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世界上形形色色的“奇葩”小望远镜②

来源:光明网2019-09-05 18:03

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  上一篇我们介绍了在探索伽玛射线暴、超新星上大放光彩的小望远镜,但天文学所研究的领域却是非常的多,比如我们所好奇的暗物质以及太阳系外行星等,那么在这些方面做出突出贡献的“奇葩”小望远镜都是谁呢?

  1、蜻蜓望远镜头阵列:48台口径14厘米的望远镜头

  蜻蜓望远镜头阵列(The Dragonfly Telephoto Array),是由美国耶鲁大学和加拿大多伦多大学等单位的天文学家设计的一台新颖特殊的望远镜,共由2组各有24台(即共有48台)佳能400mm f/2.8 II长焦镜头改造组成的折射多透镜阵列,专门用于对较大的且表面亮度极低的天体进行光学波段图像观测。

世界上形形色色的“奇葩”小望远镜②

低表面亮度的超弥散星系NGC 1052-DF2 图片来源:https://s22380.pcdn.co/wp-content/uploads/NGC_1052_UDG_480px.png

  顾名思义,低表面亮度天体的特点就是表面亮度低,甚至低于天光背景,因此如果想要观测它们,除了加长曝光时间外,还要考虑天光背景的扣除。传统的反射式望远镜容易受亮星造成的散射光的影响,因此很难观测到超低表面亮度星系。

  而蜻蜓阵列这样的小型折射式望远镜则能很好地抑制散射光的影响,观测到这些暗弱的天体。蜻蜓阵列使用的是佳能400mm远摄长焦镜头,每个镜头都采用了基于仿生学原理的亚波长结构纳米镀膜技术,能有效抑制散射光。

  此外,蜻蜓阵列通过多个镜头同时成像,类似于蜻蜓复眼结构,可进一步减少不必要的杂光影响,这也是该阵列取名为“蜻蜓”的原因。再结合蜻蜓阵列的快速光学和大视场(每个镜头都配备有大视场即覆盖约5平方度的探测器),使得该阵列能非常有效地探测超低表面亮度星系。

  蜻蜓阵列2013年开始运行,早期仅有3个镜头,经过不断的更新,到2016年时,增加到目前的48个。48个镜头组成的蜻蜓望远镜头阵列在光学上等价于焦比为f/0.4的口径1.0米的折射望远镜,因此它也可以称之为目前最大最敏感的透镜阵望远镜。

  独特的设计使得蜻蜓阵列在观测超低表面亮度星系方面有着得天独厚的优势,目前蜻蜓阵列仍在持续不断地搜寻和观测这类暗弱星系,已找到二十多个低表面亮度的弥散星系。越来越多的低表面亮度星系的发现,有助于研究这类星系的形成,并进一步加深对暗物质性质及分布等的研究和理解。

世界上形形色色的“奇葩”小望远镜②

蜻蜓望远镜头阵列两组中的一组 图片来源:https://www.dragonflytelescope.org/uploads/1/2/0/1/120152565/nms-july17-21_orig.jpg

  2、TESS卫星:4台口径10厘米的空间望远镜

  TESS卫星(The Transiting Exoplanet Survey Satellite)是由美国麻省理工学院领头研发的、通过凌星法进行系外行星巡天观测的卫星。TESS卫星2018年4月18日发射升空,由4个相同的有效口径10厘米且视场为24度×24度的小望远镜组成,因此可以一次监测24度×96度的天区,每个天区连续监测27天,此外对于特定目标以每2分钟一次的高频进行监测。

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TESS卫星 图片来源:https://tess.mit.edu/

  作为系外行星探测任务之一,TESS接棒Kepler任务,同样也是采用“凌星法”来搜寻系外行星。Kepler是目前最成功的太阳系外行星搜寻项目,它将人类发现的太阳系外行星数量提高了一个数量级。但Kepler只指向天鹅座中一块很小的特定天区,位于南半球的大望远镜鞭长莫及,且获得的候选体多数偏暗,不适合北半球中小口径地基望远镜开展更进一步的后随观测研究。

  TESS则用4台小望远镜同时扫描,相当于4只“眼睛”巡视全天,将在2年的任务期内完成对全天20万颗亮星进行高频的光变观测,并第一时间免费发布大量太阳系外行星候选体,位于全球的中小口径望远镜都将找到用武之地,加入这场捕捞太阳系外行星的狂欢。

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凌星法发现系外行星 图片来源:https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/transiting-exoplanet-with-brightness-graph-anim.gif

  TESS预计将发现几十颗地球大小的太阳系外行星和多达500颗小于两倍地球大小的行星。除了地球尺度的行星,TESS还有望发现约20000颗其他太阳系外行星。

  值得一提的是,TESS的观测目标大部分距离地球比较近,若真能发现适宜居住的另外一颗地球,也将比Kepler发现的地球2.0离地球更近,未来可进一步探测或利用的几率也更高些,太阳系外行星的研究正进入一个振奋人心的新时代。

  这些小身材望远镜是天文学家们的“眼睛”,未来,希望它们可以发挥更大能量帮助我们了解宇宙!

  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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