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
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(wàngyuǎnjìng)——上海交通大学JUST光谱望远镜基建项目(xiàngmù)塔台和控制室近日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建设将耗时数年,建成(jiànchéng)后,将填补国内大型光谱观测设施的空缺,为研究黑暗宇宙、追踪动态宇宙、探测系(xì)外行星提供强大(qiángdà)的设备支撑。
望远镜是(shì)开展天文观测、支撑天文研究的(de)核心设备。长期以来,中国的天文学者们都渴望(kěwàng)拥有一台自己的大型通用(tōngyòng)光谱望远镜,如今,这一愿景正逐步照进现实。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多米的高原建设望远镜,要克服怎样(zěnyàng)的困难?
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JUST光谱望远镜建设站点鸟瞰(2025年4月27日 刘成则/摄)

我国首台大型通用型光谱望远镜(wàngyuǎnjìng)——上海交通大学JUST光谱望远镜基建项目(xiàngmù)塔台和控制室近日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建设将耗时数年,建成(jiànchéng)后,将填补国内大型光谱观测设施的空缺,为研究黑暗宇宙、追踪动态宇宙、探测系(xì)外行星提供强大(qiángdà)的设备支撑。
望远镜是(shì)开展天文观测、支撑天文研究的(de)核心设备。长期以来,中国的天文学者们都渴望(kěwàng)拥有一台自己的大型通用(tōngyòng)光谱望远镜,如今,这一愿景正逐步照进现实。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多米的高原建设望远镜,要克服怎样(zěnyàng)的困难?

青海省海西蒙古族藏族自治州(hǎixīměnggǔzúzàngzúzìzhìzhōu)茫崖市冷湖镇赛什腾山(shān),是全球天文学家的理想观测(guāncè)地,它的观测条件可以与世界三大天文台址——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(xiāngpìměi)。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(zhèlǐ)自然条件得天独厚,气候干燥、水汽值低,大气稳定度优良,为(wèi)天文观测提供了绝佳的环境。
郑宪忠:冷湖这里(zhèlǐ)的(de)环境多为高原荒漠,平均海拔约3000米,常年干旱少雨。大家知道,天文观测需要在晴朗(qínglǎng)(qínglǎng)的夜晚,而冷湖镇这里全年70%多的晚上晴朗少云(shǎoyún),适合观星;方圆几百公里范围内极少有人居住,夜空没有灯光污染,天空背景亮度很低(dī),能够看到更多暗弱的天体;冷湖附近的赛什腾(sàishénténg)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。

大家知道,望远镜是开展天文观测、支撑天文研究的(de)核心设备。天文研究的进展很大程度(chéngdù)上取决于科学家能观测到什么。那么,JUST光谱望远镜,究竟有(yǒu)哪些超凡之处?郑宪忠介绍,这台望远镜的主镜(zhǔjìng),口径为4.4米(mǐ),由18块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(gāoxìngnéng)观测终端,将(jiāng)分别对应三大科学研究目标:研究黑暗宇宙、追踪动态宇宙、探测系外行星。
郑宪忠:JUST光谱望远镜是对暗弱(ànruò)天体集光成像的平台,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(le)三个主要(zhǔyào)的仪器终端,其中,多目标光纤光谱仪可用于多目标星系红移巡天,探索(tànsuǒ)宇宙主要组分暗物质(ànwùzhì)和暗能量如何决定宇宙大尺度结构与(yǔ)星系的演化;积分视场光谱仪,主要用于时域天体的快速(kuàisù)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,寻找太阳系以外的宜居行星系统。

以多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,要想全面高效地对这些天体进行光谱观测,就需要多目标光纤光谱仪“施展神通”。JUST望远镜建成后,将拥有约2000根(gēn)光纤,光纤密度可以达到同类设备中的(de)(de)最高,尤其适合开展星系团的光谱观测。然而,想要(xiǎngyào)让这台光谱仪充分发挥(chōngfènfāhuī)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(jījiàn)项目执行经理王景相表示,这也对项目建设提出(tíchū)了更高的要求。
王景相:具体体现在(zài)建造精度高,望远镜塔台地(dì)基需最大程度(chéngdù)减少(jiǎnshǎo)不均匀沉降;要求模块拼接误差控制在毫米级,确保塔台与望远镜穹顶能够准确精密地连接(liánjiē)在一起,同时要求核心筒与塔台控制室分离,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,年(nián)平均气温4摄氏度,最低气温零下34摄氏度,这就要求模块房屋的保温(bǎowēn)隔热性能好,以应对高原较大的昼夜温差;要求建造过程绿色环保,减少对青藏高原的环境污染。
与此同时,由于项目建设地点位于山顶,道路、电力等基础设施尚未完善(wánshàn),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(dīwēn)、缺氧等困难条件。如何解决这些现实(xiànshí)困难呢?王景相表示,团队采用了高效、高质、绿色的模块化建造方式,有效解决高寒(gāohán)高海拔(hǎibá)地区的建筑施工难题。
王景相:把(bǎ)(bǎ)望远镜塔台和控制室分成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,只需在工地完成模块化房屋的吊装和拼接(pīnjiē),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,也减少了现场的施工人员(shīgōngrényuán)数量和工作量。我们创新研发与塔台曲面相契合的梯形模块,将模块拼接误差控制在5毫米以内,确保塔台与望远镜穹顶能够准确精密(jīngmì)地连接在一起,保障建造精度。相信在项目建成(jiànchéng)后,也将成为(chéngwéi)高寒高海拔地区模块化建筑的标杆示范。

据了解,JUST光谱望远镜(wàngyuǎnjìng)的建设将耗时数年,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,为宇宙大尺度结构与(yǔ)星系(xì)演化(yǎnhuà)、系外行星探测研究提供具有长期(chángqī)科学价值的基础数据(shùjù)。郑宪忠表示,JUST建成后(hòu),将填补我国(wǒguó)时域天文领域大型光谱观测设施的空缺,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(jiēduàn)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(hàomiǎo)深空。
郑宪忠:JUST光谱望远镜工作在光学(guāngxué)和近红外窗口,这也是银河系(yínhéxì)恒星和近邻及遥远宇宙中星系的主要辐射波段,是天文观测(guāncè)(guāncè)最熟悉的窗口,也是迄今观测效率(xiàolǜ)最高(zuìgāo)的窗口。针对不同天体和不同的天文现象,也有一些大型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(cáinéng)观测,避开地球大气层的吸收。我们熟悉的“中国天眼”(FAST),探测(tàncè)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(wēndù)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(jiéhé)不同类型的观测设施,能够帮助人类全面探索宇宙的无穷奥秘。

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