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助力人类“望向深空”!首台大型通用型光谱望远镜基建项目破土动工

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助力人类“望向深空”!首台大型通用型光谱望远镜基建项目破土动工

助力人类“望向深空”!首台大型通用型光谱望远镜基建项目破土动工

我国首台大型通用型光谱望远镜——上海交通大学JUST光谱望远镜基建项目塔台和控制室近日(jìnrì)在青海省茫崖市冷湖天文观测基地开工建设。据介绍,这台大型光谱望远镜的(de)建设将耗时数年,建成(jiànchéng)后,将填补(tiánbǔ)国内大型光谱观测设施的空缺(kòngquē),为研究黑暗宇宙、追踪动态宇宙、探测系外行星提供强大的设备支撑。

望远镜(wàngyuǎnjìng)是开展天文观测、支撑天文研究的核心设备。长期以来,中国的天文学者们都渴望拥有一台自己的大型(dàxíng)通用(tōngyòng)光谱望远镜,如今,这一愿景正(jǐngzhèng)逐步照进现实。为什么我国首台大型通用型光谱望远镜要落户青海?在海拔4300多米的高原建设(jiànshè)望远镜,要克服怎样的困难?

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07:15来自央视(yāngshì)新闻
JUST光谱望远镜建设站点鸟瞰(2025年4月27日 刘成则/摄)

青海省海西蒙古族藏族自治州茫崖市冷湖镇赛什腾山,是全球天文(tiānwén)学家的理想(lǐxiǎng)观测地,它的观测条件(tiáojiàn)可以与世界三大天文台址(zhǐ)——夏威夷的莫纳克亚山、加那利群岛以及智利的阿塔卡马沙漠相媲美。上海交通大学李政道研究所资深研究员、JUST光谱望远镜建设委员会主任郑宪忠介绍,这里自然(zìrán)条件得天独厚,气候干燥、水汽(shuǐqì)值低,大气稳定度优良,为天文观测提供了绝佳的环境。

郑宪忠:冷湖(lěnghú)这里(zhèlǐ)的环境多为高原(gāoyuán)荒漠,平均海拔约3000米,常年(chángnián)干旱少雨。大家知道(zhīdào),天文观测需要(xūyào)在晴朗的夜晚,而冷湖镇这里全年70%多的晚上晴朗少云,适合观星;方圆几百公里范围内极少有人居住,夜空没有灯光(dēngguāng)污染,天空背景亮度很低,能够看到更多暗弱的天体;冷湖附近的赛什腾山顶,大气稳定,视宁度优良,是非常好的天文观测台址,所以我们选择在这里建设大型光学红外天文望远镜设备。

5月28日,中建科技上海交大JUST光谱望远镜项目塔台和控制室开工(中建科技供图)

大家知道,望远镜是开展天文观测(guāncè)、支撑天文研究(yánjiū)的核心设备。天文研究的进展很大程度上取决于(qǔjuéyú)科学家能观测到什么。那么,JUST光谱望远镜,究竟有哪些超凡之处?郑宪忠介绍(jièshào),这台望远镜的主镜,口径为4.4米(mǐ),由18块(kuài)正六边形子镜拼接而成,采用轻量化设计,具备口径大、集光能力强、响应快速等优势;三台高性能观测终端,将分别对应三大科学研究(kēxuéyánjiū)目标:研究黑暗宇宙、追踪动态宇宙、探测系外行星。

郑宪忠JUST光(guāng)谱望远镜(wàngyuǎnjìng)是对暗弱天体集光成像的(de)平台,对天体光信号分析记录,获得不同观测数据,开展相应的科学研究。目前我们规划了三个主要的仪器终端,其中,多目标光纤(guāngxiān)光谱仪可用于多目标星系(xì)红移巡天,探索宇宙主要组分暗物质和(hé)暗能量如何决定宇宙大尺度结构与星系的演化;积分视场光谱仪,主要用于时域天体的快速光谱后随观测,追踪动态宇宙;高分辨光谱仪主要用来探测系外行星,寻找太阳系(tàiyángxì)以外的宜居行星系统。

JUST光谱望远镜3D设计图(中国科学院南京天文光学技术研究所JUST研制团队供图)

以多(duō)目标光纤光谱仪为例,郑宪忠表示(biǎoshì),星系团内往往星系数目多且分布密集,要想全面高(gāo)效地对这些天体进行光谱观测,就(jiù)需要多目标光纤光谱仪“施展神通”。JUST望远镜(wàngyuǎnjìng)建成后,将拥有约2000根光纤,光纤密度(mìdù)可以达到同类设备中的最高,尤其(yóuqí)适合开展星系团的光谱观测。然而,想要让这台光谱仪充分发挥作用,就好比用2000个针尖,同时精准戳中2000个只有发丝直径十分之一的地方。中建科技上海交通大学JUST光谱望远镜基建项目执行经理王景相(wángjǐngxiāng)表示,这也对项目建设提出了更高的要求。

王景相:具体体现在建造精度高,望远镜塔台地基需最大程度减少不均匀沉降;要求模块拼接误差控制在毫米(háomǐ)级,确保塔台与望远镜穹顶能够准确精密地连接在一起,同时要求核心筒与塔台控制室分离(fēnlí),减少震动对观测的影响。基地地处青藏高原,海拔高、生态环境脆弱(cuìruò),年平均气温4摄氏度,最低气温零下34摄氏度,这就(jiù)要求模块房屋的保温隔热性能好,以(yǐ)应对高原较大的昼夜温差(wēnchà);要求建造过程绿色环保,减少对青藏高原的环境污染(huánjìngwūrǎn)。

与此同时,由于项目(xiàngmù)建设地点位于山顶,道路、电力等(děng)基础设施尚未完善,建设材料和施工设备运输时间长、难度大,建设人员需克服大风、低温、缺氧等困难条件。如何(rúhé)解决这些现实困难呢?王景相表示,团队采用了高效、高质、绿色的模块化建造(jiànzào)方式(fāngshì),有效解决高寒高海拔地区的建筑施工难题。

王景相把望远镜塔台和(hé)控制室分成64个模块化(mókuàihuà)房屋,把80%的工地(gōngdì)工作量搬到工厂,在工厂里完成模块化房屋的生产制造和装配式装修,把装修好的模块化房屋运输到工地,只需(xū)在工地完成模块化房屋的吊装和拼接,就能投入使用。相较传统混凝土建筑,可节约工期50%,减少建筑垃圾80%,现场节水节电70%。这样既减少了环境污染,也(yě)减少了现场的施工人员数量和工作量。我们创新研发与塔台曲面(qǔmiàn)相契合的梯形模块,将(jiāng)模块拼接误差控制在5毫米以内,确保塔台与望远镜穹顶(qióngdǐng)能够准确精密地连接在一起,保障建造精度。相信在项目建成后,也将成为(chéngwéi)高寒高海拔地区模块化建筑的标杆示范。

智能工厂人机协同生产SMC模块房屋(中建科技供图)

据(jù)了解,JUST光谱望远镜的(de)建设将耗时(hàoshí)数年,项目分为两期工程,一期工程聚焦望远镜本体和终端建设工作,二期工程将对望远镜及终端设备进行升级,进一步提升光谱巡天观测能力和效率,为宇宙大(dà)尺度结构与星系演化(yǎnhuà)、系外行星探测研究提供具有(jùyǒu)长期科学价值的基础数据。郑宪忠表示,JUST建成后,将填补我国时域(shíyù)天文(tiānwén)领域大型(dàxíng)光谱观测设施(shèshī)的空缺,与‌“中国天眼”(FAST)、郭守敬望远镜(LAMOST)、墨子巡天望远镜(WFST),以及正处于规划或建设阶段的清华大学宽视场巡天望远镜(MUST)、中国巡天空间望远镜(CSST)等天文装备一道,将人类的视线延伸向浩渺深空。

郑宪忠:JUST光谱(guāngpǔ)望远镜工作在光学和近红外窗口,这也是(shì)(shì)银河系恒星和近邻及(jí)遥远宇宙中星系的主要辐射波段,是天文观测最熟悉的窗口,也是迄今观测效率最高的窗口。针对不同天体和不同的天文现象,也有一些大型(dàxíng)观测设施工作在其他电磁窗口。比如高能X射线和紫外辐射等,必须是在太空中的望远镜和卫星设施才能观测,避开地球(dìqiú)大气层的吸收。我们熟悉的‌“中国天眼”(FAST),探测的是射电信号,能量比光学信号低了很多个量级,来源于温度非常低的介质和一些特殊物理过程产生的辐射,比如脉冲星、快速射电暴等(bàoděng),这些(zhèxiē)天体和物质组分难以在光学窗口探测。在不同电磁窗口,都能发现独特的天体和物理现象,结合不同类型(lèixíng)的观测设施,能够帮助人类(rénlèi)全面探索宇宙的无穷奥秘(àomì)。

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