全球最大光学望远镜将修建 我国负责研发核心激光技术

时间:2013-05-03 16:12来源:光粒网作者:cici 点击:
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摘要:近日,美国夏威夷国土资源部董事会批准了美国加州理工和加州大学打造30径望远镜(TMT)的提议。这架全球最大的光学望远镜将于2014年开始在夏威夷莫纳克亚火山顶修建,加拿大、日本、中国、印度的国立天文机构加入了该项目。

关键字:光学望远镜,修建,核心,激光技术

    随着中国的崛起,无论是中国的经济还是技术实力都愈来愈受到国外的关注,西方开始考虑借助中国的力量来打通彼此的交流,进而促进双方的政治经济技术交流。而在近日决定的关于全球最大的光学望远镜的修建项目中,中国将参与负责研发多项核心激光技术工作。

    近日,美国夏威夷国土资源部董事会批准了美国加州理工和加州大学打造30径望远镜(TMT)的提议。这架全球最大的光学望远镜将于2014年开始在夏威夷莫纳克亚火山顶修建,加拿大、日本、中国、印度的国立天文机构加入了该项目。

    中科院国家天文台台长助理、TMT项目部经理薛随建日前对科技日报记者表示,TMT将为天文望远镜400多年的发展树立新的里程碑,中国参与该项目,可以分享国际顶尖设备的管理、运行和相应份额的使用权益,使我国天文学家与世界一流天文学家站在同一起跑线上,用最先进的望远镜开展前沿的天文研究。同时,国家天文台联合中科院有关院所承担了TMT主光学系统、激光引导星系统、激光器系统等多项核心技术研发工作,不仅为该项目的推进作出了重要贡献,也通过该项目使我国相关领域技术水平得到快速提升。

    TMT将是前所未有的天文探测工具

    夏威夷莫纳克亚火山可谓世界天文观测的“圣地”,它海拔4205米,远离城市污染和照明干扰,一年中有300多天视野清晰,为天文观测提供了良好条件。目前,共有12架世界一流的天文望远镜建在这里,包括两座当今世界最大的地基光学望远镜——口径直径10米的凯克望远镜。

    即将在此开建的TMT显然更引人注目。据介绍,TMT的主镜直径为30米,由492面对角直径为1.4米的六角形子镜面拼接组成,可提供9倍于凯克望远镜的集光本领,其图像分辨率也比当前所能达到的最高分辨率高出3倍。根据观测目标和方法的不同,它的探测深度将是当代望远镜的10—100倍,可以观测距离地球130亿光年的宇宙区域景象以及宇宙早期形成的星体和星系,有望帮助科学家在揭示暗物质和暗能量的本质、探测宇宙第一代天体、理解黑洞的形成与生长、探察地外行星等前沿科学领域取得重大突破。

    薛随建表示,TMT集成了当代大口径望远镜最顶尖的高新技术,包括拼接式主镜、自适应光学、以及无缝切换使用的科学设备等。这些高新技术,将使TMT成为前所未有的天文探测工具。

    中国承担多项核心技术研发任务

    近年来,世界各国对天文学越来越重视,提出了各类大型天文观测设备的建设方案及规划,中科院国家天文台对此一直关注。经过论证,中国于2009年提出参与TMT项目意愿。

    随着项目合作的推进,中国科学家承担了多项重任。

    薛随建说,国家天文台及南京天光所,联合中科院长春光机所、光电所、理化所等单位,“自带干粮”开展了多项核心技术研发工作。“这使中国成为该项目中的实质研发合作成员之一。”

    据介绍,国家天文台南京天光所主要负责TMT主镜子镜单元高精度磨制技术的研发,以及部分子镜的加工任务。薛随建说,TMT主镜拼接精度要求极高,需达到光照上去看不到接缝的程度。我国通过2008年完成的LAMOST望远镜项目,对此已有技术储备。同时,该所还参与了TMT“首光”科学仪器的设计研发工作。TMT开始科学观测的初期,将先安装3台“首光”设备,包括红外成像摄谱仪、红外多目标摄谱仪和宽视场光学摄谱仪。这些设备能充分利用TMT的高灵敏度及高分辨率,提供前所未有的成像能力,是TMT项目的亮点之一。

    长春光机所主要负责TMT第三镜及其驱动机构的设计、制造工作。TMT的光路结构极具特色——来自遥远天体的星光先被具有主动光学功能的主镜收集,汇聚到副镜,再反射到可以360度转动的第三镜,最后被送入装有自适应光学矫正系统的科学仪器中。这种特殊的结构使TMT在持续观测、切换设备、更换子系统时更方便,帮助天文学家在更短时间内进行更多不同类型的观测。而起着主要传输作用的第三镜,在光学精度、机械精度等方面均面临世界级挑战。

   光电所承担了TMT激光导星子系统的设计制造。薛随建说,大气中存在湍流、密度分层等现象,会对天文观测形成干扰,导致影像变得模糊,“这就需要自适应光学系统进行矫正、还原”。简言之,就是向空中发射高能激光,在海拔90公里处制造人工“导星”,通过不断对其检测,实时测得大气湍流的具体情况,再借助变形镜高速精密的调整,让图像恢复得清晰锐利。

    其中,形成人工“导星”的高能激光,由理化所承担的高功率全固态脉冲纳信标激光器来发射。这将是国产激光器首次在国际顶尖科研装备中应用,定会为我国科研仪器抢占国际科技市场份额增添重要的筹码。

    目前,我国承担的各项研发任务均取得阶段性进展,正陆续接受国际专家的评审。

    资金问题让中国面临尴尬

    通过技术上的贡献,中国科学家在TMT项目合作中争得了地位,但目前却因资金问题遭遇尴尬。

    据了解,TMT项目预计耗资约14亿美元,需由各合作成员筹集。其中,美国加州理工和加州大学已筹集到大约3亿美元;加拿大在项目初期已出资3000万美元,新一轮投资正在运作中;日本政府已承诺出资25%,并已开始向国立天文台拨付资金;印度政府也同意出资10%。“为在项目中争得更多权益,我们也希望承担不少于10%份额的投资。”薛随建说,“但这笔资金尚未落实。”

    他表示,这样的大型国际项目,目前国内的体制只能一事一议,无论是科技部、基金委还是科学院,没有专门的立项渠道。不过,最近美国国家基金委(NSF)宣布对TMT的立项支持,希望这能对开启中美两国政府间的科技合作渠道有所助益。“如果得不到国家立项支持,我们会非常尴尬。”薛随建说,“不仅有可能延误项目建设,我们还会丧失项目中的主导权和发言权,信誉也将受损。”

    中国参与负责全球最大光学望远镜修建项目中的多项核心激光技术的研发工作,这不仅是体现中国科技实力的特征,同时也表现我国在国际上的政治地位得到大大的提升。此次的研发工作若顺利完成,将带动我国激光技术新一轮的发展,进而将我国的国产激光器推向了世界舞台,因此研发意义十分重大。

【光粒网综合报道】( 责任编辑:光粒网 )
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