把星光變成照片 墨子巡天望遠(yuǎn)鏡運行百天獲16500幅圖像
今年9月,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)-中國科學(xué)院紫金山天文臺大視場巡天望遠(yuǎn)鏡——墨子巡天望遠(yuǎn)鏡正式啟用。
墨子巡天望遠(yuǎn)鏡位于海拔4000多米的青海冷湖天文觀測基地,也是目前全球光學(xué)時域巡天能力最強大的設(shè)備。 “墨子巡天”,“巡天”是什么意思?為什么要巡天呢?
宇宙中存在劇烈活動的天體,是研究重大物理問題的天然實驗室。重復(fù)觀測同一個“天區(qū)”,找出亮度或位置會隨時間而變化的天體,叫做“時域巡天”。這種時域天文學(xué)研究,在引力波探測、系外行星搜尋、銀河系中心超大質(zhì)量黑洞探測等領(lǐng)域具有重要意義。
作為目前全球光學(xué)時域巡天能力最強大的設(shè)備,“墨子”擁有一批硬核關(guān)鍵技術(shù)。比如薄鏡面面型主動矯正技術(shù),能夠達(dá)到的平整度相當(dāng)于一個足球場的大小,起伏不超過一根頭發(fā)絲。硬核在身,所以墨子巡天望遠(yuǎn)鏡運行才幾個月,就探索到了宇宙深處一些不為人知的時變天體,取得了多個初步成果。
把星光變成照片 “墨子”彰顯硬核實力
墨子巡天望遠(yuǎn)鏡近日剛拍攝到最新仙女座星系照片。仙女座,是從地球上人類肉眼能看到的最遠(yuǎn)星系。來自仙女座的光,走了252萬年,才到達(dá)地球。讓我們沿著星光凝視地球的軌跡,從逆向來看墨子巡天望遠(yuǎn)鏡的眼睛,認(rèn)識它的各種硬核能力。
墨子巡天望遠(yuǎn)鏡總設(shè)計師 孔旭:我來介紹一下,這是我們望遠(yuǎn)鏡的圓頂,上面有個天窗,星光就從天窗到達(dá)望遠(yuǎn)鏡的本體。接下來,我們到望遠(yuǎn)鏡的圓頂里面,詳細(xì)了解星象的成像過程。星光從望遠(yuǎn)鏡的天窗進(jìn)來,直接打到望遠(yuǎn)鏡的主鏡。
當(dāng)“鏡頭蓋”徐徐打開,主鏡正式亮相。它的口徑是2.5米,厚度為12厘米,像一張巨大的CD碟片。表面映出的鋼架倒影,清晰得就像鋼架本身一樣。
墨子巡天望遠(yuǎn)鏡總設(shè)計師 孔旭:(主鏡)上是一層銀色的鋁反射膜。星光打到鏡面上以后,通過反射膜,反射到主焦裝置上去。鏡面可以隨時調(diào)整形狀,使得它任何時候都能完美地成像。這是我們一個硬核技術(shù)——薄鏡面面型主動矯正技術(shù)。
光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的觀測波段在360納米到920納米之間,波長越短,對鏡面的平整度的要求就越高。熱脹冷縮、重力乃至氣流,都會小小地改變鏡面的形狀。鏡面越大,保持精度越困難。
墨子巡天望遠(yuǎn)鏡總設(shè)計師 孔旭:在鏡面背后看不見的地方,有54個主動的光學(xué)支撐點,它們可以根據(jù)鏡面的形狀來實時改變力的大小,面型主動矯正技術(shù),每照一張照片,鏡面都主動改變一次形狀。它能達(dá)到多高的平整度呢?相當(dāng)于一個足球場大小的平面,起伏不超過一根頭發(fā)絲。
每三個晚上,墨子巡天望遠(yuǎn)鏡就能巡測一遍整個北天球。作為望遠(yuǎn)鏡的核心,這塊寶貝主鏡該如何養(yǎng)護(hù)?方法比想象中簡單。
墨子巡天望遠(yuǎn)鏡總設(shè)計師 孔旭:如果灰塵比較少,我們就用風(fēng)吹把它(灰塵)吹掉,如果特別臟的話,我們就給它重新鍍膜。
主鏡面的正上方,是望遠(yuǎn)鏡的主焦裝置,它看上去和相機鏡頭很相似。星光先照到望遠(yuǎn)鏡的主鏡,再反射到主焦裝置,穿過內(nèi)部的七塊透鏡,達(dá)到主焦相機。這臺主焦相機,也包含了相當(dāng)硬核的技術(shù)。
墨子巡天望遠(yuǎn)鏡總設(shè)計師 孔旭:它就相當(dāng)于我們?nèi)搜鄣囊暰W(wǎng)膜。這個相機有一個很大的特點,它的靶面很大。一般相機成像面(邊長)也就兩厘米大小,這個望遠(yuǎn)鏡的相機的靶面很大,(邊長)是32.5厘米,是國內(nèi)最大靶面的相機,同時在國際也屬于先進(jìn)。
墨子巡天望遠(yuǎn)鏡的探測器由9塊10厘米見方的電荷耦合器件CCD拼接而成。每一塊CCD上都排布著9000行9000列的像元。它能拍出的照片尺寸驚人,清晰度極高。一張照片,需要90塊4k超高清的電視顯示屏才能把照片的全尺寸顯示出來,10公里外的一個乒乓球都能看清。薄鏡面面形主動矯正技術(shù)和大靶面CCD拼接相機,由項目團(tuán)隊在國外技術(shù)封鎖、無從借鑒的情況下努力開發(fā),他們用最短的時間,實現(xiàn)了核心技術(shù)的原創(chuàng)突破,大大提高了我國的時域天文觀測能力,達(dá)到國際先進(jìn)水平。
運行百天 墨子巡天望遠(yuǎn)鏡獲16500幅圖像
今年9月17日,由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和中國科學(xué)院紫金山天文臺聯(lián)合研制的墨子巡天望遠(yuǎn)鏡正式啟用,到現(xiàn)在已過百天。正式啟用以來,墨子巡天望遠(yuǎn)鏡都有哪些發(fā)現(xiàn)呢?繼續(xù)跟隨記者去了解。
總臺央視記者 卞曉妍:這里就是墨子巡天望遠(yuǎn)鏡的控制室了,所拍攝的照片,工作人員不僅可以在這里實時查看,而且在數(shù)千公里之外,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和中國科學(xué)院紫金山天文臺實驗室內(nèi),研究人員也可以實時查看這些照片。
墨子巡天望遠(yuǎn)鏡總設(shè)計師孔旭,正和工作人員一起看望遠(yuǎn)鏡拍的新照片。這是目前世界上拍到的最大視場的仙女座星系高分辨率圖像。
墨子巡天望遠(yuǎn)鏡總設(shè)計師 孔旭:這張是首光儀式(9月17日)發(fā)布的圖片,是望遠(yuǎn)鏡早期拍攝的圖片。這張是后來,望遠(yuǎn)鏡性能進(jìn)一步提升以后拍的照片??梢钥吹胶髞砼臄z的照片把星系外面比較暗的區(qū)域都拍攝出來了。說明我們望遠(yuǎn)鏡在經(jīng)過一段時間的調(diào)試后,性能得到進(jìn)一步提升。
2023年9月17日首光儀式以來,墨子巡天望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)拍攝16500幅圖像,并在黑洞潮汐撕裂恒星事件、伽馬暴、變星和小行星監(jiān)測等領(lǐng)域取得了一系列早期科學(xué)成果,獲得6萬多顆小行星的20萬次位置觀測數(shù)據(jù),新發(fā)現(xiàn)近地小行星4顆。
冷湖天文觀測基地 打造世界級天文臺址
墨子巡天望遠(yuǎn)鏡所在的青海冷湖天文觀測基地,本身就是一個非?!坝埠恕钡拇嬖凇_@里具有極其優(yōu)良的觀測條件,正在被打造成為世界級的光學(xué)天文臺址。
天文臺址的選擇,要求嚴(yán)苛:一要看得見,即云覆量?。欢吹猛?,即大氣要稀薄;三要看得真,即透明度好;四要看得清,即視寧度佳;五要看得深,即無光害或少光害;六要看得長,即晴夜數(shù)要多。
地球上,能夠共同滿足這些條件的地方并不太多。在冷湖天文基地建成之前,放眼中緯度地區(qū),主要有三個世界級的天文臺址:分別位于美國夏威夷群島的莫納克亞火山口附近、智利北部的阿塔卡馬沙漠和北非外海上的加那利群島。但這三個臺址都位于西半球,全世界的天文學(xué)家都期待著,在歐亞大陸找到一個合適的天文臺臺址。冷湖天文觀測基地的出現(xiàn),改變了世界的光學(xué)天文觀測格局。
我們從西寧出發(fā),向西飛過茫茫戈壁,到阿爾金山腳下,再開車4小時才能來到一個叫做冷湖的小鎮(zhèn)。從冷湖再開100多公里,才能到達(dá)冷湖天文基地坐落的賽什騰山。
賽什騰山氣候干燥,天氣晴朗,每天有將近10個小時的日照,每年天文觀測的可用時間高達(dá)300天。在位于海拔4200米的墨子巡天望遠(yuǎn)鏡工作平臺,能看到天際有一條很明顯的分界線,這是柴達(dá)木盆地里的浮塵和純凈的天空之間的界限。分界線大概在海拔3200米的位置。山下天空灰蒙蒙,山頂依然藍(lán)天,幾乎不受灰塵的影響。
除了得天獨厚的自然條件,當(dāng)?shù)卣€把賽什騰山周圍50公里范圍設(shè)置為暗夜保護(hù)區(qū),杜絕了光污染的干擾。從天文觀測臺址的專業(yè)質(zhì)量要求來看,已經(jīng)達(dá)到國際一流水平。截至目前,青海冷湖天文觀測基地已有11家科研單位12個望遠(yuǎn)鏡項目落地,全部建成后,這里將成為亞洲最大的天文觀測基地。
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