全球最大光学望远镜 中国参与核心技术研发
全球最大的天文望远镜之一TMT,于2011年在美国夏威夷莫纳克亚山(MaunaKea)开工建设,预计2018年建成投入使用,项目概算约为10亿美元,美国、加拿大、日本等多个国家正式加入其中,中国和印度以观察员身份参与。
TMT望远镜是新一代地基巨型光学/红外天文观测设备,集光口径为30米,工作在0.31-28纳米波段。因此,TMT集成了当代大口径望远镜最顶尖的高新技术。
记者了解到,除了资金参与,中国在镜面、自适应光学设备以及其他机械设备等方面,都将参与这项计划。国家天文台南京天光所,联合中科院长春光机所、光电所、理化所等单位,开展了该计划中的多项核心技术的研发。
中科院国家天文台台长助理、TMT项目部经理薛随建介绍,国家天文台联合中科院有关院所承担了TMT主光学系统、激光引导星系统、激光器系统等多项核心技术研发工作,为这个项目的推进作出了重要贡献。
TMT主镜拼接精度要求极高,需达到光照上去看不到接缝的程度。中国通过2008年完成的LAMOST望远镜项目,对此已有技术储备。因此,国家天文台南京天光所主要负责TMT主镜子镜单元高精度磨制技术的研发,以及部分子镜的加工任务。同时,国家天文台南京天光所还参与了TMT“首光”科学仪器的设计研发工作。因为在TMT开始科学观测的初期,将先安装3台“首光”设备,包括红外成像摄谱仪、红外多目标摄谱仪和宽视场光学摄谱仪。这些设备能充分利用TMT的高灵敏度及高分辨率,提供前所未有的成像能力。
另外,TMT的光路结构极具特色——来自遥远天体的星光先被具有主动光学功能的主镜收集,汇聚到副镜,再反射到可以360度转动的第三镜,最后被送入装有自适应光学矫正系统的科学仪器中。这种特殊的结构使TMT在持续观测、切换设备、更换子系统时更方便,帮助天文学家在更短时间内进行更多不同类型的观测。中科院长春光机所则主要负责TMT第三镜及其驱动机构的设计、制造工作。而起着主要传输作用的第三镜,在光学精度、机械精度等方面均面临世界级挑战。
因为大气中存在湍流、密度分层等现象,会对观测形成干扰,这就需要自适应光学系统进行矫正。所谓自适应光学系统,就是通过向空中发射高能激光,在高空制造人工“导星”,并不断对其检测,再借助变形镜高速精密的调整,使图像清晰锐利。光电所则承担了TMT激光导星子系统的设计制造。
带动相关技术快速提升
中国科学家不仅为这个全球最大的天文望远镜项目作出了重要贡献,通过这个项目,也使中国相关领域内的技术水平得到快速提升。
此前很长时期,中国的天文望远镜研究与国外有着一定的差距。
中国科学院国家天文台首席科学家王俊杰告诉记者,十九世纪八十年代,国外已有1.8米级的天文望远镜,而中国直到上世纪八十年代,才建成2米级的天文望远镜,目前口径最大的望远镜,其有效口径也才为4米,这也影响了国内在天文观测方面的研究,“没有设备,没法和别人竞争。”
同时,自主制造大口径的望远镜也面临许多困难,一个是造价比较高,比如TMT项目投资超过10亿美元;另外,在有些领域技术也达不到。因此,建立大口径光学望远镜需要多国合作,目前,国际上没有其他国家在中国的台址上建造大口径望远镜,因此出资参与国外的望远镜项目也是选择之一。
正是在考虑了多方面的情况后,2009年底中国科学院国家天文台以观察员身份正式加入国际三十米望远镜项目(TMT),其后启动了在这个全球最大的天文望远镜项目上的科技合作。
如果中国最终能成为合作伙伴之一,当TMT天文望远镜建成后,中国将分享与实物贡献成比例的TMT的观测时间,获得科学回报,并通过承担TMT核心技术任务,带动相关高技术发展。