簡體中文
English
全球最大光學(xué)望遠(yuǎn)鏡修建 國產(chǎn)激光器首次用于頂尖科研
2013年5月，美國夏威夷國土資源部董事會(huì)批準(zhǔn)了美國加州理工和加州大學(xué)打造30徑望遠(yuǎn)鏡（TMT）的提議。這架全球最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡將于2014年開始在夏威夷莫納克亞火山頂修建，加拿大、日本、中國、印度的國立天文機(jī)構(gòu)加入了該項(xiàng)目。
中科院國家天文臺(tái)臺(tái)長助理、TMT項(xiàng)目部經(jīng)理薛隨建日前對(duì)科技日?qǐng)?bào)記者表示，TMT將為天文望遠(yuǎn)鏡400多年的發(fā)展樹立新的里程碑，中國參與該項(xiàng)目，可以分享國際頂尖設(shè)備的管理、運(yùn)行和相應(yīng)份額的使用權(quán)益，使我國天文學(xué)家與世界一流天文學(xué)家站在同一起跑線上，用先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡開展前沿的天文研究。同時(shí)，國家天文臺(tái)聯(lián)合中科院有關(guān)院所承擔(dān)了TMT主光學(xué)系統(tǒng)、激光引導(dǎo)星系統(tǒng)、激光器系統(tǒng)等多項(xiàng)核心技術(shù)研發(fā)工作，不僅為該項(xiàng)目的推進(jìn)作出了重要貢獻(xiàn)，也通過該項(xiàng)目使我國相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)水平得到快速提升。
TMT將是前所未有的天文探測工具
夏威夷莫納克亞火山可謂世界天文觀測的“圣地”，它海拔4205米，遠(yuǎn)離城市污染和照明干擾，一年中有300多天視野清晰，為天文觀測提供了良好條件。目前，共有12架世界一流的天文望遠(yuǎn)鏡建在這里，包括兩座當(dāng)今世界最大的地基光學(xué)望遠(yuǎn)鏡——口徑直徑10米的凱克望遠(yuǎn)鏡。
即將在此開建的TMT顯然更引人注目。據(jù)介紹，TMT的主鏡直徑為30米，由492面對(duì)角直徑為1.4米的六角形子鏡面拼接組成，可提供9倍于凱克望遠(yuǎn)鏡的集光本領(lǐng)，其圖像分辨率也比當(dāng)前所能達(dá)到的最高分辨率高出3倍。根據(jù)觀測目標(biāo)和方法的不同，它的探測深度將是當(dāng)代望遠(yuǎn)鏡的10—100倍，可以觀測距離地球130億光年的宇宙區(qū)域景象以及宇宙早期形成的星體和星系，有望幫助科學(xué)家在揭示暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)、探測宇宙第一代天體、理解黑洞的形成與生長、探察地外行星等前沿科學(xué)領(lǐng)域取得重大突破。
薛隨建表示，TMT集成了當(dāng)代大口徑望遠(yuǎn)鏡最頂尖的高新技術(shù)，包括拼接式主鏡、自適應(yīng)光學(xué)、以及無縫切換使用的科學(xué)設(shè)備等。這些高新技術(shù)，將使TMT成為前所未有的天文探測工具。
中國承擔(dān)多項(xiàng)核心技術(shù)研發(fā)任務(wù)
近年來，世界各國對(duì)天文學(xué)越來越重視，提出了各類大型天文觀測設(shè)備的建設(shè)方案及規(guī)劃，中科院國家天文臺(tái)對(duì)此一直關(guān)注。經(jīng)過論證，中國于2009年提出參與TMT項(xiàng)目意愿。
隨著項(xiàng)目合作的推進(jìn)，中國科學(xué)家承擔(dān)了多項(xiàng)重任。
薛隨建說，國家天文臺(tái)及南京天光所，聯(lián)合中科院長春光機(jī)所、光電所、理化所等單位，“自帶干糧”開展了多項(xiàng)核心技術(shù)研發(fā)工作。“這使中國成為該項(xiàng)目中的實(shí)質(zhì)研發(fā)合作成員之一。”
據(jù)介紹，國家天文臺(tái)南京天光所主要負(fù)責(zé)TMT主鏡子鏡單元高精度磨制技術(shù)的研發(fā)，以及部分子鏡的加工任務(wù)。薛隨建說，TMT主鏡拼接精度要求極高，需達(dá)到光照上去看不到接縫的程度。我國通過2008年完成的LAMOST望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目，對(duì)此已有技術(shù)儲(chǔ)備。同時(shí)，該所還參與了TMT“首光”科學(xué)儀器的設(shè)計(jì)研發(fā)工作。TMT開始科學(xué)觀測的初期，將先安裝3臺(tái)“首光”設(shè)備，包括紅外成像攝譜儀、紅外多目標(biāo)攝譜儀和寬視場光學(xué)攝譜儀。這些設(shè)備能充分利用TMT的高靈敏度及高分辨率，提供前所未有的成像能力，是TMT項(xiàng)目的亮點(diǎn)之一。
長春光機(jī)所主要負(fù)責(zé)TMT第三鏡及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造工作。TMT的光路結(jié)構(gòu)極具特色——來自遙遠(yuǎn)天體的星光先被具有主動(dòng)光學(xué)功能的主鏡收集，匯聚到副鏡，再反射到可以360度轉(zhuǎn)動(dòng)的第三鏡，最后被送入裝有自適應(yīng)光學(xué)矯正系統(tǒng)的科學(xué)儀器中。這種特殊的結(jié)構(gòu)使TMT在持續(xù)觀測、切換設(shè)備、更換子系統(tǒng)時(shí)更方便，幫助天文學(xué)家在更短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行更多不同類型的觀測。而起著主要傳輸作用的第三鏡，在光學(xué)精度、機(jī)械精度等方面均面臨世界級(jí)挑戰(zhàn)。
光電所承擔(dān)了TMT激光導(dǎo)星子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造。薛隨建說，大氣中存在湍流、密度分層等現(xiàn)象，會(huì)對(duì)天文觀測形成干擾，導(dǎo)致影像變得模糊，“這就需要自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行矯正、還原”。簡言之，就是向空中發(fā)射高能激光，在海拔90公里處制造人工“導(dǎo)星”，通過不斷對(duì)其檢測，實(shí)時(shí)測得大氣湍流的具體情況，再借助變形鏡高速精密的調(diào)整，讓圖像恢復(fù)得清晰銳利。
其中，形成人工“導(dǎo)星”的高能激光，由理化所承擔(dān)的高功率全固態(tài)脈沖納信標(biāo)激光器來發(fā)射。這將是國產(chǎn)激光器首次在國際頂尖科研裝備中應(yīng)用，定會(huì)為我國科研儀器搶占國際科技市場份額增添重要的籌碼。
目前，我國承擔(dān)的各項(xiàng)研發(fā)任務(wù)均取得階段性進(jìn)展，正陸續(xù)接受國際專家的評(píng)審。
資金問題讓中國面臨尷尬
通過技術(shù)上的貢獻(xiàn)，中國科學(xué)家在TMT項(xiàng)目合作中爭得了地位，但目前卻因資金問題遭遇尷尬。
據(jù)了解，TMT項(xiàng)目預(yù)計(jì)耗資約14億美元，需由各合作成員籌集。其中，美國加州理工和加州大學(xué)已籌集到大約3億美元；加拿大在項(xiàng)目初期已出資3000萬美元，新一輪投資正在運(yùn)作中；日本政府已承諾出資25%，并已開始向國立天文臺(tái)撥付資金；印度政府也同意出資10%。“為在項(xiàng)目中爭得更多權(quán)益，我們也希望承擔(dān)不少于10%份額的投資。”薛隨建說，“但這筆資金尚未落實(shí)。”
他表示，這樣的大型國際項(xiàng)目，目前國內(nèi)的體制只能一事一議，無論是科技部、基金委還是科學(xué)院，沒有專門的立項(xiàng)渠道。不過，最近美國國家基金委（NSF）宣布對(duì)TMT的立項(xiàng)支持，希望這能對(duì)開啟中美兩國政府間的科技合作渠道有所助益。“如果得不到國家立項(xiàng)支持，我們會(huì)非常尷尬。”薛隨建說，“不僅有可能延誤項(xiàng)目建設(shè)，我們還會(huì)喪失項(xiàng)目中的主導(dǎo)權(quán)和發(fā)言權(quán)，信譽(yù)也將受損。”