伴隨著中國(guó)空間站的建造，與其共軌飛行的巡天空間望遠(yuǎn)鏡的研制也正在緊張有序推進(jìn)，預(yù)計(jì)在中國(guó)空間站建成后發(fā)射升空，將成為探索星辰大海的旗艦級(jí)空間天文設(shè)施。

日前，美國(guó)國(guó)家航空航天局公布了韋伯空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的首批全彩色照片，涵蓋深空星系團(tuán)等天文學(xué)前沿領(lǐng)域。哈勃望遠(yuǎn)鏡在軌運(yùn)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(guó)的巡天空間望遠(yuǎn)鏡又有哪些特點(diǎn)呢？

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡運(yùn)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(yuǎn)遠(yuǎn)超出原有的科學(xué)目標(biāo)，取得了一系列豐碩成果。

(資料圖)

日前公布首批全彩色照片的韋伯望遠(yuǎn)鏡，則運(yùn)行在距地球150萬(wàn)公里的日-地第二拉格朗日點(diǎn)，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(biāo)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(guó)的空間巡天望遠(yuǎn)鏡發(fā)射升空后，將運(yùn)行在約400公里高的近地軌道，主鏡口徑為2米，重點(diǎn)開展近紫外-可見光-近紅外波段的巡天觀測(cè)。

中科院長(zhǎng)春光機(jī)所研究員 巡天光學(xué)設(shè)施總體主任設(shè)計(jì)師 徐抒巖：這個(gè)空間巡天望遠(yuǎn)鏡的特點(diǎn)，就是看得深、看得廣、看得精。同等深度和精度基礎(chǔ)上，它的廣度是哈勃望遠(yuǎn)鏡的300倍以上。同等條件下，哈勃望遠(yuǎn)鏡能看到1顆星，我們的空間巡天望遠(yuǎn)鏡可以看到300顆星。

據(jù)介紹，哈勃望遠(yuǎn)鏡相機(jī)的探測(cè)器有手掌般大小，而中國(guó)空間站望遠(yuǎn)鏡巡天模塊的主焦面由30塊探測(cè)器拼接而成，每一塊都比哈勃的探測(cè)器大。其中18塊探測(cè)器上設(shè)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(cè)器則用于無(wú)縫光譜觀測(cè)，平均每次曝光可以獲得至少上千個(gè)天體的光譜信息。運(yùn)行后，它將成為太空中像元規(guī)模最大的天文相機(jī)。

從研制到測(cè)試 兩米口徑望遠(yuǎn)鏡困難重重

作為中國(guó)天文學(xué)屆最先進(jìn)也是最昂貴的空間天文設(shè)施，光學(xué)巡天望遠(yuǎn)鏡將有助于解答宇宙中很多最基本的問(wèn)題。那么，這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡的研制，又面臨哪些難題和挑戰(zhàn)呢？

中科院長(zhǎng)春光機(jī)所研究員 巡天光學(xué)設(shè)施總體主任設(shè)計(jì)師 徐抒巖：首先，兩米口徑的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡是我們國(guó)家首次運(yùn)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(gè)離軸三反的光學(xué)系統(tǒng)，無(wú)論從加工制造各方面都比較難。還有一個(gè)就是從我們的材料也難，這個(gè)也是我們國(guó)家首次大量采用碳纖維復(fù)合材料，去構(gòu)成一個(gè)相機(jī)的主要組成部分。

如果把望遠(yuǎn)鏡比作觀測(cè)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(cè)到天體更多的細(xì)節(jié)。對(duì)于兩米口徑的望遠(yuǎn)鏡，鏡面精度要求達(dá)到納米級(jí)別，加工制造面臨的挑戰(zhàn)也前所未有。

中科院長(zhǎng)春光機(jī)所研究員 巡天光學(xué)設(shè)施總體主任設(shè)計(jì)師 徐抒巖：這個(gè)望遠(yuǎn)鏡特別大，十幾米長(zhǎng)，大小差不多和一個(gè)卡車差不多大，這個(gè)環(huán)境試驗(yàn)需要的規(guī)模非常大，所以我們?cè)诖似陂g也配置了非常多的力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)、熱環(huán)境試驗(yàn)、真空環(huán)境試驗(yàn)的模擬設(shè)備，開展環(huán)境試驗(yàn)難度也非常大。我們現(xiàn)在一個(gè)設(shè)備由很多模塊所組成，現(xiàn)在模塊基本上都做出來(lái)了，下一步工作就是把這些模塊要組裝起來(lái)，開展測(cè)試、標(biāo)定試驗(yàn)工作。

打造旗艦級(jí)太空望遠(yuǎn)鏡 揭示宇宙演化奧秘

如果說(shuō)哈勃望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡升空運(yùn)行之后，將會(huì)給人類帶回整個(gè)宇宙全景的高清晰圖像，開啟人類對(duì)于宇宙的嶄新認(rèn)識(shí)。

把望遠(yuǎn)鏡放到天上去的最主要原因，是可以消除大氣對(duì)天文觀測(cè)帶來(lái)的不利影響，精確地研究宇宙天體。

中科院國(guó)家天文臺(tái)研究員 巡天光學(xué)設(shè)施責(zé)任科學(xué)家 詹虎：巡天空間望遠(yuǎn)鏡的一個(gè)主任務(wù)就是進(jìn)行巡天觀測(cè)，也就是對(duì)天體的一個(gè)普查，這大概占巡天空間望遠(yuǎn)鏡運(yùn)行時(shí)間的70%，科學(xué)覆蓋面是非常廣的。巡天空間望遠(yuǎn)鏡還配備了很多臺(tái)儀器，所以它不僅能夠做普查，而且也能夠?qū)μ祗w進(jìn)行很精細(xì)的觀測(cè)、精細(xì)的研究或者詳查。

在整個(gè)巡天周期里，巡天模塊將會(huì)覆蓋17500平方度的天區(qū)，是整個(gè)天空面積的40%，積累近20億星系的高質(zhì)量數(shù)據(jù)，并繪制出宇宙的結(jié)構(gòu)和演化過(guò)程。利用獲取的星系樣本，天文學(xué)家還可以測(cè)繪上百億光年范圍內(nèi)的暗物質(zhì)分布地圖。

中科院國(guó)家天文臺(tái)研究員 巡天光學(xué)設(shè)施責(zé)任科學(xué)家 詹虎：巡天空間望遠(yuǎn)鏡在論證的初期，就提出了宇宙學(xué)和星系科學(xué)方面的主要研究方向，所以這兩個(gè)方向應(yīng)該是它一個(gè)驅(qū)動(dòng)性的科學(xué)目標(biāo)，同時(shí)它也可以覆蓋像銀河系、恒星、黑洞、太陽(yáng)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。