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

  • 第二艘国产大型邮轮计划3月20日出坞

  • 北京至雄安新区开通定制快巴

独家策划

推荐阅读
分享几个故事,一起走进地球科学的世界。
2026-03-16 18:39
工业和信息化部、财政部、国家发展改革委日前印发《关于开展氢能综合应用试点工作的通知》。通知提出,通过城市群试点,将氢能应用场景由燃料电池汽车向交通、工业等具备条件的多元领域拓展。
2026-03-17 09:35
图为3月16日在北京航天飞行控制中心屏幕上拍摄的神舟二十一号乘组航天员工作的画面。据悉,张陆已累计进行6次舱外活动,成为目前在舱外执行任务次数最多的中国航天员之一。按计划,飞行任务期间还将实施航天员乘组出舱活动,持续开展相关科学实验与技术试验。
2026-03-17 09:35
OpenClaw类智能体出现有标志意义,但仍需从严把控安全风险,未雨绸缪引导科技发展向上、向善。
2026-03-17 09:34
近日,“今明两年或成历史最热年份”“地球或将迎超级厄尔尼诺现象”等相关话题冲上网络热搜,引发公众广泛关注。“总体来看,今年下半年赤道中东太平洋处于厄尔尼诺状态的可能性较大,但目前尚无法准确预测其具体形成时间和总体强度。
2026-03-17 09:34
水利部水文司司长刘志雨介绍,2015年9月,水利部和自然资源部按照“统一布局、分工协作、避免重复、信息共享”原则,联合启动实施国家地下水监测工程。未来十年,国家地下水监测站网将更加科学、全面、精准地守护国家水资源安全,为精打细算用好水资源,从严从细管好水资源提供坚实保障。
2026-03-17 09:34
该学院依托浙江大学建立,旨在积极推动全球发展倡议落地见效,切实破解全球发展进程中的瓶颈性难题,有效凝聚多方智慧与力量,推动各国共同发展。
2026-03-16 12:35
他们用郭守敬望远镜光谱数据锁定目标对象,结合盖亚空间望远镜的高精度天体测量数据拼出基本“轮廓”,再用EBHIS射电巡天数据勾勒出星团周围的气体环境。他还公布了星团中最亮恒星的精确坐标——赤经01:50:46.6和赤纬+56:25:25.8,供天文爱好者定位追踪。
2026-03-16 09:32
不久前发表在《细胞》的研究,可能是张保才研究员与老师周奕华研究员科研生涯迄今“最高光”的时刻。张保才就在这一年到遗传发育所攻读博士,机缘巧合地进了这个新课题组,成为周奕华的“开山弟子”。
2026-03-16 09:31
回顾过去一年,“AI仿冒名人带货”“职业弹幕人”操控舆论、“大数据杀熟”等新型骗局取代传统假货,成为投诉“重灾区”。
2026-03-16 09:28
记者从中国航天科技集团获悉,2026年3月15日21时22分,我国在太原卫星发射中心使用长征六号甲运载火箭(又名长征六号改运载火箭),成功将遥感五十号02星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。
2026-03-16 09:27
酷暑难耐,即便身着薄衣,人还没动,汗先下来了。邹如强介绍,为验证实际调温效果,团队还将相变纤维织造成衣,并进行了多场景真人穿戴测试。
2026-03-16 09:21
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
加载更多