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第六期:光学望远镜特辑之TMT 精选

已有 2793 次阅读 2020-11-11 12:49 |个人分类:泰利斯科普|系统分类:科普集锦

欢迎来到泰利斯科普第六期!

上一期我们介绍了国内光学望远镜的一个标杆——LAMOST。这一期我们来聊聊光学望远镜中的巨无霸TMTThirty Meter Telescope,三十米望远镜)。先来上两张生图感受一下这台堪称艺术品的天文望远镜。

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TMT是由美国加州大学和加州理工学院负责研制,集光口径为30米,观测波段在0.31~28um(微米)的新一代地基光学-红外天文望远镜。计划建在美国夏威夷的莫纳克亚山顶。此处也有必要介绍一下这个莫纳克亚山(Mauna Kea,谷歌地图翻译为冒纳凯阿火山)。

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莫纳克亚山是世界上最高的山峰,也是夏威夷岛上的制高点。停!世界上公认第一高峰不是珠穆朗玛峰吗???通常,我们谈论的山峰高度指海平面到山顶的垂直距离,即海拔高度,而山体的高度指从山脚到山顶的垂直距离。珠穆朗玛峰海拔高度8848.43米(2005年官方精测),被誉为世界第一高峰,但由于它坐落在海拔很高的青藏高原上,因此珠穆朗玛峰是世界第一海拔高度的山峰。莫纳克亚山是一座死火山,海拔高度4206米,但山体高度达10200米,所以莫纳克亚山是世界上山体最高的山峰。

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莫纳克亚山也因此而成为了世界上著名的天文学研究场所,它位于几乎三分之一大气层以上。莫纳克亚天文台现有正在工作的望远镜就有13台,其中光学望远镜多达9台,仅口径超过8米的就有四台。

2014年,在获得夏威夷土地与自然资源部的许可之后,TMT在莫纳克亚山破土动工,预计2022年建成启用。此时的TMT几乎是占据了天时地利人和,最兴奋的莫属于全球的天文学家。

 

但是,事情远远没有想象中的那么简单!

莫纳克亚山是夏威夷原住民的祈福朝圣之地,那里埋葬者夏威夷原住民的祖先,同时也是环保主义者的精神护卫场所。在夏威夷原住民和环保主义者的抗议声浪中,201512月,夏威夷最高法院撤回了在莫纳克亚山山顶建造TMT的建设许可,此时缺少人和的TMT陷入了进退两难的境地。将这场抗议推向高潮离不开一个人的参与,那就是兼任了“马王”和“海王”的美国演员杰森·莫玛(Jason Momoa)(1979年生于美国夏威夷)。


众所周知,名人的影响力更容易带动节奏,他的出现将这场抗议声扩散到了全球。

随后,权游中“龙妈”扮演者艾米莉亚·克拉克和“巨石”道恩·强森纷纷加入抗议,加剧了这场网络抗议风暴。

不过经多方协商,在尊重夏威夷文化、传统、社区环境等基础之上,TMT已于2019年被夏威夷国土资源局批准复工。但或许出去夏威夷原住民对历史的愤怒、对州政府的不信任或是误解,开工之路并不是特别顺畅。通过TMT一系列的努力以及承诺,还是得到了当地部分人的支持。

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抗议事件算是就此告一段落。感兴趣的朋友可以去TMT官网查看更加详细的历史。


我们还是说回TMT本身。

TMT镜面直径30米,由492块子镜拼接而成,面积达655平方米,成像清晰度是哈勃的12倍以上。一旦投入使用,TMT将在天文学和天体物理学的各个领域提供新的观测机会。它可以从紫外线到中红外波段进行观测,将使天文学家能够解决天文学的基本问题,从理解恒星和行星的形成,到解开星系的历史和宇宙中大规模结构的发展。

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TMT采用的镜面拼接主动光学、自适应光学以及精密控制等先导高科技技术将望远镜灵敏度和空间分辨率等技术指标提高到了前所未有的高度。其强大的洞察宇宙的能力必将引发天文学研究的跨越式发展,并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、探查地外行星等前沿科学领域做出巨大突破性贡献。

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作为仪器出身的我就不在这不懂装懂了,搞的我很懂天文似的。科学目标的问题就交给专业的天文学家来解决。我们还是来讨论讨论望远镜本身。


光学系统

TMT光路是折叠的,主镜M1和次镜M2采用双曲面镜,第三级反射镜M3用于折叠和引导光路。其配备有八个终端仪器,这些仪器将被安装在两个主要的耐焦(Nasmyth)平台上。光线经M1M2M3到达终端仪器,在距离第三次反射镜中心20米处成像,焦比是f/15TMT同时采用了主动光学和自适应光学技术。

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控制系统

TMT的控制系统中有超30000个输入/输出和近12000个可控制的自由度。其中包括主控的指向和跟踪,主镜、次镜和第三镜的位置和倾斜,主镜的主动光学控制、对准和相位系统,内置在仪器中的波前传感器,以及协调外壳的运动。

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好不容易聊到了自己的专业,本想多介绍点,想来想去都认为可能没有人会对这些东西感兴趣,还是不在这嘚吧了。


望远镜结构

TMT属于典型的地平式望远镜,主轴由方位轴和高度轴组成。由于TMT是一个大型结构,除此之外,还包括电梯、楼梯、走道,望远镜各子系统所需的所有公用管线(电力、冷却水、压缩、空气、制冷剂、数据等)。整个望远镜是由许多子系统组成的。

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TMT工程总造价预算约18亿美元,不过按照这种大科学装置研发之路,预算通常都是不够的。

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TMT是国际合作化的产物,由美国、中国、加拿大、日本、印度等几十家科研单位联合研发。我国中科院国家天文台、紫金山天文台、南京天光所、北京大学等十余机构均参与了TMT研发。想详细了解的小伙伴还是参见TMT官网和相关的英文参考文献。


因作者水平有限,如有错误,欢迎批评指正。本期内容就到这里,我们下期再见!

 

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参考资料

[1]https://www.lzs100.cc/post/440.html

[2]https://www.tmt.org/

[3]https://www.maunakeaandtmt.org

[4]https://www.maunakeaandtmt.org/get-the-facts

[5]三十米望远镜,动了谁的莫纳克亚? 果壳网.2015-12-11

[6]“圣山”风波待解:TMT频遭抵制的背后。科学网,2015-8-25.

[7]误解与争端,莫纳克亚是否依然能够成为下一代人的天文圣地?澎湃新闻,2019-9-17.

[8]百度百科-三十米望远镜

[9]TMT Construction Proposal Public

[10]Nelson J , Sanders G H . The status of the Thirty Meter Telescope project[C]// Ground-based & Airborne Telescopes II. International Society for Optics and Photonics, 2008.

[11]Nelson, Jerry, Sanders, Gary H. The status of the Thirty Meter Telescope project[C]// Ground-based & Airborne Telescopes II. International Society for Optics and Photonics, 2008.

[12]Stone E , Bolte M . Development of the Thirty-Meter Telescope Project[J]. Current ence, 2017, 113(4):628-630.


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