凯发k8国际首页登录|和希沙也|我国首个大型通用光谱望远镜开建 揭秘44米“巨眼

　　日前✿ღ★✿◈，上海交通大学宣布✿ღ★✿◈，由该校牵头建设的我国首个大型通用光谱望远镜JUST（Jiao-tong University Spectroscopic Telescope✿ღ★✿◈，简称JUST）落户青海冷湖并开启基建项目建设✿ღ★✿◈。JUST建成后✿ღ★✿◈，将标志着国产大型通用光谱望远镜实现新的突破✿ღ★✿◈。

　　JUST光谱望远镜口径4.4米✿ღ★✿◈，主镜由18块正六边形薄子镜拼接而成✿ღ★✿◈，采用轻量化设计✿ღ★✿◈，具备口径大✿ღ★✿◈、集光能力强✿ღ★✿◈、响应快速等优势✿ღ★✿◈。望远镜配备3台高性能观测终端✿ღ★✿◈，分别对应三大科学目标✿ღ★✿◈：其中多目标光纤光谱仪用于研究黑暗宇宙和希沙也✿ღ★✿◈，积分视场光谱仪用于追踪动态宇宙✿ღ★✿◈，高分辨光谱仪用于探测系外行星✿ღ★✿◈。

　　望远镜是开展天文观测✿ღ★✿◈、支撑天文研究的核心设备和希沙也✿ღ★✿◈。然而✿ღ★✿◈，国内大型先进观测设备有限✿ღ★✿◈，天文界过去长期依赖国外望远镜从事天文研究✿ღ★✿◈，通过国际合作或支付观测费用获取有限的观测资源✿ღ★✿◈。

　　“借用别国望远镜✿ღ★✿◈，不仅贵✿ღ★✿◈，还容易耽误时间凯发k8国际首页登录✿ღ★✿◈，耽搁研究进度✿ღ★✿◈。”上海交通大学李政道研究所副所长✿ღ★✿◈、JUST项目负责人杨小虎告诉记者✿ღ★✿◈，天文研究的一个核心要素就是“天文观测”✿ღ★✿◈，尤其是时域天文✿ღ★✿◈，研究进展很大程度上取决于“你能观测到什么”✿ღ★✿◈。而这种观测✿ღ★✿◈，往往对时效要求极高✿ღ★✿◈。

　　“望远镜的建设方和拥有者往往有最高的望远镜使用权限✿ღ★✿◈，比如我们要申请国外望远镜的某个时间段进行观测✿ღ★✿◈，往往只能选择更高观测权限的研究者挑选剩下的时间✿ღ★✿◈，对方分配给我们的时间就会相对差一些✿ღ★✿◈。如果你的观测时间天气又恰巧不好✿ღ★✿◈，那这次观测✿ღ★✿◈，几乎可以说是没有价值的✿ღ★✿◈。”杨小虎说✿ღ★✿◈。

　　长期以来✿ღ★✿◈，中国的天文学者们都渴望拥有一台自己的大型通用光谱望远镜✿ღ★✿◈，这样才能真正掌握核心观测资源✿ღ★✿◈。

　　青海省海西蒙古族藏族自治州茫崖市冷湖镇赛什腾山✿ღ★✿◈，是全球天文学家的“朝圣之地”✿ღ★✿◈，它的观测条件可以与世界三大天文台址——夏威夷的莫纳克亚山✿ღ★✿◈、加那利群岛以及智利的阿塔卡马沙漠相媲美✿ღ★✿◈。这里自然条件得天独厚✿ღ★✿◈，气候干燥✿ღ★✿◈，水汽值低✿ღ★✿◈，大气稳定度优良✿ღ★✿◈。冷湖地区人烟稀少✿ღ★✿◈，几乎没有光污染✿ღ★✿◈，是具有优秀视宁度的一流观测台址✿ღ★✿◈，为天文观测提供了绝佳的环境✿ღ★✿◈。

　　上海交通大学于2022年决定建设4.4米口径的JUST光谱望远镜✿ღ★✿◈，经深入实地考察✿ღ★✿◈，最终确定将冷湖天文观测基地赛什腾山顶4320米海拔的B平台✿ღ★✿◈，作为JUST望远镜的安置地点✿ღ★✿◈。

　　JUST建成后凯发k8国际首页登录✿ღ★✿◈，将重点聚焦三方面的科学问题✿ღ★✿◈：一是充分发挥光纤数密度高的优势和希沙也✿ღ★✿◈，开展星系团密集场巡天观测✿ღ★✿◈，促进星系团宇宙学的研究✿ღ★✿◈；二是利用望远镜响应快的特点✿ღ★✿◈，对超新星等暂现源进行后随观测✿ღ★✿◈，填补暂现源光谱观测资源的空缺✿ღ★✿◈；三是使用超高分辨率光谱仪✿ღ★✿◈，对多个亮星进行监测✿ღ★✿◈，探测系外行星✿ღ★✿◈，寻找第二个太阳系✿ღ★✿◈。

　　星系团是由星系组成的自引力束缚体系✿ღ★✿◈，包含数百到数千个星系✿ღ★✿◈。比如✿ღ★✿◈，地球所在的银河系属于本星系群✿ღ★✿◈，该星系群大约有50个成员星系✿ღ★✿◈，而“星系群”可以被理解为缩小版本的“星系团”——只有拥有超过100个成员星系✿ღ★✿◈，总质量大于百万亿倍太阳质量✿ღ★✿◈，才能被称为“星系团”✿ღ★✿◈。

　　距离本星系群最近的一个富星系团✿ღ★✿◈，是室女座星系团（Virgo Cluster）✿ღ★✿◈，最新研究结果表明✿ღ★✿◈，它包含了超过3600个星系✿ღ★✿◈。目前✿ღ★✿◈，天文学家已发现了上万个星系团✿ღ★✿◈，距离最远的达70亿光年✿ღ★✿◈。

　　星系团内✿ღ★✿◈，天体数目多且分布密集✿ღ★✿◈，如何全面高效地对这些天体进行光谱观测？这就需要多光纤光谱仪和希沙也✿ღ★✿◈，多光纤光谱仪往往包含成百上千条光纤✿ღ★✿◈，每一条光纤都能进行单独的观测✿ღ★✿◈。因此✿ღ★✿◈，多光纤光谱仪可以同时对某个区域内的多个天体进行观测✿ღ★✿◈，大大提高了光谱观测效率✿ღ★✿◈。

　　目前✿ღ★✿◈，世界上光纤数最多的望远镜是美国Nicholas U. Mayall✿ღ★✿◈，口径为4米✿ღ★✿◈。它拥有5000根光纤✿ღ★✿◈，目前正在进行暗能量光谱仪星系光谱巡天✿ღ★✿◈。但是✿ღ★✿◈，这台光谱仪的光纤密度并不高✿ღ★✿◈，在星系团这种密集区域的星系观测覆盖率✿ღ★✿◈，仅约10%-20%✿ღ★✿◈。

　　JUST望远镜建成后✿ღ★✿◈，将拥有约2000根光纤✿ღ★✿◈，虽然光纤数目并非最多✿ღ★✿◈，但它的光纤数密度却是全球最高的✿ღ★✿◈，尤其适合开展星系团的光谱观测✿ღ★✿◈。

　　此外✿ღ★✿◈，JUST望远镜的响应速度比较快✿ღ★✿◈，非常适合对“超新星”等有时效性的暂现源进行后随光谱观测证认✿ღ★✿◈。

　　“超新星”是恒星演化过程中的一个阶段✿ღ★✿◈，虽然这类天体的名称是“超新星”✿ღ★✿◈，但它并不是新形成的恒星✿ღ★✿◈，而是特指大质量“晚年恒星”发生的一种爆炸现象和希沙也✿ღ★✿◈。宇宙初期只有氢元素和少量的氦元素✿ღ★✿◈，组成地球以及人类的众多元素✿ღ★✿◈，都是在恒星演化以及超新星爆炸时产生的✿ღ★✿◈，正所谓“你我皆星尘”✿ღ★✿◈。

　　因此✿ღ★✿◈，超新星爆炸被认为是一个“重元素创造的过程”✿ღ★✿◈，研究超新星✿ღ★✿◈，有助于人们理解生命所需元素的宇宙来源和希沙也✿ღ★✿◈。

　　“读懂超新星✿ღ★✿◈，实际上就能了解恒星演化的具体过程✿ღ★✿◈。”杨小虎告诉记者✿ღ★✿◈，超新星是一个动态的爆发过程✿ღ★✿◈，捕捉到这一过程并对它进行光谱证认✿ღ★✿◈，以分析其中的元素组成和希沙也✿ღ★✿◈、运动速度及分类等✿ღ★✿◈，对研究宇宙的化学演化✿ღ★✿◈、恒星生命周期及重元素起源至关重要✿ღ★✿◈。而且超新星作为一种标准烛光✿ღ★✿◈，对研究宇宙起源也尤为重要✿ღ★✿◈。

　　我国已有的墨子巡天望远镜和将要升空的中国空间站巡天望远镜✿ღ★✿◈，都可以“捕捉”超新星✿ღ★✿◈，预期每晚会发现几十到上百个超新星以及其他类型的暂现源✿ღ★✿◈。

　　“但现有光谱望远镜的观测能力严重不足✿ღ★✿◈，不能及时对这些暂现源进行后随观测✿ღ★✿◈。”杨小虎说✿ღ★✿◈，JUST建成后✿ღ★✿◈，将会填补国内大型光谱观测设施的空缺✿ღ★✿◈，对有高研究价值的暂现源进行光谱证认观测✿ღ★✿◈，为进一步研究这些候选目标天体的物理本质提供帮助✿ღ★✿◈。

　　据了解✿ღ★✿◈，JUST的建设将耗时近10年✿ღ★✿◈，项目总共分为两期工程✿ღ★✿◈。第一期为2023年至2027年✿ღ★✿◈，聚焦望远镜本体和终端建设工作✿ღ★✿◈，按照计划凯发k8国际首页登录✿ღ★✿◈，2026年将完成JUST先导望远镜✿ღ★✿◈，2027年建成JUST光谱望远镜并获得首光✿ღ★✿◈。第二期为2028年至2032年✿ღ★✿◈，将用5年时间对望远镜及终端设备进行升级✿ღ★✿◈，进一步提升光谱巡天观测能力和效率✿ღ★✿◈，为宇宙大尺度结构与星系演化✿ღ★✿◈、系外行星探测研究提供具有长期科学价值的基础数据✿ღ★✿◈。

　　在青海冷湖赛什腾山上“放”一台望远镜✿ღ★✿◈，为啥要耗时那么久？杨小虎告诉记者凯发k8国际首页登录✿ღ★✿◈，JUST的建设过程✿ღ★✿◈，每一步都充满挑战和希沙也✿ღ★✿◈。

　　比如凯发k8国际首页登录✿ღ★✿◈，从望远镜本身来讲✿ღ★✿◈，一个4.4米口径的主镜✿ღ★✿◈，让它时刻保证最佳的镜面形状✿ღ★✿◈，就需要在主动光学领域具备最先进的镜面校正技术✿ღ★✿◈，以消除望远镜光学系统及支架受重力和温度影响引起的变形✿ღ★✿◈。

　　其次是光纤定位✿ღ★✿◈，在地球上观测天体✿ღ★✿◈，望远镜观测的跟踪精度要好于0.1个角秒✿ღ★✿◈。“光纤定位系统对准精度要求达到10微米✿ღ★✿◈，且2000根光纤都要有这个对准精度✿ღ★✿◈。”杨小虎说✿ღ★✿◈，这样才能保证在同一个焦面上一次性精准地“看到”2000个天体✿ღ★✿◈，“只有对得准✿ღ★✿◈，才能看得到”✿ღ★✿◈。

　　他打了个比方✿ღ★✿◈：这就像是用2000个针尖✿ღ★✿◈，同时精准戳中2000个只有发丝直径十分之一的地方凯发k8国际首页登录✿ღ★✿◈，难度极高✿ღ★✿◈。

　　除望远镜本身外✿ღ★✿◈，望远镜的软件设计也至关重要✿ღ★✿◈。科学家使用望远镜开展巡天观测要制定一个观测策略✿ღ★✿◈，也就是为所有期望观测的上千万候选天体✿ღ★✿◈，制定一个观测程序✿ღ★✿◈，这需要一套先进的软件来完成✿ღ★✿◈。

　　“我们还要考虑到望远镜使用的经济性✿ღ★✿◈。”杨小虎说✿ღ★✿◈，如果科学家在测光巡天观测中突然发现一个超新星候选体✿ღ★✿◈，他需要JUST光谱望远镜后随观测来确认“它是不是超新星”凯发k8国际首页登录✿ღ★✿◈。这时✿ღ★✿◈，望远镜正在进行的光谱巡天观测是否就要暂停了呢？

　　按照JUST的软件设计思路✿ღ★✿◈，遇到这种情况✿ღ★✿◈，会采用预留的一个光纤束来观测这颗超新星✿ღ★✿◈，剩下的2000根光纤则需要跳出原来的计划✿ღ★✿◈，重新编排超新星所在位置尚未被观测的候选天体✿ღ★✿◈，开展巡天观测✿ღ★✿◈。

　　“我们期望这种临时调整能够在2分钟之内完成✿ღ★✿◈。”杨小虎说✿ღ★✿◈，望远镜的有效观测时间很短✿ღ★✿◈，一个晚上总共只能看4-6小时✿ღ★✿◈，这种有“意外发现”的情况如果出现两三次✿ღ★✿◈，调整时长又太长的话✿ღ★✿◈，会极大地影响观测效率✿ღ★✿◈。

　　他告诉记者✿ღ★✿◈，建成后的JUST有望每年产生超过1PB的观测数据✿ღ★✿◈，相当于20万部高清宇宙纪录片✿ღ★✿◈。这将为中国天文学研究提供前所未有的数据支持✿ღ★✿◈，助力中国天文学家取得更多原创性的重大发现✿ღ★✿◈。天生赢家 一触即发✿ღ★✿◈。凯发k8国际首页登录✿ღ★✿◈！凯发娱乐✿ღ★✿◈，