全球最大光学望远镜 中国参与核心技术研发

建造世界上最大的直径30米的光学望远镜是最先进技术和强大力量的体现。中国科学家将在这个项目中发挥重要作用。

世界上最大的天文望远镜之一TMT，于2011年在美国夏威夷的莫纳克亚开始建造。预计将于2018年完工并投入使用。预计项目成本约为10亿美元。美国、加拿大、日本和其他国家已经正式加入，中国和印度作为观察员参加。TMT望远镜是新一代地基巨型光学/红外天文观测设备，集光孔径30米，工作在0.328纳米波段。因此，TMT集成了最先进的高科技现代大口径望远镜。

记者了解到，除资本参与外，中国还将参与镜面、自适应光学设备等机械设备项目。国家天文台南京天光研究所与中国科学院长春光学与机械工程研究所、光电子研究所和物理化学研究所合作，对该计划中的若干核心技术进行了研究和开发。

中国科学院国家天文台助理台长、TMT项目部经理薛穗建表示，国家天文台与中国科学院相关研究所合作，承担了TMT主光学系统、激光导航星系统、激光系统等多项核心技术的研发工作，为项目的推进做出了重要贡献。

TMT主镜的拼接精度非常高，需要达到在光线下看不到接缝的程度。通过2008年完成的LAMOST望远镜项目，中国已经拥有了这方面的技术储备。因此，国家天文台南京天光研究所主要负责TMT主镜单元高精度磨削技术的研发和部分副镜的加工。同时，国家天文台南京天广研究所也参与了TMT“寿光”科学仪器的设计和研制。因为在TMT的科学观测开始时，将安装三个“第一光”装置，包括红外成像光谱仪、红外多目标光谱仪和宽视场光学光谱仪。这些设备可以充分利用TMT的高灵敏度和高分辨率，提供前所未有的成像能力。

此外，TMT的光路结构非常有特色——来自遥远天体的星光被具有主动光学功能的主镜收集，会聚到次镜，反射到可旋转360度的第三镜，最后送到装有自适应光学校正系统的科学仪器。这种特殊的结构使TMT更方便地连续观测、切换设备和更换子系统，并帮助天文学家在更短的时间内进行更多不同类型的观测。中国科学院长春光学机械工程研究所主要负责TMT第三反射镜及其驱动机构的设计和制造。第三面镜子在传输方面发挥着重要作用，在光学精度和机械精度方面面临着世界级的挑战。

由于大气中存在湍流和密度分层，这将干扰观测，因此需要自适应光学系统来校正它们。所谓自适应光学系统，就是通过向空中发射高能激光，在高空制造人造“导航星”，并对其进行连续探测，然后通过对可变形反射镜的高速精确调整，形成清晰、清晰的图像。光电研究所承担TMT激光制导星子系统的设计和制造。

推动相关技术的快速升级

中国科学家不仅为世界上最大的天文望远镜项目做出了重要贡献，而且通过这个项目，中国在相关领域的技术水平也得到了迅速提高。

在此之前的很长一段时间里，中国的天文望远镜研究与国外有一定差距。

中国科学院国家天文台首席科学家王俊杰告诉记者，19世纪80年代，国外有180万级天文望远镜。然而，直到20世纪80年代，中国才建造了一架2米级天文望远镜。目前，最大的望远镜的有效孔径只有4米。这也影响了国内在天文观测方面的研究，“没有设备，也无法与他人竞争。”

同时，独立制造大口径望远镜也面临许多困难。一是成本相对较高。例如，TMT项目已投资超过10亿美元。此外，还有一些技术不可用的领域。因此，建立大口径光学望远镜需要许多国家的合作。目前，世界上没有其他国家在中国网站上建造大口径望远镜。因此，这也是投资海外望远镜项目的选择之一。

中国科学院国家天文台在综合考虑各种情况后，于2009年底正式加入国际三十米望远镜项目(TMT)作为观察员，并开始了世界上最大的天文望远镜项目的科技合作。

如果中国最终能够成为合作伙伴之一，那么当TMT天文望远镜建成后，中国将按照实物贡献的比例分享TMT的观测时间，获得科学回报，并通过承担TMT的核心技术任务，推动相关高技术的发展。

天文学研究取得了许多突破。

在参与世界最大天文望远镜项目核心技术研发的同时，近年来，国内天文研究也取得了显著成果，建立了多种类型的天文台进行不同的研究。

王俊杰告诉记者，中国最大的光学望远镜是郭守敬望远镜(LAMOST)，它位于中国科学院国家天文台兴隆观测站。天文台位于燕山主峰南麓，海拔960米。其主要科学目标是光谱调查，于2008年10月完成。

2011年10月23日，LAMOST正式开始试点调查。其有效孔径为4米，视场角直径为5度。通过将4000根光纤放置在一个5度视场、直径1.75米的焦平面上，可以同时获得4000个天体的光谱，使其成为世界上光谱采集率最高的望远镜。

王俊杰指出，LAMOST的建成突破了天文望远镜大视场、大口径的难题，成为目前世界上最大的大视场望远镜，是中国光学望远镜发展的又一个里程碑。不足之处主要在于目前站址条件不能完全满足观测需要，主要在于兴隆县的光污染越来越多，使得夜天光望远镜的工作越来越强。此外，蓬勃发展的大气能见度比以前更差。所有这些都对望远镜功能的显示产生了一些影响。

此外，位于贵州“大武堂”凹陷的500米球面射电望远镜(FAST)是正在建设中的国家重大科学项目。它利用贵州喀斯特地区的洞穴作为望远镜的基地，建造了世界上最大的单孔径射电望远镜，接收面积为30个标准足球场。

王俊杰说，“大武堂”凹陷是喀斯特地貌特有的漏斗形天坑，就像一个天然的大碗，它只是容纳了一个20万平方米望远镜的巨大反射面，建成的望远镜将填满整个山谷。与被评为20世纪十大工程之一的美国阿雷西博300望远镜相比，FAST的综合性能提高了约10倍。作为世界上最大的单孔径望远镜，FAST将在未来20到30年内保持其世界级设备的地位。然而，王俊杰指出，尽管FAST的孔径很大，但它是单天线，而不是多天线干扰阵列。因此，探测分辨率(分辨天体细节的能力)不如一些干涉阵列射电望远镜和甚长基线射电望远镜。

羊八井天文台是中国科学院国家天文台在*建造的第一座专业天文台。天文台的中德亚毫米望远镜是中国第一台可用于日常天文观测的亚毫米望远镜，也是北半球海拔最高的亚毫米望远镜。

CCOSMA是具有世界先进水平的望远镜，在许多方面仍处于领先地位。它不仅可以推动国内亚毫米波天文学领域的天文研究，而且可以作为中国未来重大科学项目中大型亚毫米波望远镜项目的测试平台和人才培养平台。

王俊杰告诉记者，CCOSMA的优点是接收光束宽，即视场大，非常适合天空观测，这是目前北半球其他亚毫米波望远镜所没有的。但是，CCOSMA也有一些缺点，即接收波束宽，分辨率低，不能探测天体的精细结构。