-
陈昱光:12米光学望远镜争议,应先看科学目标再看技术
关键字: 光学望远镜乍一看这都是很大的提升,但仔细一想并没有那么简单。首先,我们距离理论的成像极限还很远。地基望远镜受到大气层的影响。大气层中的湍流会严重影响成像质量,也是我们为什么看见星星眨眼睛的原因。为此,天文学家发明了自适应光学技术,通过快速改变望远镜镜面的形状,抵消湍流带来的影响。但是自适应光学是有局限性的。
由上图可以看到,观测不同角度的天体,光线所经过的大气是不完全一样的,这就限制了自适应光学不能做到很大的视场。想要做大视场,就要多加改正镜。目前最先进的大视场自适应光学可以做到4角分,距离15角分还有很大距离。
场曲小对后端仪器设计带来的改进也很有限。对仪器设计没概念的同学可以看下图:
这是位于凯克望远镜耐焦上的一个多目标红外光谱仪。在光线最终到达相机之前,要经过多层透镜的调整和准直。这也是4镜设计的优势。它可以通过添加一面镜子给仪器设计带来方便。然而是否值得存疑。因为即使场曲好也没有好到可以不添加准直镜的程度。增加一个镜面所带来的光损失能否在后端仪器补回来,在仪器设计好之前很难下定论。
我们现在可以根据科学目标来看一看4镜的优劣了:
1)早期宇宙:早期宇宙天体非常暗弱,对于望远镜+仪器的通光要求很高。由于主动光学系统会带来严重的额外光损失,做相关观测的开主动光学得不偿失。因此像质一般只能达到0.5-1角秒,0.1角秒的像质提升并没有明显效果。而额外加一个镜面、以及M4 开孔都会带来额外光损失。
2)高能天体 + 3)瞬变源:需要望远镜的快速反应能力。将光路复杂化恐怕只会添加更多技术难点。
4)系外行星:系外行星需要观测精度。直接成像法关注的是一颗恒星周围1角秒左右的视场,15角分的视场并没有意义。而且为了进行如下图所示的观测需要扣除中心恒星,M4 开口会对星点成像的形状造成影响,给扣除带来困难。视向速度法则需要后端仪器具有很好的稳定性,与前端关系不大,甚至与口径关系也很小。目前对于恒星速度测量的极限在1米/秒左右。在建的最先进仪器正在向0.1米/秒努力。原因在于,实现0.1米/秒的测量精度,要将仪器本身的变化(如热胀冷缩)控制在毫米甚至纳米级。这对材料的要求很高。
(用直接成像法观测系外行星)
因此对于已有的科学目标,很难说4镜有什么优势。我唯一能想到的4镜优势在于对银河系内星团,和临近明亮星系的观测。这些天体直径大,又需要高分辨率。然而奇怪的是,这些内容即使在4镜的材料中也没有明显涉及。
除了以上内容外,以下列出我还观察到的一些争议:
1)关于要不要搞大视场巡天的争议:首先先要强调,目前已公开的材料都没有强调大视场巡天,而是要首先保证望远镜的通用性。其次,大视场巡天一般将仪器放在主焦点。一旦使用主焦点就需要把 M2 移除,这跟用3镜还是用4镜几乎没有任何关系。
2)多加一个镜子带来的光损失问题:4镜方案声称可以使用镜面镀银技术,取代现有的镀铝技术,提高每一级镜面的反射率。因此,使用镀银后的4镜并不会比使用镀铝的3镜差。然而镀银镜面意味着要牺牲近紫外波段的观测。此外,银膜不如铝膜耐久,需要在表面覆盖保护层。覆盖后反射率还能提高多少存疑。而且,如果镀银技术成熟的话,在3镜上镀银岂不是更好吗?
3)3镜和4镜的争议是科学主导还是技术主导的争议:我不认为在天文学界,科学主导和技术主导如此泾渭分明。而且目前的争议和通常情况下整个反了过来……国际常见的现象是:科学界提出大胆的想法,而技术界研究相关想法后则会从现实考虑,更加保守。
4)台址问题:这一问题与望远镜本身结构关系不大。争议主要在暂时选定的西藏阿里是否是最好的台址。遗憾的是,我国西藏选址的数据积累的过少。即使是现在已有的数据也不能支持阿里能够达到类似于美国 Mauna Kea 天文台的世界级水平。
综上所述,个人认为,4镜相较于3镜并没有明显优势,甚至某些方面劣势明显。即使4镜是一个好的设计,在新技术面前是否应该先建一个小规模的原型机?举例来说,已故被誉为“凯克望远镜之父”的 Jerry Nelson 在首先设计出拼接镜面(如下图)的时候遭遇了大量质疑。人们认为以当时技术过于冒险。于是 Nelson 建造了一个规模较小的原型望远镜。原型机后来取得了成功,并平息了争论。
(凯克望远镜的拼接镜面)
考虑到 1)我国是从2.4米直接跳到12米,已经具有风险,再在技术上增加风险不值得;2)既然时间紧,没有时间造原型机用事实说话的话,就应该选择经过世界上大量事实验证的3镜结构。因此我是完全支持3镜设计的。
-
本文仅代表作者个人观点。
- 责任编辑:孙武
-
外交部回应布林肯:中方从来没有兴趣,不要疑神疑鬼 评论 286护栏被冲破!美国校园两派“开打” 评论 345加沙孩子感谢美国“挺巴”大学生:请继续支持我们! 评论 140李强:大力发展智能网联新能源汽车 评论 94最新闻 Hot
-
禁了TikTok,谁会得利?看看印度......
-
中国如何成为世界清洁技术巨头?美媒“揭秘”
-
美报告挑事:欧盟任何惩罚都过于温和,无法阻止中国电动车,除非...
-
所罗门群岛总理索加瓦雷退出新任期竞选
-
“不管枪支教育,却禁掉我谋生工具,这就是我的国家”
-
“绝大多数美国人都已感到厌恶,这不是反犹是现实”
-
“美日想抢在中国前面登月,害怕中国人太自豪……”
-
护栏被冲破!美国校园两派“开打”
-
“同性恋最高可判15年”,伊拉克新法律被美英围攻
-
乌军总司令:前线局势正在恶化,俄军取得局部胜利
-
美7旬犹太裔总统候选人,也没幸免…
-
国际刑事法院将发逮捕令?“内塔尼亚胡怕了,不停打电话给拜登”
-
韩机构着急:在华韩货价格不如中国,质量不及日本
-
“我仿佛置身战区”
-
“继加沙后,以军还会把我们赶出约旦河西岸”
-
加沙孩子感谢美国“挺巴”大学生:请继续支持我们!
-