新一代“天眼”发射在即!我国太空观测弯道超车,已成定局

距离神舟十三号发射已经过去了6个月的时间,太空“出差”3人组也圆满完成全部任务返回了地球。后续我国神舟十四号和神舟十五号载人飞船将陆续出发,为年底前全面完成天宫空间站建造任务“添砖加瓦”。

天宫空间站进入快速全面建造阶段

在前不久我国对外公布的中国航天白皮书中,绘就了未来一段时期我国航空航天事业的蓝图,其中既包括近在咫尺的天宫空间站全面建成并投入运营,也有中期的月球探测和建造永久月球基地,同时也包括远期的从火星采样返回并实现载人登陆火星。中国航空航天事业近年来的飞速发展,取得的一个又一个辉煌成就举世瞩目,让世人真切见证了中国航天人的拼搏精神以及无比强大的中国力量。

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拿天宫空间站来说,这是世界上第二个大型的地球轨道观测和实验平台,同时也是第一个独立自主开展建造的空间站,由于以美国为主导开展建设和运营的国际空间站,在运行12年之后各种软件和硬件上的问题频出,虽然美国极力通过各种手段来延长其使用寿命,预计在数年内也终将退役,届时地球轨道上就只有我国的天宫空间站在“自由翱翔”,势必会成为世界各国在太空领域实施国际合作最佳的平台。

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在天宫空间站的总体规划中,除了以天和核心舱为中心,以梦天、问天两个实验舱和天舟货运飞船为骨架构成T字型结构外,天宫空间站上还预留了一个接口,这个接口将为我国第一架太空望远镜进行对接做好准备。据中国载人航天工程总设计师周建平介绍,我国将在2023年或者2024年发射这个太空望远镜,即巡天光学望远镜,这对于提升我国太空观测和研究的整体水平,具有非常重要的意义。

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我国“巡天”天文观测计划

我国在天文观测领域的起步较晚,不过后发劲头迅猛。“郭守敬”天文望远镜于2012年完成第一轮光谱巡天任务,该望远镜以4米的口径以及超高光谱获取率,赢得了世界上“光谱之王”的美誉。

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2016年我国又建造了一座直径500米、世界上规模是大的射电望远镜FAST,俗称“中国天眼”,其灵敏度是德国波恩望远镜的10倍,综合性能是此前口径最大望远镜-美国阿雷西博望远镜(目前已经坍塌损毁)的10倍,在射电望远镜探测方面的领先优势,估计至少能保持20年以上。

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但是,无论是“郭守敬”望远镜还是“天眼”,它们的工作地点都是位于地面上,都不可避免地会受到云层和大气湍流等带来的影响,而且大气层对于长波辐射的吸收能力较强,那些来自宇宙深空的红外波段的辐射,会在通过大气层时受到干扰和削弱,所以观测效果并不是十分理想。而这个问题,可以通过发射太空望远镜加以弥补。

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因此,我国在天宫空间站建设规划时,充分考虑了同期建造太空望远镜的内容。当天宫空间站正式运营之后,将巡天望远镜再发射升空,一方面可以保持与天宫空间站的共轨运行,从而保障了天文望远镜观测的自主性和自由度。

另一方面,在需要对望远镜进行维护时,可以与天宫空间站实现对接,通过驻留在空间站内的航天员实施相应的维护工作,从而减少了运营总成本,也提高了维护的质量和效率。所以,我国即将发射的巡天望远镜,是既具有大型太空望远镜的功能,同时又兼具空间站光学舱的双重定位。

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“巡天”光学舱的超强性能

我国巡天光学舱配备的望远镜,口径虽然只有2米,略低于美国哈勃太空望远镜的2.4米,也远低于美国韦伯太空望远镜的6.5米,但要比欧空局口径1.2米的欧几里得太空望远镜要大。从巡天光学舱的一些主要特征指标看,我国的这架未来利器,着实有不少的亮点。

比如:从观测波长范围来看,巡天望远镜是0.25-1微米,虽然也是以可见光波段为主,但能够覆盖近紫外、可见光到近红外波段,这一点与哈勃类似,在短波探测方面略逊于韦伯望远镜,已经相当不容易了。而与欧几里得望远镜相比,覆盖的波长范围要增加了近紫外波段,探测范围相对要广一些。

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从视场来看,巡天望远镜具有234000平方毫米的总感光面积,这个面积要比哈勃太空望远镜高300倍以上,相当于巡天望远镜观测一天的成果,哈勃望远镜差不多得将近一年才能观测完,这个视场就连最先进的韦伯太空望远镜也望尘莫及。

从分辨率来看,巡天望远镜最高可以达到0.15角秒,要比欧几里得望远镜成像清晰得多,不过与哈勃望远镜的0.05角秒还有一定差距,比韦伯望远镜的0.11角秒也要略逊一筹。

虽然在一些关键指标上,我国的巡天望远镜,与韦伯望远镜还有较大的差距,但是二者的观测目标和观测方式都不同,所以基本上没有可比性。

我们应该看到,巡天望远镜的优势还是比较突出的,除了刚才提到的超宽视场外,在所有的天文望远镜中,是首次采用二次成像离轴三反射系统的,其无缝光谱观测和场深都处于世界领先地位,同时巡天望远镜还具有超静、超精和超稳的平台设计指标,再加上可以与天宫空间站实施对接维护,这几个方面的优势,即使韦伯望远镜都力不能及。

新一代“天眼”发射在即!我国太空观测弯道超车,已成定局


当我国的巡天光学舱在发射以后,势必会成为我国未来10年的旗舰型空间观测平台,对深空星系探测、星系演化、暗物质和暗能量探测、寻找黑洞等领域的研究,提供重要的数据支撑。

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页面更新:2024-03-07

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