中国科学院南京天文光学技术研究所、南京大学、中国科学技术大学和中国科学院大学科研团队提出新一代极大规模光谱巡天望远镜概念方案
研究天体物理学最重要的资料是光谱,当代天体物理学中许多关键问题需要大量光谱观测来解决。长期以来,国际天文界在光谱巡天观测得到了长足的进展,如澳大利亚的2dFGRS(两度视场红移巡天)和美国SDSS(SLOAN数字巡天)这些同时观测数百个天体的光谱巡天项目在宇宙大尺度结构、星系物理、类星体等研究方面取得了引人瞩目的科研成果。我国在2009年建成,2011年开始光谱巡天的国家重大科技基础设施LAMOST(大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜,冠名为“郭守敬望远镜”)首先在国际上开拓了大规模(同时观测数千个天体)光谱巡天,截至2024年3月,LAMOST发布光谱数已达2512万余条,是目前国际上其它巡天望远镜发布光谱数之和的2.2倍,助力中国天文在银河系和恒星研究等领域处于世界领跑地位。在LAMOST成功的鼓舞下,美国光谱巡天项目DESI、日本光谱巡天项目PFS和美国SDSS-V采用LAMOST发明的光纤定位方法,已经开展或即将开展同时观测数千天体的光谱巡天。
当前国际上大型测光巡天望远镜(LSST,8.4米,多色测光)、空间1.2米Euclid望远镜和空间2.4米Roman望远镜的深度成像将提供海量新的光谱目标星表,为开展下一代超大型光谱巡天项目提供了必要条件。
大规模光谱巡天在国际上越来越得到重视。2014年,欧洲南方天文台进行了数千位天文学家参与的调查。调查结果显示超大规模光谱巡天是当前最重要的天文需求。目前,欧美等国都提出研制10米级望远镜进行极大规模光谱巡天的构想。发展极大光谱巡天望远镜以形成与多波段大视场图像巡天设备的协同,这是我国乃至国际取得重大天文研究成就和提升先进天文技术的重大机遇。
常规光谱巡天望远镜的光学系统,由反射和透射系统两部分组成,联合起来消像差和大气色散,但当前透镜制造口径有限,从而限制了光谱巡天望远镜的口径和视场,因此我们提出了创新性的光谱巡天望远镜构想:将反射系统和折射系统分开,先设计一个像质优秀的纯反射系统,该系统源自于我国科学家独立创新的SYZ中继镜三非球面望远镜光学系统,同时,采用苏定强在2011年发明的新颖条状透棱镜拼接大气色散改正器S-ADC,突破了光学玻璃尺寸对望远镜口径的限制,且具有全反射光学系统成像的所有优势,由此设计了新一代超大光谱巡天望远镜ESST。其巡天能力超过国际同类望远镜,在此望远镜上设计了优质的折轴系统,可同时进行大规模精细的IFU光谱观测。ESST建成后,将成为诸多国际天文前沿领域的观测利器,使我国在极大规模光谱巡天方面继续保持国际领先,抢占更高的科学高地。相关研究作为封面论文遴选发表于期刊SCIENCECHINA Physics,Mechanics & Astronomy,以及被Proc. of SPIE收录。该项研究获国家重点研发计划(2022YFA1603001)资助
图1 极大光谱巡天望远镜的两种构型
图2 极大光谱巡天望远镜机架结构初步设计
图3 ESST概念方案被遴选为SCIENCECHINA Physics, Mechanics & Astronomy封面论文
论文地址:
https://doi.org/10.1007/s11433-023-2316-3
https://doi.org/10.1117/12.3021539