首页> 科普频道> 光明天文> 天文前沿 > 正文

盘一架30米的望远镜

来源:光明网2019-03-11 18:24

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  各类观测手段的发展,好比人的眼耳鼻舌身五感在不断加强。这其中光学望远镜的进步,便好比人类拥有了能够看得更远、更精微的眼睛。让我们跟随世界望远镜发展的脚步,一起到夏威夷莫纳克亚峰来盘一架30米的望远镜。

盘一架30米的望远镜

图1.三十米望远镜天文台 来源:www.tmt.org

  三十米望远镜是什么?

  名词解释:

  三十米望远镜,英文名Thirty Meter Telescope, 简称TMT,是一台地基、光学-红外、主镜直径为30米的下一代、旗舰级望远镜,其台址位于夏威夷莫纳克亚峰。

  划重点:

  地基,指的是TMT像大多数望远镜一样建在地球表面上,而非在太空中运行。空间望远镜虽能不受地球大气影响,但造价高昂。将6.5米的JWST送往太空所需花费,远远远远超过一台30米的地基望远镜。而在自适应光学系统的帮助下,地基望远镜也能抵御大气扰动影响,大大提升观测能力(关于自适应光学系统,详见本公众号“观天者说-从功夫高手到绝地武士”)。

  光学-红外,指的是TMT的工作波段主要是光学和红外波段(以及部分紫外波段)。

  下一代,指的是TMT已在建设中,但尚未建成。按照目前情况推算,TMT大约将在2028年左右完成全部主体及第一代科学仪器建设,开始首光观测。

  旗舰级,指的是TMT将是开创望远镜的下一个时代,主宰未来数十年光学天文观测的望远镜之一。

  台址,TMT建设地点夏威夷莫纳克亚峰,堪称世界顶级天文观测台址。由于原住民抗议,TMT经多年努力,方在2018年10月最终获得土地使用权。

盘一架30米的望远镜

图2.TMT剪影 来源:www.tmt.org

  比篮球场还大的主镜

  主镜的口径是一台光学望远镜最重要的代表性指标,望远镜的观测能力、技术难度、成本造价都随口径增长而大幅提升。

  TMT主镜的直径30米,作为对比,一个标准篮球场的尺寸是28*15米。想想看,这是一面比篮球场还要大得多的镜子!这样大的镜面已不可能一体铸就,而是采用492面1.44米的六角形非球面子镜精密拼接而成。每一面子镜的背后都有着复杂的支撑结构,可以按照要求对镜面进行“微整形”,抵御外界重力等变化的侵袭,达成“百镜如一”“俯仰不动”的成就。

盘一架30米的望远镜

盘一架30米的望远镜

图3.TMT主镜及与篮球场对比图 来源:www.tmt.org

  或者有人会问,FAST这样500米口径的望远镜都已经建成了,区区30米的望远镜又有何难?还真非常难!这两者的工作波长不一样,建设难度不能以口径来简单比较。举个例子,望远镜主镜的加工精度一般和观测波长在同一个量级,FAST是射电望远镜,反射面精度要求大约分米级,而TMT是光学望远镜,镜面的加工精度需要达到10-7米——一根头发丝直径的百分之一。

  30米的望远镜能干嘛?

  人为什么要登山?因为山在那里。

  人为什么要建设更大的望远镜?因为宇宙在那里。

  我们总爱问一台望远镜能看多“远”,但其实,抛开“目标亮度”奢谈“观测距离”等于耍流氓。对望远镜而言,每当口径增大一倍,对同样亮度的天体目标,我们就能看得更远一倍。TMT的口径是当前最大望远镜的3倍,那么同样的亮度的天体,它能探测此前3倍远的距离。

  除了距离以外,我们还会问望远镜能看得多清晰,称之为“分辨率”。望远镜的口径每增大一倍,它就能分辨的细节尺度就可以小一半。不同于射电波段的综合孔径技术能将放置在不同位置的小型望远镜组合成一面“超级”望远镜来增强分辨率,光学波段的干涉观测技术尚不很成熟,多数望远镜还是要依靠增大主镜口径的方法来增强自身分辨观测细节的能力。30米的望远镜,能让我们看得前所未有的清晰。

盘一架30米的望远镜

  图4.银河系中心黑洞周围恒星观测图。10米凯克望远镜+当前自适应光学系统、10米凯克望远镜+下一代自适应光学系统、30米望远镜+下一代自适应光学系统的清晰度对比。来源:http://www.astro.ucla.edu/~ghezgroup/gc/videos/tmt_anim_3panel_still.jpg

  望远镜口径增大所带给我们观测能力上的提升是全方位的。从暗物质、暗能量到星系、黑洞、星际介质、星云、恒星、系外行星、地外生命,天文学的几乎所有研究领域都将从中受益。2.5米的望远镜能够发现宇宙在膨胀,10米级的望远镜证明了宇宙在加速膨胀(2011年诺贝尔物理学奖),30米的望远镜又能带给我们什么呢?也许是关于宇宙终极命运的启示,也许是暗物质暗能量的真相,也许是黑洞与星系相互作用的奥秘,也许是地外生命的迹象,也许是第二地球的发现,更也许是那些人类还“不知道自己不知道”的宇宙秘密……(欲知详情,且看TMT Detailed Science Case: 2015。)

盘一架30米的望远镜

图5.TMT科学目标 来源:www.tmt.org

  谁在盘这样一台望远镜?

  诸如TMT这样的巨型望远镜技术难度高,投资更高达10亿美元以上,哪个国家也难以独自承担。作为人类共同的探索事业,三台下一代30米级望远镜(另外两台分别为25米的巨型麦哲伦望远镜和39米的欧洲极大望远镜)都是国际合作的产物。

  TMT国际天文台的建设各方包括:美国加州大学、加州理工学院、日本国立天文台、中国国家天文台、印度科技部和加拿大国家研究委员会。

  作为一台团结的望远镜、合作的望远镜,建设方各展神威承担一部分望远镜的建设工作。我国正在开展的研发就有:拼接镜面子镜单元制备(国家天文台南京天文光学技术研究所)、巨型能动科学转向镜(Giant Steerable Science Mirror,简称GSSM)全系统设计制造(长春光学精密机械与物理研究所)、激光器与激光导星系统(理化技术研究所、光电技术研究所)、科学仪器宽视场光学光谱仪(Wide-Field Optical Spectrometer,简称WFOS))和红外成像光谱仪(Infrared Imaging Spectrograph,简称IRIS)的多个子任务(南京天文光学技术研究所、中国科学技术大学、国家天文台、上海光学精密机械研究所、长春光学精密机械与物理研究所等等)、科学仪器制冷系统(理化技术研究所)、第二代科学仪器高分辨率光学光谱仪(High Resolution Optical Spectrograph,简称HROS)和中红外成像光谱仪(Mid-IR Camera, High-disperser & IFU spectrograph,简称MICHI)(十余家科研院所和大学参与)等等。

盘一架30米的望远镜

图6.TMT建设国际分工图 来源:www.tmt.org

  别看TMT现在“干干巴巴的,麻麻赖赖的”,5个国家几十个研究机构通力合作再盘它10年,这颗圆润润的大眼睛就将睁开,带我们领略宇宙更深处、更精微处的奥秘与风光。

盘一架30米的望远镜

图7.TMT夜晚观测图,激光导星自适应光学系统正在工作 来源:www.tmt.org

  作者:沈志侠,系国家天文台CTMT团组,副研究员,主要研究方向:巨型光学望远镜、星团、恒星丰度等。冯麓,系国家天文台CTMT团组,副研究员,主要研究方向:自适应光学技术、激光导星技术、大口径望远镜选址相关内容等。

  来源:国家天文台微信公众号

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 海南自贸港岛内居民“零关税”政策落地满月

  • 德黑兰再遭猛烈空袭

独家策划

推荐阅读
多牵头国际大科学计划  牵头组织实施国际大科学计划,是中国推动世界科技创新、应对全球共同挑战的重要路径,也是深度参与全球科技创新治理、加快建设科技强国的战略举措。
2026-03-13 10:03
12日,十四届全国人大四次会议表决通过了《中华人民共和国生态环境法典》。非洲“绿色长城”毛里塔尼亚国家署官员艾莎·穆罕默德·布哈里·娜迪称赞说,生态环境法典体现了中国系统性应对生态和气候问题的“长期坚定承诺”。
2026-03-13 10:02
谈及国际深海矿产开发局势,孙黎表示,当前全球深海采矿虽处于试验阶段,但各国布局势头迅猛,竞争日趋激烈。潘越建议,司法应该向社会积极传递“损害必偿、犯罪必究”的清晰信号,为海洋经济高质量发展清淤护航。
2026-03-13 10:12
当春风拂过河套平原,“沉睡”一冬的黄河“醒了”。
2026-03-13 10:08
3月12日,十四届全国人大四次会议表决通过《中华人民共和国生态环境法典》。根据代表意见,法典中增加了关于鼓励和引导使用再生水、推进生活节水的规定,并对未经批准擅自取用地下水的违法行为提高罚款上限。
2026-03-13 10:04
助力人与自然和谐共生  “十五五”时期,推进长江经济带发展、黄河流域生态保护和高质量发展,是一项重要工作。
2026-03-13 10:03
光明日报北京3月12日电 记者张晓华12日从国家航天局获悉,天问三号火星取样返回任务通过前期的技术攻关和深化论证,相关关键技术均取得突破性成果,工程主线正在开展初样研制,计划今年转入正样研制阶段,各项工作进展顺利。
2026-03-13 10:02
电子的单向开关,奠定了现代信息社会的基石。“在单原子层厚的石墨烯上,刻出一个大小精确、形状不对称的孔,无异于在头发丝上雕巨型画作。
2026-03-13 10:01
“十五五”时期,香港要主动参与国家战略布局,将自身的国际化优势、专业服务优势与国家的发展需求精准对接,为实现更高水平的开放合作贡献香港力量。在科研方面,香港科研基础扎实,有实力承担国家重大科研任务;香港科学家对参与国家科技计划、推动国家科技创新怀有很高的热情和积极性。
2026-03-12 10:30
心脑血管疾病已成为威胁我国人民生命健康的“头号杀手”。与此同时,心脑血管疾病发病及致残、致死呈现出明显的年轻化趋势,疾病负担持续加重,对我国推进健康中国建设、实现全民健康目标构成了挑战。
2026-03-12 10:30
对此,应该充分发掘当地的生态价值和文化价值,探索因地制宜的保护路径,保留浓郁“农味”与“地方味”,让古老农耕智慧、生态智慧在当代生活中延续生机、展现活力。这样不仅有助于实现农文旅融合发展,还能给我们的子孙后代保留良好的生态环境和生态景观,接续传承好丰厚灿烂的生态文化。
2026-03-12 10:30
今年政府工作报告提出,深化拓展“人工智能+”,促进新一代智能终端和智能体加快推广,推动重点行业领域人工智能商业化规模化应用,培育智能原生新业态新模式。张壮代表说,在竞逐人工智能创新的赛道上,柳州加速布局。
2026-03-12 10:30
记者詹媛11日从中国科技馆了解到,我国的科普大篷车项目自2000年启动实施以来,以“科普轻骑兵”的方式活跃在祖国大江南北,将前沿科技动态、趣味互动展品、优质科教资源送到基层公众身边。
2026-03-12 10:30
“龙虾”智能体通过整合调用通信软件和大语言模型,在用户本地电脑自主执行文件管理、邮件收发、数据处理等复杂任务。”魏亮说,有关方面也会持续做好安全监测,如发现相关安全风险将及时预警,为用户安全使用提供必要的技术支持。
2026-03-11 09:36
作为人类的“第二大脑”,AI for Science正在全球范围内引发科研范式的深刻变革,也成为全国两会期间代表委员关注的话题。3月7日,在全国政协十四届四次会议第二次全体会议上,全国政协委员、中国科学院院士周志华发言建议,以人工智能引领科研范式变革。
2026-03-11 09:36
全国政协委员、中国科学院院士、南京大学副校长周志华在接受光明网记者采访。
2026-03-11 07:00
以医工交叉+成果转化为抓手,凭借硬核科创成果精准攻坚,同时高标准建设国家药监局监管科学创新基地,为产业发展提供标准与工具支撑。
2026-03-11 09:33
作者:余有成 张立华 吴 飞(分别系中国人工智能学会副秘书长;复旦大学智能机器人研究院常务副院长、特聘教授;我国的独特优势,在于探索出一条“软件定义算力、算法驱动效能、人工智能+赋能场景”的创新路径。
2026-03-11 09:32
具体而言,在种植与流通环节,中药农业面临良种普及率不高、生产种植分散、标准化程度偏低等现实问题。可制定国家统筹的野生资源抚育与替代技术攻关清单,利用大数据监测价格与供给波动,增强产业链供应链韧性。
2026-03-11 09:31
光明日报北京3月10日电 记者张晓华从中国航天科技集团获悉,目前中国探月工程四期正稳步推进,2026年将研制发射嫦娥七号探测器,首次奔赴月球南极,寻找水冰存在的证据。中国航天科技集团五院研究员孙泽洲表示,在行星探测方面,未来我国还将发射天问三号和天问四号。
2026-03-11 09:30
加载更多