100多年前 , 我们简单地以为 , 银河系就是整个宇宙 , 而银河系不过是宇宙中无数个星系中再平凡不过的一员 。
当哈勃望远镜升空后 , 我们看到了更远的深空 。 明年(2023年) , 中国首个大型空间巡天望远镜(以下简称:巡天望远镜)计划发射 , 人类或将探寻到更广阔的宇宙 。
4月17日 , 中国载人航天工程办公室主任郝淳证实 , 巡天望远镜将在宇宙结构形成和演化、暗物质和暗能量等方面开展前沿科学研究 , 有望取得一批重大创新成果 。
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中国空间站-巡天空间望远镜(CSST)图/中国科普博览微信号
【中国将发射首个“宇宙之眼”,专家:与空间站共轨飞行,可在轨升级】这被认为是中国的“宇宙之眼” 。 那么 , 巡天望远镜将开展哪些科学工作 , 与中国空间站如何配合 , 面对“同行”哈勃望远镜 , 有何不同?采访人员对话科普专家、湖南省天文学会会长谭巍 。
看宇宙中那些看不见的东西
中国科学院资料显示 , 巡天望远镜的主径口径2米 , 大小类似一辆大巴车 , 比哈勃望远镜的2米4略小 , 但是图像质量是类似的 。
建造这么大一台望远镜有何作用?谭巍说 , 当望远镜接收到更多的光 , 才能看到更暗的天体 , 进而又想把天体看得越来越清晰 。
有个例子 , 我们用肉眼看远处一个东西 , 可能会看到是模糊的一团 。 如果你拿望远镜去观察它 , 就会发现那可能是一只大熊猫 。 望远镜可以帮助肉眼分辨远处的物体 。
这和看宇宙的原理类似 , 所以人类就想建更大的望远镜 。 但望远镜放在地面 , 岂不是更节约维护成本?谭巍解释 , 因为地球被包裹在一个100公里左右厚度的大气中 , 大气会不断地抖动 。 望远镜透过大气去观察宇宙时 , 不可避免地受到大气抖动的影响 , 观察到的图像就会模糊 。 “所以把望远镜放到大气层外 , 放到地球轨道上面去 。 ”
到太空中 , 由于银河系被暗物质所包裹 , 好像笼罩在一片“雾霾”中 。 对于占宇宙绝大部分的暗能量和暗物质 , 大家知之甚少 。
北京大学物理学院天文学系教授吴学兵的观点是 , 海量的观测数据 , 能更好对暗物质、暗能量进行研究 , 从而帮助确定其物理属性 , 了解星系的形成和演化 。
所以 , 建造昂贵的望远镜 , 开展大规模巡天 , 也被相关专家认为——巡天望远镜不是去看宇宙中的一些明亮的天体 , 而是试图去看宇宙中那些看不见的东西 。
既要看大景 , 也要够精细
如果将巡天理解为是对大范围的宇宙天体进行普查 , 那么哈勃望远镜走的则是精测路线 。
先说巡天 。 中国科学院国家天文台曾提到 , “巡天望远镜是我国载人空间站旗舰级项目 , 是我国迄今为止最大的空间天文基础设施 , 具有大视场、高像质、宽波段等突出特点” 。
怎么理解呢?谭巍拿哈勃来对比 , 两者功能定位不同 。 首先 , 巡天望远镜看得宽 。 载人航天工程总设计师周建平曾透露 , 巡天望远镜视场面积是哈勃的300多倍 。 打比方 , 拍同一视场的照片 , 哈勃望远镜可能要拍300次完成 , 而巡天只需要一次 。 这是视场大 , 以及效率方面的提升 。
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精测模式(左)和巡天模式(右)图/中国科普博览微信号
哈勃是一台能够在很小的视野范围内 , 非常精细地观察天空的望远镜 。 比如一头非洲象 , 如果拿一个长焦镜头去观察它 , 哈勃可以把它观察得非常细致 , 包括皮肤的毛孔 , 进而研究大象的新陈代谢 。 但是非洲草原上 , 也许有非常多的动物包括大象 , 要研究它们的运动轨迹和迁徙怎么办?你就要一个广角镜头去拍摄 , 这就是巡天模式要做的 。
中国科学院国家天文台星云计划研究员李然认为 , 中国载人航天工程想要做的是 , 在空间站轨道上放一台望远镜 , 这个望远镜成像的能力和哈勃类似 , 但它能够同时观察成千上万的星系 。
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哈勃望远镜(左)和进行太空维修作业的航天员(右)图/中国科普博览微信号
李然认为巡天望远镜是中国观天利器 。 再回到上面的例子 , 他认为 , 中国的望远镜不仅可以观察到整个非洲草原上的动作迁徙 , 同时里面每一个动物的精细程度都要和哈勃是一样的 。
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