中國(guó)打造旗艦級(jí)太空望遠(yuǎn)鏡 將有助揭示宇宙演化奧秘

中國(guó)空間站望遠(yuǎn)鏡藝術(shù)構(gòu)想圖 受訪者供圖

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)、中國(guó)空間站望遠(yuǎn)鏡科學(xué)工作聯(lián)合中心主任劉繼峰向記者表示，預(yù)計(jì)于2023年發(fā)射的中國(guó)空間站望遠(yuǎn)鏡非常有氣勢(shì)，大小相當(dāng)于一輛大客車(chē)，立起來(lái)有三層樓高。它的口徑為兩米，與美國(guó)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的口徑相當(dāng)，而視場(chǎng)比哈勃望遠(yuǎn)鏡大350倍。

“視場(chǎng)就是望遠(yuǎn)鏡能夠看到宇宙的視野，哈勃望遠(yuǎn)鏡的視野大概是我們手伸直后一個(gè)指甲蓋大小的1/100，它已觀測(cè)宇宙30年，但它所有的數(shù)據(jù)只占夜空中很小的一部分。”中國(guó)空間站望遠(yuǎn)鏡科學(xué)數(shù)據(jù)責(zé)任科學(xué)家李然說(shuō)。

“我們的望遠(yuǎn)鏡非常適于巡天，可以比較快地完成大范圍宇宙觀測(cè)。”中國(guó)空間站望遠(yuǎn)鏡巡天光學(xué)設(shè)施責(zé)任科學(xué)家詹虎說(shuō)。

已參與該項(xiàng)目十多年的詹虎介紹，這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡最初是被設(shè)計(jì)放在中國(guó)空間站上，但這樣觀測(cè)會(huì)受到限制，最終采取的方案是與空間站共軌獨(dú)立飛行，它自身攜帶燃料，需要時(shí)可與空間站對(duì)接進(jìn)行補(bǔ)給、維修和設(shè)備更新?lián)Q代。它已規(guī)劃的任務(wù)壽命是10年，通過(guò)維修可以不斷延長(zhǎng)其壽命。

他說(shuō)，從目前全球規(guī)劃看，在2025年至2035年間中國(guó)空間站望遠(yuǎn)鏡在其工作的近紫外至可見(jiàn)光波段內(nèi)將可能是能力最強(qiáng)的太空巡天望遠(yuǎn)鏡，其設(shè)計(jì)指標(biāo)在很多方面都是世界領(lǐng)先的。

“目前中國(guó)雖已是航天大國(guó)，但空間天文發(fā)展還相對(duì)滯后，這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡對(duì)于中國(guó)科學(xué)家是非常難得的機(jī)遇，我們希望它能帶來(lái)激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)人類(lèi)對(duì)宇宙認(rèn)知的突破。”詹虎說(shuō)。

詹虎介紹，這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡采用離軸光學(xué)系統(tǒng)，安裝了5臺(tái)第一代觀測(cè)儀器，包括巡天模塊、太赫茲模塊、多通道成像儀、積分視場(chǎng)光譜儀、系外行星成像星冕儀。

李然說(shuō)，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是由三十塊探測(cè)器拼起來(lái)，每一塊都比哈勃的探測(cè)器更大，也具有更多的像素?cái)?shù)。運(yùn)行后，它將成為太空中最大的相機(jī)。

宇宙演化藝術(shù)想象圖 新華社記者 賀萌 繪制

“這就好比山上有一群羊，哈勃望遠(yuǎn)鏡看到其中一只羊，我們可以把幾千幾萬(wàn)只羊都拍下來(lái)，而且每一只都和哈勃望遠(yuǎn)鏡看到的一樣清楚。”李然說(shuō)。

他介紹，作為中國(guó)最昂貴的空間天文設(shè)施，它的主要任務(wù)是有助解答宇宙最基本的問(wèn)題，比如暗物質(zhì)、暗能量是什么，星系如何演化，幫助人類(lèi)去理解宇宙。它會(huì)給超過(guò)40%的夜空區(qū)域拍照，相當(dāng)于把宇宙的一塊切回來(lái)放到地球上，這些圖像會(huì)被數(shù)字化，產(chǎn)生非常大的數(shù)據(jù)量，全球科學(xué)家都可以用這些信息開(kāi)展研究。

中國(guó)空間站望遠(yuǎn)鏡將幫助天文學(xué)家觀測(cè)超過(guò)10億個(gè)星系，確定這些星系的位置、形態(tài)、亮度，并繪制出宇宙的結(jié)構(gòu)和演化。

“我們已經(jīng)知道宇宙是膨脹的，也可以測(cè)出當(dāng)前的膨脹速率。但宇宙膨脹的速率是不是變化的，到底是什么支撐宇宙的膨脹？這是當(dāng)今物理學(xué)最關(guān)鍵的問(wèn)題之一。天文學(xué)家將通過(guò)中國(guó)空間站望遠(yuǎn)鏡研究宇宙中物質(zhì)的演化，去測(cè)量宇宙的膨脹歷史，這有望揭開(kāi)新物理學(xué)邊疆的面紗。”李然說(shuō)。

它還可以幫助天文學(xué)家繪制接近100億光年的暗物質(zhì)地圖，以推測(cè)暗物質(zhì)是什么，去解答宇宙的另一基本問(wèn)題。

此外，這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡還可以檢驗(yàn)廣義相對(duì)論是不是在宇宙尺度上依然成立，限定中微子質(zhì)量的上限，幫助人類(lèi)了解宇宙最初的狀態(tài)。

“它還能做很多非常有趣的觀測(cè)研究，比如它可以繪制出精確的銀河系塵埃地圖，觀測(cè)超大質(zhì)量黑洞如何吞噬物質(zhì)，通過(guò)高對(duì)比度直接成像，拍攝研究暗弱的系外行星，有可能發(fā)現(xiàn)新的特殊的天體。”詹虎說(shuō)。

“它還可以觀察太陽(yáng)系中的大行星。比如天王星還沒(méi)有軌道探測(cè)器去觀測(cè)過(guò)，它的軌道周期為80多年，哈勃望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)監(jiān)測(cè)了很多年，等中國(guó)空間站望遠(yuǎn)鏡升空后，哈勃望遠(yuǎn)鏡可能不再工作，所以人類(lèi)要想知道天王星在一個(gè)完整軌道周期里是怎樣的，中國(guó)可以貢獻(xiàn)這部分知識(shí)。”李然說(shuō)。

這樣一臺(tái)多才多藝的太空望遠(yuǎn)鏡基本上把整個(gè)中國(guó)天文界都吸引來(lái)了。

“中國(guó)天文學(xué)家在光學(xué)波段還從沒(méi)有這么好的儀器，這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡將使中國(guó)光學(xué)天文走到世界前沿，獲得作出重要貢獻(xiàn)的機(jī)會(huì)，能為中國(guó)培養(yǎng)出一代世界級(jí)科學(xué)家。它會(huì)帶來(lái)非常精美的宇宙圖片，可以讓普通人真切地感受、理解宇宙，對(duì)社會(huì)的影響將是巨大的。”李然說(shuō)。

據(jù)介紹，中國(guó)航天科技集團(tuán)、中科院的多家科研機(jī)構(gòu)參與了這一望遠(yuǎn)鏡的建造。載人航天工程依托國(guó)家天文臺(tái)成立的望遠(yuǎn)鏡科學(xué)工作聯(lián)合中心負(fù)責(zé)組織科學(xué)研究工作，并開(kāi)發(fā)科學(xué)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。