-
陳昱光:12米光學(xué)望遠(yuǎn)鏡爭(zhēng)議,應(yīng)先看科學(xué)目標(biāo)再看技術(shù)
關(guān)鍵字: 光學(xué)望遠(yuǎn)鏡中國(guó)天文學(xué)界正積極籌備建設(shè)一架口徑12米的通用光學(xué)-紅外天文望遠(yuǎn)鏡 (LOT),近期圍繞著12米望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì),國(guó)內(nèi)天文界展開了激烈的討論,也有很多科學(xué)家表達(dá)了自己的意見(jiàn)。特別是中國(guó)科學(xué)院院士陳建生一份4000多字的長(zhǎng)信引爆了中國(guó)天文圈。
據(jù)《知識(shí)分子》報(bào)道,中國(guó)天文學(xué)界對(duì)于如何建造“12米望遠(yuǎn)鏡”一事,分歧早已存在。陳建生和崔向群只不過(guò)是各自陣營(yíng)的代表人物。他們的背后都有強(qiáng)力的支持者。
下文是一位青年天文工作者就12米光學(xué)紅外望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)方案談的看法,觀察者網(wǎng)獲作者授權(quán)轉(zhuǎn)載
首先,不談科學(xué)目標(biāo)就談設(shè)計(jì)絕對(duì)是耍流氓,所以我們先看一下12米望遠(yuǎn)鏡(以下簡(jiǎn)稱 LOT)設(shè)計(jì)中,從國(guó)家層面、從科學(xué)層面都要實(shí)現(xiàn)什么樣的目標(biāo)。從國(guó)家層面,LOT 希望能夠在“十三五”完成立項(xiàng)、2018年底開工。這里要交代一個(gè)背景,就是國(guó)際上的一批下一代30米級(jí)望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)陸續(xù)開工建設(shè),其中包括中國(guó)參與10%的三十米望遠(yuǎn)鏡(TMT)。而目前世界上已存在的10米級(jí)望遠(yuǎn)鏡(如下圖)多達(dá)13臺(tái),其中最大的是加納利大型望遠(yuǎn)鏡(GTC),口徑10.4米。國(guó)家希望建成12米望遠(yuǎn)鏡,打出一個(gè)時(shí)間差,在30米級(jí)望遠(yuǎn)鏡完工之前成為世界最大的光學(xué)/近紅外望遠(yuǎn)鏡。所以整個(gè)項(xiàng)目的時(shí)間確實(shí)非常緊。
從科學(xué)層面上來(lái)講。無(wú)論是在陳院士的信,還是在目前公開的多個(gè)文檔中,都多次提到,LOT 應(yīng)當(dāng)以通用型望遠(yuǎn)鏡為主(這是關(guān)鍵點(diǎn)之一)。原因是目前“十三五”規(guī)劃項(xiàng)目中,已經(jīng)有多個(gè)巡天項(xiàng)目。且世界范圍內(nèi)也有多個(gè)正在進(jìn)行或正在建設(shè)的巡天項(xiàng)目。這些項(xiàng)目數(shù)據(jù)完全公開。舉例來(lái)說(shuō),還有一個(gè)月左右就要初光的 Zwicky Transient Factory(ZTF)每晚會(huì)觸發(fā)幾十萬(wàn)個(gè)警報(bào)。在未來(lái)十年、二十年里,對(duì)重要的天體進(jìn)行確認(rèn)和后續(xù)觀測(cè),要比發(fā)現(xiàn)重要得多。我國(guó)地處東半球,而世界上大多數(shù)望遠(yuǎn)鏡都位于西半球(如下圖)。在同一地理經(jīng)度上,完全無(wú)人可以與我們競(jìng)爭(zhēng)。這使得我們可以在別人都是白天的時(shí)候進(jìn)行觀測(cè)。這對(duì)于瞬變?cè)吹暮罄m(xù)觀測(cè)至關(guān)重要。此外,目前國(guó)內(nèi)最大的通用型望遠(yuǎn)鏡為云南天文臺(tái)的口徑2.4米望遠(yuǎn)鏡,在口徑上落后國(guó)際水平上百年。建一臺(tái)通用型望遠(yuǎn)鏡對(duì)于彌補(bǔ)缺口意義極其重要。因此,LOT 和現(xiàn)在國(guó)際上已有的10米級(jí)望遠(yuǎn)鏡科學(xué)目標(biāo)差別不大,僅進(jìn)行小范圍的提升。
已詳細(xì)指明的科學(xué)目標(biāo)包括(不分先后):1)早期宇宙中的恒星和星系、宇宙初光等;2)包括類星體、伽馬射線暴在內(nèi)的高能天體;3)引力波源對(duì)應(yīng)體和瞬變?cè)矗?)系外行星。1需要望遠(yuǎn)鏡能夠觀測(cè)到足夠暗弱的天體,2的情況比較復(fù)雜,既需要觀測(cè)暗弱天體,也需要和3一樣具有快速響應(yīng)的能力,4需要測(cè)量精度足夠高、儀器穩(wěn)定性好。科學(xué)目標(biāo)確定之后我們?cè)賮?lái)看一下技術(shù):首先來(lái)看一下3鏡和4鏡的光路圖比較。
4鏡設(shè)計(jì)和3鏡設(shè)計(jì)的不同在于在主鏡(M1)后面:4鏡在 M1 之后多加一個(gè)小鏡子(M3),這導(dǎo)致 M2 需要做大、M4 需要開洞(另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn))。
再科普一下幾個(gè)焦點(diǎn):
主焦點(diǎn)是由主鏡直接反射形成的焦點(diǎn)。只跟 M1 有關(guān)系,跟后續(xù)光路關(guān)系不大。大型巡天項(xiàng)目很喜歡這個(gè)焦點(diǎn)(如日本的昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡的 HSC,見(jiàn)下圖),因?yàn)榻咕喽?、視?chǎng)巨大(可以到度的量級(jí))。但是,一要移除 M2;二由于主焦畸變嚴(yán)重,要設(shè)計(jì)一系列透鏡對(duì)主焦進(jìn)行改造。
卡焦在傳統(tǒng)的3鏡設(shè)計(jì)中是在望遠(yuǎn)鏡后端。這個(gè)部分是要隨著望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)而跟著轉(zhuǎn)的,而且不方便拆換,所以一般放小型的永久性儀器。大雙筒望遠(yuǎn)鏡在這兒放的是 MODS(如下圖)。
耐焦在望遠(yuǎn)鏡的側(cè)面,而且通常設(shè)計(jì)在和望遠(yuǎn)鏡重心對(duì)齊的地方,也就是支撐望遠(yuǎn)鏡,并控制望遠(yuǎn)鏡俯仰的軸那里。這樣可以在耐焦的位置建一個(gè)平臺(tái),安放大型儀器,而大型儀器不需要跟隨望遠(yuǎn)鏡俯仰調(diào)整位置,只要跟著望遠(yuǎn)鏡底部調(diào)整方位的平臺(tái)一起轉(zhuǎn)就行(如下圖所示)。這里不僅可以放一個(gè)儀器,左右兩側(cè)至少可以放兩個(gè),每側(cè)平臺(tái)添加一些鏡面的話還可以額外分層。
那么為什么要設(shè)計(jì)成4鏡呢?
實(shí)際上站得住腳的原因只有一個(gè):多加一面鏡子多一層改正。在耐焦平臺(tái)上,成像質(zhì)量會(huì)更好。像質(zhì)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。1)視場(chǎng)大,在15角分的大?。s為一個(gè)月面半徑,耐焦由于經(jīng)過(guò)鏡面很多,焦距被拉的很長(zhǎng),所以視場(chǎng)都在角分量級(jí))上,4鏡的設(shè)計(jì)可以達(dá)到0.1角秒的成像質(zhì)量,而3鏡只能達(dá)到0.25角秒左右。2)場(chǎng)曲小,減小后端儀器的制造難度。
-
本文僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)。
- 責(zé)任編輯:孫武
-
“中美會(huì)談成果遠(yuǎn)超預(yù)期,是一個(gè)非常好的起點(diǎn)” 評(píng)論 88中美日內(nèi)瓦經(jīng)貿(mào)會(huì)談聯(lián)合聲明 評(píng)論 1089卡塔爾送大禮引爭(zhēng)議,特朗普:免費(fèi)的也罵? 評(píng)論 160何立峰:中美達(dá)成重要共識(shí) 評(píng)論 306“中國(guó)猛龍首露利爪,實(shí)戰(zhàn)證明自身價(jià)值” 評(píng)論 262最新聞 Hot
-
特朗普要“幫忙”,印度拒絕了
-
“他想在大馬士革建特朗普大廈”
-
中美日內(nèi)瓦經(jīng)貿(mào)會(huì)談聯(lián)合聲明
-
中方嚴(yán)管稀土出口,印度也“慌了”
-
“他有望在獄中贏得市長(zhǎng)選舉”
-
石破茂再?gòu)?qiáng)硬表態(tài):美國(guó),還不降
-
美方吹風(fēng)會(huì):中美都不想“脫鉤”,同意稅率下調(diào)115%
-
卡塔爾送大禮引爭(zhēng)議,特朗普:免費(fèi)的也罵?
-
美國(guó)小企業(yè)苦苦掙扎:利潤(rùn)蒸發(fā)甚至變?yōu)樨?fù)數(shù),最糟的時(shí)刻還未到來(lái)
-
特朗普施壓后,澤連斯基表態(tài):我去土耳其等普京
-
日車企利潤(rùn)暴跌超20%,“與中國(guó)競(jìng)爭(zhēng)加劇”
-
中美會(huì)談結(jié)束后,美國(guó)股指期貨應(yīng)聲上漲
-
“特朗普夜不能寐,搞定全球問(wèn)題比想象難得多”
-
靠岸中國(guó)貨船數(shù)“歸零”,美西港口官員驚到了
-
“出軌女下屬”,英國(guó)海軍一把手被免職
-
“聽(tīng)加州的,否則美國(guó)最大經(jīng)濟(jì)體地位不?!?/a>
-