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世界上形形色色的“奇葩”小望远镜①

来源:光明网2019-09-04 11:06

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  天文学是一个追求极限的学科。随着天文学及现代科技的不断发展,在人类不断追求看得更远更暗的极致需求下,天文学领域已迎来望远镜口径越建越大的时代。但小口径望远镜因其“小身材、大能量”的较高性价比,通过独具匠心的设计,在某些具有特色的研究领域仍备受青睐。今天我们先来认识两台让在伽玛射线暴、超新星等前沿科学领域大有作为的“奇葩”小望远镜。

  1、地基广角相机阵(GWAC):36台口径18厘米的宽视场望远镜

  地基广角相机阵(Ground Wide Angle Cameras,简称GWAC)是中法合作天文卫星SVOM(Space-based multiband astronomical Variable Objects Monitor)的地基观测设备。SVOM卫星的主要科学目标是伽玛射线暴(Gamma-Rays Burst,GRB)研究。GRB是仅次于宇宙大爆炸的最为高能天体物理现象,由大质量恒星(超过20倍太阳质量)的死亡爆炸或致密双星(如中子星或黑洞)并合产生。

世界上形形色色的“奇葩”小望远镜①

  GRB与SVOM卫星艺术图(Wei et al. 2016)

  SVOM卫星预计2021年发射,配套的地基观测设备包括地基后随观测望远镜(Ground Follow-up Telescopes,GFTs)和GWAC。其中,GFTs包含两台自动化望远镜,一台由法方提供(位于墨西哥,口径1.3米,观测波段覆盖光学和近红外波段,即0.4-1.8μm),一台由中方提供(位于中国,口径1.0米,观测波段覆盖0.4-0.95μm)。在接收到SVOM卫星观测到的GRB预警(Alert)信号后,GFTs可在4分钟之内快速准确地定位出GRB的位置(定位精度为1角秒),对GRB进行多波段测光,并给出测光红移。

世界上形形色色的“奇葩”小望远镜①

  SVOM卫星及其地基观测设备(Wei et al. 2016)

  作为SVOM卫星的另一个重要地基观测设备,GWAC则全由中方提供,包含36台有效口径为18厘米、焦距22厘米的宽视场望远镜,单个视场为150平方度,综合视场达到约5000平方度,V波段极限星等约为16.0星等,观测波段覆盖0.5-0.85μm。

世界上形形色色的“奇葩”小望远镜①

  GWAC(韩旭辉摄)

  GWAC指向SVOM卫星上的天基广角硬X射线相机ECLAIRs(覆盖波段4-250KeV)观测的天区,可实现在光学波段与SVOM天基设备同步探测GRB的多波段辐射特性。传统的小望远镜视场小(几角分到几十角分)且转动速度慢,很难观测到GRB的瞬时光学辐射。而由36台18厘米的小望远镜组成的GWAC,则因其大视场(5000平方度)、高时间分辨率(短于15秒)等优点,在GRB瞬时光学辐射探测研究方面意义非凡。

  2、全天自动超新星巡天项目(ASAS-SN):24台口径14厘米的望远镜

  全天自动超新星巡天项目(All-Sky Automated Survey for Supernovae,简称ASAS-SN)是由美国俄亥俄州立大学牵头的国际合作项目,由遍布全球(美国夏威夷州、智利、美国德克萨斯州、南非、中国)的6个望远镜节点系统(有2个节点系统位于智利)组成。其中每个望远镜节点系统包含4台口径14厘米的小望远镜。6个遍布全球的望远镜节点系统,使得ASAS-SN共包含24台14厘米的望远镜,在不超过一个观测夜里就可以对整个可观测天空(约3万平方度)扫描一遍,g波段极限星等约为18.5星等。

世界上形形色色的“奇葩”小望远镜①

  位于美国夏威夷的ASAS-SN望远镜(图片来源:http://www.ifa.hawaii.edu/info/press-releases/ASASSN_IceCube/ASAS_SN_telescope.jpg)

  ASAS-SN是历史上首个持续不断地监测整个天空从而搜寻光学瞬变源的项目。ASAS-SN项目始于2014年5月,通过对全天进行高频的扫描,搜寻亮的包括超新星在内的瞬变源。截至2019年6月,ASAS-SN已累计发现1000颗超新星!超新星是宇宙中大质量的恒星(超过8倍太阳质量)在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸过程,亦或白矮星从伴星吸积超过1.4倍太阳质量后的爆炸过程(这种类型的超新星称为Ia型超新星,是宇宙学尺度上的距离指示器)。如果能在在爆炸的瞬间捕获它们,发现更多的超新星,对我们深入了解这类天体、研究恒星演化甚至宇宙学都是非常重要的。

世界上形形色色的“奇葩”小望远镜①

  超新星艺术图(图片来源:http://www.astronomy.com/sitefiles/resources/image.aspx?item={037E1BB1-7E76-4BF2-AAF4-C3140F775C0F})

  相较于口径8.4米的LSST (Large Synoptic Survey Telescope),ASAS-SN可被类比为它的mini版。LSST位于南半球,主要观测南天约18000平方度内的暗弱天体(r波段极限星等为24.5),但无法观测比较亮的天体,因为会造成CCD相机饱和。而ASAS-SN因分布于南北半球且口径较小,能实现对全天的比较亮的天体的高频观测,与LSST及其他时域项目实现很好的互补。另外,ASAS-SN发现的亮的瞬变源,也比较容易用中等口径望远镜进行后续深入观测,因此有着独特的价值。

  参考文献:

  [1] Wei J., Cordier B. et al., The Deep and Transient Universe in the SVOM Era: New Challenges and Opportunities - Scientific prospects of the SVOM mission, 2016arXiv161006892W;

  [2] http://www.gwac.top/

  [3] https://svom.cnes.fr/en/SVOM/GP_segment_sol.htm

  [4] http://www.astronomy.ohio-state.edu/~assassin/index.shtml

  [5] Kochanek C. S., Shappee B. J. et al., The All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN) Light Curve Server v1.0, 2017, PASP, 129, 104502

  [6] https://www.dragonflytelescope.org/

  [7] https://tess.mit.edu/

  [8] https://exoplanets.nasa.gov/tess/

  作者:任娟娟,系国家天文台副研究员。主要从事恒星物理研究;王汇娟,系国家天文台星云计划研究员。主要从事恒星物理研究。

[ 责编:蔡琳 ]
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