可以想到,中国可以拥有自己的旗舰级太空望远镜。它的诞生要从建空间站说起。1986年,中国被美国等国家拒绝参与国际空间站。1992年,中国决定发展自己的载人空间站,代号921工程。

921工程包括了很多系统,其中第二个系统,即空间应用系统由中国科学院空间科学与应用总体部来规划。专家们一直在思考,中国空间站上应该开展什么样的科学研究。2009年,总体部在香山开了一系列的会议,探讨空间站的科学研究方向和所需的实验装置,会上讨论了建造一台大口径的空间光学望远镜的想法。

2011年初,利用空间站光学望远镜开展巡天的报告提交给了总体部,年末通过了望远镜的技术可行性评审;来年的3月初,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。2013年11月,CSST正式立项。

CSST有超过哈勃300倍的宽广视场,视场大意味着一次观测能够看更大的范围。具体来说,在10年的运行期内,CSST计划对17500平方度的中高银纬、中高黄纬天区进行多波段成像和无缝光谱观测,并对遴选的天体或天区开展精细观测研究,将获取数十亿恒星与星系的测光数据和数亿条光谱,并通过直接成像搜寻和研究太阳系外行星。

建造昂贵的望远镜,开展大规模巡天,首要的目标是探究宇宙的两大谜团——暗物质和暗能量。根据现今的理解,组成宇宙的68%是暗能量、27%是暗物质,剩下的5%是我们熟知的物质。然而,对于占宇宙绝大部分的暗能量和暗物质,人们知之甚少。

包括CSST在内的大型巡天项目都在试图通过了解星系、暗物质的分布、理解宇宙膨胀的历史、大尺度结构的生成,弄明白暗能量的本质。CSST将利用引力透镜效应、红移测量和重子声波振荡遗迹等多种技术来研究这些问题。

CSST、欧几里得和罗曼三大空间望远镜在差不多的时段开展巡天,科学目标方面也较为相近。通过观测上亿星系,仔细研究它们的特征,就可以弄清楚整个宇宙的很多规律,包括暗物质、暗能量的性质。

CSST的科学工作委员会已经把吸引、扩大研究团队作为当务之急,无论是通过海外招聘还是本土培养,甚至包括把一些研究生的课题调整到CSST相关的科研领域中来。未来,CSST的升空或将带来影响深远的科学发现。

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