9月17日，墨子巡天望遠鏡（WFST）正式開啟天文巡天觀測研究，并成功發(fā)布仙女座星系圖片。

墨子巡天望遠鏡拍攝的仙女座星系。仙女座星系M31距離地球約250萬光年，直徑約20萬光年，由于仙女座星系在天空中跨度大，已有的天文望遠鏡難以同時拍攝其精準全貌及周圍環(huán)境。該圖片是利用不同夜晚觀測的150幅圖像疊加而成，可以測定仙女座星系和其周圍環(huán)境中的天體的亮度變化，開展時域天文學(xué)研究。此外，結(jié)合500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）觀測數(shù)據(jù)，首光科學(xué)圖像數(shù)據(jù)還能進一步揭示恒星形成與氣體之間相互作用的演化關(guān)系。中國科學(xué)院供圖

墨子巡天望遠鏡坐落于青海省海西州茫崖市冷湖鎮(zhèn)賽什騰山天文臺址，是一臺口徑為2.5米的大視場光學(xué)成像望遠鏡，由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)（以下簡稱中國科大）和中國科學(xué)院紫金山天文臺（以下簡稱紫金山天文臺）于2018年3月1日啟動聯(lián)合研制。

該望遠鏡是目前北半球光學(xué)波段時域巡天能力最強的望遠鏡，能以每3個晚上巡測整個北天球一次的速度，拍攝整個北天球的影像，成為真正的“星空攝像師”，可與預(yù)期在2025年投入使用的、位于南半球的薇拉魯賓天文臺大型綜合巡天望遠鏡（VRO/LSST）在天區(qū)覆蓋上互補，實現(xiàn)全天時域監(jiān)測。

墨子巡天望遠鏡。中國科大供圖

國內(nèi)高校建成的首臺大型望遠鏡

2012年，時任紫金山天文臺臺長的楊戟研究員，開始思考一個問題：“有沒有可能在我國建一個時域天文巡天望遠鏡？”

當(dāng)時，國內(nèi)的望遠鏡能夠開展巡天觀測的就不多，能做時域天文巡天的望遠鏡更是一個都沒有。楊戟很快組織起一批專家，對這個想法進行論證。中國科大的孔旭教授，也是專家論證組的一員。

“隨著現(xiàn)代天文觀測技術(shù)的飛速發(fā)展，自2010年代之初，時域天文逐漸成為天文學(xué)的一個很重要的研究方向?！笨仔裾f。

時域天文學(xué)是一個以動態(tài)方式研究天體性質(zhì)如何隨時間發(fā)生變化的天文研究領(lǐng)域，其主要研究對象是宇宙中各類壯觀而神秘的動態(tài)事件，如天體的劇烈爆發(fā)，在極端環(huán)境下的特殊活動等。

墨子巡天望遠鏡誕生的契機出現(xiàn)在2016年。當(dāng)時，通過“科教融合”，中國科大天文學(xué)系與紫金山天文臺等單位聯(lián)合，成立了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院。第二年，中國科大天文學(xué)科入選教育部、財政部、國家發(fā)改委建設(shè)世界一流學(xué)科名單，并在教育部第四輪評估中被評為A+學(xué)科。而此時，中國科大也開始籌劃如何深化學(xué)校雙一流學(xué)科建設(shè)。

2017年，時任中國科大天文學(xué)系執(zhí)行主任的孔旭、紫金山天文臺臺長楊戟和研究員鄭憲忠不約而同想到了建設(shè)大視場巡天望遠鏡，并開始嘗試聯(lián)手推動望遠鏡的立項建設(shè)。2018年3月1日，在中國科大校長包信和院士等校領(lǐng)導(dǎo)的支持下，望遠鏡的立項預(yù)研工作啟動。2019年，中國科大最終決定，自籌經(jīng)費，在青海省的支持下，建設(shè)墨子巡天望遠鏡。

“這是目前國內(nèi)高校建成的第一個大型天文設(shè)備?！比缃褚殉蔀槟友蔡焱h鏡總設(shè)計師的孔旭說。

墨子巡天望遠鏡。中國科大供圖

四年建設(shè)實現(xiàn)“國際領(lǐng)先”

墨子巡天望遠鏡的地點選在冷湖賽什騰山天文臺址，位置在海拔4200米的C點，距離茫崖市冷湖鎮(zhèn)區(qū)約70公里。這里夜天光背景低，視寧度優(yōu)良，空氣中塵埃含量少，年降水量只有50毫米，每年可用于天文觀測的時間長達270天，是近年來國內(nèi)發(fā)現(xiàn)的具備世界頂級光學(xué)天文觀測條件的臺址之一。

2019年7月，墨子巡天望遠鏡開始建設(shè)。當(dāng)時，賽什騰山下的戈壁灘上只有少量車輪碾壓出的痕跡，山上根本沒有路。

今年8月，望遠鏡建成，基礎(chǔ)設(shè)施條件得以完善。從冷湖鎮(zhèn)通往賽什騰山天文臺址的公路建成，在山腳下遠遠地就能望見墨子巡天望遠鏡的雪白圓頂。一條長達35公里的雙車道柏油公路，蜿蜒在山腰間，飲用水和食物等物資可以很快由此運送上山。望遠鏡圓頂內(nèi)部也已經(jīng)完成建設(shè)，觀測控制室、休息室、機房等一應(yīng)俱全。

墨子巡天望遠鏡高10米，重50噸。主鏡口徑2.5米，鏡面厚度0.12米，面形平整度優(yōu)于8納米。觀測時，宇宙星光“打”到2.5米的凹面鏡上再反射進主焦鏡筒，穿過鏡筒內(nèi)由七塊透鏡組成的復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)，最終抵達位于鏡筒末端的大靶面電荷耦合器件（CCD）拼接式相機。

墨子巡天望遠鏡運維團隊負責(zé)人、中國科學(xué)院紫金山天文臺青海觀測站總工程師婁錚介紹，望遠鏡實現(xiàn)了“世界領(lǐng)先的主焦光學(xué)系統(tǒng)”，配備的CCD相機采用大面陣拼接工藝，像元數(shù)高達7.65億。

與同口徑的望遠鏡相比，它不僅可以實現(xiàn)3度視場范圍內(nèi)均勻高像質(zhì)和極低像場畸變，完成超寬波段的高質(zhì)量觀測，還具備高紫外透過率特性，對高能暫現(xiàn)源具有極佳的探測靈敏度。

“墨子巡天望遠鏡的通光面積大、雜散光少，系統(tǒng)探測靈敏度高，具備強大的巡天能力，能夠每3個晚上巡測整個北半天球一次，可開展北天2萬平方度天區(qū)大規(guī)?？焖賵D像巡天觀測。”孔旭說。

此外，望遠鏡拍到的觀測數(shù)據(jù)已經(jīng)可以通過兩條數(shù)據(jù)專線，分別傳至中國科大和紫金山天文臺。按照國際慣例，這些數(shù)據(jù)將在一年半后進行全球共享。

墨子巡天望遠鏡內(nèi)部。王一鳴攝

前沿裝備的吸引力

通過高精度位置和多波段亮度觀測數(shù)據(jù)，墨子巡天望遠鏡可以監(jiān)測移動天體和光變天體，高效搜尋和監(jiān)測天文動態(tài)事件。

例如，它可用于探測引力波事件電磁對應(yīng)體、超新星爆發(fā)等高能時域天文事件；進行太陽系天體普查，尋找第九大行星；還可以用于探測銀河系結(jié)構(gòu)，研究暗物質(zhì)本質(zhì)等。

“對墨子巡天望遠鏡積累下來的巡天數(shù)據(jù)進行疊加，將提供北天球高精度、大天區(qū)、多色測光和位置星表。在未來數(shù)十年內(nèi)，這些傳世巡天數(shù)據(jù)，可用于宇宙中各類天體的證認和系統(tǒng)研究。同時，墨子巡天望遠鏡將面向國家航天強國戰(zhàn)略，開展太陽系近地天體等搜尋與監(jiān)測研究，服務(wù)航天安全和深空探測戰(zhàn)略需求。”孔旭說。

在孔旭看來，墨子巡天望遠鏡為人才培養(yǎng)提供了平臺。

中國科大與紫金山天文臺聯(lián)合共建天文與空間科學(xué)學(xué)院后，采用了人才聯(lián)合培養(yǎng)模式——學(xué)生們第一年在中國科大完成理論學(xué)習(xí)，之后到紫金山天文臺進行科研訓(xùn)練，最終獲得中國科大的學(xué)位學(xué)歷證書。

“如今，雙方聯(lián)合共建墨子巡天望遠鏡，我們的融合更加緊密了，望遠鏡將成為培養(yǎng)天文學(xué)人才的重要平臺。”孔旭說。

不僅如此，墨子巡天望遠鏡也成為吸引海外優(yōu)秀人才的“磁石”。

今年4月，“90后”姜繼安辭去了在日本的工作，歸國加入中國科大，成為天文學(xué)系特任教授。他的研究興趣正是墨子巡天望遠鏡的主要觀測對象之一——超新星。

“大概三年前國內(nèi)開始有老師聯(lián)系我，詢問一些相關(guān)時域巡天以及望遠鏡建設(shè)方面的問題。后來當(dāng)我知道，中國科大正在積極建設(shè)墨子巡天望遠鏡時，立刻就被吸引了。”姜繼安說。

從2021年7月，姜繼安就已加入墨子巡天望遠鏡團隊，負責(zé)制定望遠鏡巡天觀測計劃并參與相關(guān)的科學(xué)預(yù)調(diào)研工作，幫助望遠鏡瞄準創(chuàng)新前沿并實現(xiàn)科學(xué)產(chǎn)出效益最大化。

姜繼安表示，墨子巡天望遠鏡也吸引了國際同行的廣泛關(guān)注，不少來自世界各地的同行向他詢問望遠鏡的建設(shè)進度，或是表達強烈的合作意愿。

“雖然全球范圍內(nèi)已經(jīng)擁有眾多時域巡天項目，但這些項目使用的望遠鏡口徑大多都在米或是亞米級別。墨子巡天望遠鏡擁有2.5米的大口徑和高達6.5平方度的有效視場，意味著它能幫助天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)更多遙遠、暗弱以及罕見的暫現(xiàn)源目標?，F(xiàn)在，墨子巡天望遠鏡已經(jīng)逐步走上正軌，我們十分期待她將帶來的一個又一個激動人心的發(fā)現(xiàn)。這也正是時域巡天所獨有的魅力?！苯^安說。（來源：茫崖市委宣傳部 中國科學(xué)報）

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