世界最大光學望遠鏡

全球最大的天文望遠鏡之一TMT，于2011年在美國夏威夷莫納克亞山(MaunaKea)開工建設(shè)，預(yù)計2018年建成投入使用，項目概算約為10億美元，美國、加拿大、日本等多個國家正式加入其中，中國和印度以觀察員身份參與。

TMT望遠鏡是新一代地基巨型光學/紅外天文觀測設(shè)備，集光口徑為30米，工作在0.31-28納米波段。因此，TMT集成了當代大口徑望遠鏡最頂尖的高新技術(shù)。

記者了解到，除了資金參與，中國在鏡面、自適應(yīng)光學設(shè)備以及其他機械設(shè)備等方面，都將參與這項計劃。國家天文臺南京天光所，聯(lián)合中科院長春光機所、光電所、理化所等單位，開展了該計劃中的多項核心技術(shù)的研發(fā)。

中科院國家天文臺臺長助理、TMT項目部經(jīng)理薛隨建介紹，國家天文臺聯(lián)合中科院有關(guān)院所承擔了TMT主光學系統(tǒng)、激光引導星系統(tǒng)、激光器系統(tǒng)等多項核心技術(shù)研發(fā)工作，為這個項目的推進作出了重要貢獻。

TMT主鏡拼接精度要求極高，需達到光照上去看不到接縫的程度。中國通過2008年完成的LAMOST望遠鏡項目，對此已有技術(shù)儲備。因此，國家天文臺南京天光所主要負責TMT主鏡子鏡單元高精度磨制技術(shù)的研發(fā)，以及部分子鏡的加工任務(wù)。同時，國家天文臺南京天光所還參與了TMT“首光”科學儀器的設(shè)計研發(fā)工作。因為在TMT開始科學觀測的初期，將先安裝3臺“首光”設(shè)備，包括紅外成像攝譜儀、紅外多目標攝譜儀和寬視場光學攝譜儀。這些設(shè)備能充分利用TMT的高靈敏度及高分辨率，提供前所未有的成像能力。

另外，TMT的光路結(jié)構(gòu)極具特色——來自遙遠天體的星光先被具有主動光學功能的主鏡收集，匯聚到副鏡，再反射到可以360度轉(zhuǎn)動的第三鏡，最后被送入裝有自適應(yīng)光學矯正系統(tǒng)的科學儀器中。這種特殊的結(jié)構(gòu)使TMT在持續(xù)觀測、切換設(shè)備、更換子系統(tǒng)時更方便，幫助天文學家在更短時間內(nèi)進行更多不同類型的觀測。中科院長春光機所則主要負責TMT第三鏡及其驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計、制造工作。而起著主要傳輸作用的第三鏡，在光學精度、機械精度等方面均面臨世界級挑戰(zhàn)。

因為大氣中存在湍流、密度分層等現(xiàn)象，會對觀測形成干擾，這就需要自適應(yīng)光學系統(tǒng)進行矯正。所謂自適應(yīng)光學系統(tǒng)，就是通過向空中發(fā)射高能激光，在高空制造人工“導星”，并不斷對其檢測，再借助變形鏡高速精密的調(diào)整，使圖像清晰銳利。光電所則承擔了TMT激光導星子系統(tǒng)的設(shè)計制造。

帶動相關(guān)技術(shù)快速提升

中國科學家不僅為這個全球最大的天文望遠鏡項目作出了重要貢獻，通過這個項目，也使中國相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)水平得到快速提升。

此前很長時期，中國的天文望遠鏡研究與國外有著一定的差距。

中國科學院國家天文臺首席科學家王俊杰告訴記者，十九世紀八十年代，國外已有1.8米級的天文望遠鏡，而中國直到上世紀八十年代，才建成2米級的天文望遠鏡，目前口徑最大的望遠鏡，其有效口徑也才為4米，這也影響了國內(nèi)在天文觀測方面的研究，“沒有設(shè)備，沒法和別人競爭?！?/p>

同時，自主制造大口徑的望遠鏡也面臨許多困難，一個是造價比較高，比如TMT項目投資超過10億美元;另外，在有些領(lǐng)域技術(shù)也達不到。因此，建立大口徑光學望遠鏡需要多國合作，目前，國際上沒有其他國家在中國的臺址上建造大口徑望遠鏡，因此出資參與國外的望遠鏡項目也是選擇之一。

正是在考慮了多方面的情況后，2009年底中國科學院國家天文臺以觀察員身份正式加入國際三十米望遠鏡項目(TMT)，其后啟動了在這個全球最大的天文望遠鏡項目上的科技合作。

如果中國最終能成為合作伙伴之一，當TMT天文望遠鏡建成后，中國將分享與實物貢獻成比例的TMT的觀測時間，獲得科學回報，并通過承擔TMT核心技術(shù)任務(wù)，帶動相關(guān)高技術(shù)發(fā)展。

天文研究取得多項突破

在參與全球最大天文望遠鏡項目核心技術(shù)研發(fā)的同時，近年來，國內(nèi)天文研究也取得了不俗的成績，建立了多個類型的天文臺，以進行不同的研究。

王俊杰告訴記者，國內(nèi)目前最大口徑的光學望遠鏡就是郭守敬望遠鏡(LAMOST)，安放在中國科學院國家天文臺興隆觀測站，這個觀測站地處燕山主峰南麓，海拔960米，其主要科學目標是光學光譜巡天工作，于2008年10月落成。

2011年10月23日，LAMOST正式啟動先導巡天工作。其有效通光口徑為4米，視場角直徑為5度。在5度視場、直徑為1.75米的焦面上放置4000根光纖，可同時獲得4000個天體的光譜，使其成為世界上光譜獲取率最高的望遠鏡。

王俊杰指出，LAMOST的建成，突破了天文望遠鏡大視場與大口徑難以兼得的難題，成為目前國際上口徑最大的大視場望遠鏡，是中國光學望遠鏡研制的又一里程碑。不足之處主要在于目前的站址條件不能完全滿足觀測需要，主要表現(xiàn)在越來越多來自興隆縣城的燈光污染使得望遠鏡工作上空的夜天光增強。此外，興隆的大氣視寧度也比以前變差。這些都對該望遠鏡功能的展現(xiàn)造成了一定的影響。

另外，位于貴州“大窩凼”洼地的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)，是正在建造中的國家重大科學工程項目。它利用貴州喀斯特地區(qū)的洼坑作為望遠鏡臺址，建造世界第一大單口徑射電望遠鏡，其擁有30個標準足球場大的接收面積。

王俊杰說，“大窩凼”洼地是喀斯特地貌所獨有的漏斗形天坑，就像一個天然的巨碗，剛好盛起望遠鏡約20萬平方米的巨型反射面，建成后的望遠鏡將會填滿整個山谷。FAST與被評為人類二十世紀十大工程之一的美國Arecibo 300米望遠鏡相比，其綜合性能提高約10倍。作為世界最大的單口徑望遠鏡，F(xiàn)AST將在未來20到30年保持世界一流設(shè)備的地位。不過，王俊杰指出，F(xiàn)AST雖然口徑巨大，但畢竟是單一天線，不是多天線的干涉陣，因此，探測分辨率(分辨天體細節(jié)的能力)比不上有些干涉陣列射電望遠鏡及甚長基線射電望遠鏡。

而建于羊八井的天文觀測站是中國科學院國家天文臺建于西藏的第一個專業(yè)天文臺站，天文臺里的中德亞毫米波望遠鏡(CCOSMA)，是中國第一架可用于常規(guī)天文觀測的亞毫米波望遠鏡，也是目前北半球臺址海拔最高的亞毫米波望遠鏡。

CCOSMA是具有世界先進水平的望遠鏡，很多方面目前仍處于國際領(lǐng)先地位。它不僅可推動國內(nèi)天文界在亞毫米波天文學領(lǐng)域的研究，還可作為中國未來重大科學工程計劃中的大型亞毫米波望遠鏡項目的試驗平臺及人才培養(yǎng)平臺。

王俊杰告訴記者，CCOSMA的優(yōu)勢在于接收束寬大，也就是視場大，非常適合巡天觀測，這是目前北半球其他亞毫米波望遠鏡所不具備的。但CCOSMA也存在一定的不足，就是接收束寬大，分辨率較低，所以不能探測天體的精細結(jié)構(gòu)。