就在不久前，北京時間2022年7月12日22時30分左右，美國現(xiàn)任總統(tǒng)拜登公布了韋布太空望遠鏡拍攝的首批照片，讓大家驚嘆不已。這不禁讓人們也聯(lián)想到，咱們國家有沒有如此強大的太空望遠鏡呢？答案是當然有！在長春的中國科學院長春光學精密機械與物理研究所內，一個高約14米，長20米的龐然大物正在建造當中。這就是我們國家自行研發(fā)的空間望遠鏡——中國巡天空間望遠鏡（Chinese Survey Space Telescope），簡稱CSST。

“巡天遙看一千河”，毛澤東詩中的“巡天”，這樣一個充滿開創(chuàng)性、引人遐想的詞匯，放到現(xiàn)在，則被賦予了新的意義。在天文學中，巡天是一種對天空可掃描區(qū)域進行逐塊無差別掃描的“普查”式的天文觀測模式，簡單來說，就是在給宇宙做全身CT檢查。

國家天文臺陳建生院士說：“對于地面巡天，上世紀八十年代時我們錯過了機會，后來美國斯隆（SDSS）望遠鏡做了，現(xiàn)在LSST也將開始做。但是空間上的光學巡天還沒開始做，而空間巡天又太重要了。因為它可以達到比地面巡天好一個數(shù)量級的像質，所以如果有機會能夠做空間巡天，意味著中國天文進入了一個非常了不起的時代。”正如陳建生院士所言，空間巡天是當今中國天文學研究的一個重要目標點。在這個巡天的黃金時代，中國人必須有自己的空間巡天。2009年12月，在一場關于中國空間站的科學研究方向和所需實驗裝置的探討中，建造一臺大口徑的空間光學望遠鏡的想法被首次提出。2012年3月，空間站任務規(guī)劃委員會的100多位專家對空間站上的科研項目進行評議打分，CSST得到了載人航天工程的優(yōu)先支持。經(jīng)過望遠鏡多方案擇優(yōu)和經(jīng)費評估，CSST于2013年11月正式立項。

為什么科學家要把望遠鏡放到天上去呢？科學價值遠大于成本

空間望遠鏡的成本及維修保養(yǎng)費用遠大于地面上的望遠鏡，為什么要付出巨大的代價去建設它呢？首先，地面上的光學望遠鏡都會受到大氣的困擾，即使是是在條件最好的地面觀測地點，望遠鏡在光學波段的分辨能力很難超過0.7角秒，相比較而言，遙遠宇宙中大多數(shù)星系只有幾個角秒的大小，很多遙遠的星系在地面望遠鏡上很難被分辨出任何結構，它們看起來就成了幾個模糊的像素點，遠不能達到科學家研究需求。而處于真空中的空間望遠鏡就解決了這個難題，真空中可沒有大氣。這個想法早在1946年就由美國天體物理學家萊曼·斯皮策（Lyman Spitzer）大膽提出了，而直到11年后的1957年10月4日，世界上第一顆人造衛(wèi)星“斯普特尼克1號”才飛上太空，如今，韋布望遠鏡的成功和即將發(fā)射的CSST將當時人們的理想變成了現(xiàn)實，它們將會把天文學上升到一個新的高度，甚至影響到人們的通信方式和對宇宙的認知。

斯普特尼克1號（圖片來自百度百科）

巡天望遠鏡的任務是什么？它的作用不可小覷

巡天觀測是CSST在軌運行最重要的一項工作，在其10年運行的初步規(guī)劃中，預計需要約7年的時間完成。同樣地，巡天數(shù)據(jù)處理和相應的科學研究工作也是研究課題的重點。觀測宇宙學研究需要大量的河外天體樣本，所以CSST的巡天觀測以恒星密度和黃道光背景都較低的中高銀緯、中高黃緯天區(qū)為主。目前任務規(guī)劃中，CSST巡天包括四部分：17500平方度多色成像觀測、與之同天區(qū)的無縫光譜觀測、400平方度的多色成像深場觀測、與之同天區(qū)的無縫光譜深場觀測。

開展這樣大規(guī)模的巡天項目的目的無非就是豐富樣本和收集數(shù)據(jù)。目前，由于缺少海量的觀測數(shù)據(jù)，人類在暗物質和暗能量、宇宙大尺度結構、星系和超大質量黑洞形成和演化、系外行星等天文領域和基礎物理領域的研究都存在著空白。沒有巨大數(shù)據(jù)庫的支撐，就無法為驗證相關理論的真實性提供確鑿無疑的證據(jù)，也無法有效提高參數(shù)的測量精度，繼而阻礙天文學研究的進一步發(fā)展。相信像CSST這樣的大型巡天項目，能夠在一定程度上緩解天文和基礎物理相關領域數(shù)據(jù)匱乏的“燃眉之急”，推進人類科學發(fā)展。

巡天空間望遠鏡配備了哪些黑科技呢？當之無愧的國之重器

中國巡天空間望遠鏡口徑與哈勃望遠鏡相當，它的視場卻遠大于哈勃望遠鏡，是它的350倍，約為1.1平方度。視場就是望遠鏡能看到的天空范圍，視場越大同時間觀察到的物體就越多。例如有些攝像頭的視場60度，而有些是70度，后者相比前者在同等距離的情況下就能拍攝到更大的景物范圍。“哈勃望遠鏡的視野大概是伸直手指后一個指甲蓋大小的1/100，它已觀測宇宙30年，但它所有的數(shù)據(jù)只占夜空中很小的一部分”，中國科學院國家天文臺副臺長劉繼峰向記者表示。相比較而言，中國巡天空間望遠鏡非常適用于巡天，可以比較快的完成大范圍宇宙觀測。此外，中國巡天空間望遠鏡采用了離軸三反光學系統(tǒng)，大幅度提高了探測效率和精度，處于國際領先水平線。中國巡天空間望遠鏡的也感光元件遠大于哈勃望遠鏡。中國巡天空間望遠鏡最大特色在于它將與中國空間站伴飛，一同前行，這就使他的維護和保養(yǎng)要比韋伯望遠鏡和哈勃望遠鏡要更加容易。

巡天空間望遠鏡作為與天宮空間站共軌運行的獨立艙段，主要分成兩部分，一個是巡天光學設施，還有一個是巡天平臺。前者具有可在軌維護的2m空間望遠鏡，2020至30年代旗艦級天文項目，配備了巡天模塊，太赫茲模塊，多通道成像儀，積分視場光譜儀，系外行星成像星冕儀等觀測終端。

巡天空間望遠鏡建造情況怎么樣了？來看看CSST的近況

載人空間站工程巡天空間望遠鏡項目自發(fā)布以來就飽受國內外關注，近兩年，對其準備進程及相關細節(jié)的研發(fā)一直在順利進行中。2021年1月8日到1月10日，CSST科學數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)2020年度總結研討會以線上線下相結合的方式在國家天文臺召開。來自國家天文臺等10多個單位近90名研制團隊人員參加了本次會議。此次會議中，系統(tǒng)研制的骨干人員匯報了2020年度研制工作進展、技術驗證情況、當前取得的研制成果、軟件工程化規(guī)范等內容。會議同時對下一研制周期的工作計劃進行了部署和安排，為項目下一年的順利開展奠定了堅實基礎。2021年4月17日，CSST科學工作聯(lián)合中心暨國家天文臺科學中心在中國科學院國家天文臺舉行揭牌儀式。國家天文臺副臺長、中國空間站工程巡天望遠鏡科學工作聯(lián)合中心主任、國家天文臺科學中心主任劉繼峰在揭牌儀式后向全體參加會議的代表匯報了兩個中心的整體情況。

（圖片來自視覺中國）

7月18日，央視網(wǎng)發(fā)布消息，伴隨著中國空間站的建造，與其共軌飛行的巡天空間望遠鏡的研制也正在緊張有序推進。目前，相關設施的初樣研制已經(jīng)取得了新進展。望遠鏡預計在中國空間站建成后發(fā)射升空，將成為帶領世界探索奇幻宇宙的旗艦級空間天文設施。在科學準備方面，載人航天工程成立了巡天空間望遠鏡的科學工作委員會，并成立了“北京大學科學中心、國家天文臺科學中心、長三角科學中心和大灣區(qū)科學中心”四個區(qū)域科學研究中心。據(jù)悉，巡天空間望遠鏡預計在2024年投入運行。

CSST的建設是無數(shù)科研工作者的心血，這個巨大的“宇宙CT掃描儀“定能把我國甚至世界的天文學引向一個新的高度，讓我們一起拭目以待！

參考文獻：

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來源: 原創(chuàng)