太空最大相机!揭开中国巡天望远镜神秘面纱

2022/8/5 9:45:47 矩道科技 产品动态


       最近几个月,中国载人航天好消息不断。先有神舟十四号航天员乘组顺利接棒,后有问题实验舱的成功发射与对接。就在中国人民普天同庆之际,巡空间望远镜也正式官宣亮相了。

据报道,巡天空间望远镜的研制工作正有序推进,预计2024年正式开始科学运行。未来,巡天空间望远镜将与天宫空间站共轨飞行,打造中国的“深空之眼”,带来全景式宇宙高清图,成为太空中最大的相机。




“巡天”的本领有多大?

巡天空间望远镜大小相当于1辆大客车,立起来有3层楼高,重达十几吨。在巡天空间望远镜上,第一代仪器共包含5台观测设备,包括巡天模块、太赫兹模块、多通道成像仪、积分视场光谱仪和系外行星成像星冕仪。




其中,占据最主要观测时间的巡天模块是一个视野极为宽阔的相机。其口径达2米,重点开展近紫外-可见光-近红外波段的巡天观测。观测范围将会覆盖17500平方度的天区,是整个天空面积的40%,积累近20亿个星系的高质量数据,并绘制出宇宙的结构和演化过程。利用获取的星系样本,天文学家还可以测绘上百亿光年范围内的暗物质分布地图。




“巡天”是如何成像的?

巡天望远镜升空后,将能精细观察成千上万个星系,它会带来非常精美的宇宙图片,让普通人真切地感受、理解宇宙。那么,你知道它是如何成像的吗?




我们在初中学习过凸透镜的成像原理,知道物体通过凸透镜既能能成放大的像,又能成缩小的像。利用凸透镜的成像特点,我们发明了照相机、投影仪、放大镜等等


矩道物理虚拟实验室--凸透镜的成像规律

如果我们将两片凸透镜放在合适的位置,就能通过两片透镜的组合看清远处的物体,我们就能得到一架望远镜。当物体位于物镜很远的地方(u>2f),在物镜焦距附近会成一个倒立缩小的实像;这个像再经过目镜进行二次成像,此时物镜的像位于目镜的一倍焦距以内,因此最终成像为倒立、放大的虚像。这就是开普勒式望远镜的成像原理。由于最终成的是一个倒立的像,为了成正立的像,一般会在光路中增加转像系统


利用虚拟仿真展示开普勒望远镜成像原理

由于凸透镜成像是光的折射造成的,因此开普勒式望远镜被划分为折射式望远镜。还有一种折射式望远镜是由伽利略发明的,也是世界上第一台天文望远镜,被称为伽利略式望远镜。它与开普勒式的区别是将目镜中的凸透镜更换为了凹透镜,成的像也变成了正立的像


利用虚拟仿真展示伽利略望远镜成像原理

除了折射式望远镜,还有反射式望远镜、折反式望远镜等等。而我们的巡天空间望远镜是一种离轴三反式望远镜,属于反射式望远镜的一员


巡天望远镜示意图

我们知道利用凹面镜可以会聚光线,同样也可以用来成像。凹面镜跟平面镜一样,都是反射成像。当物距小于焦距时成正立、放大的虚像;当物距在一二倍焦距之间时成倒立、放大的实像;当物距大于2倍焦距时,成倒立、缩小的实像。成的实像与物体在同侧,成的虚像与物体在异侧。


利用虚拟仿真展示凹面镜成像原理

凹面镜由于是反射成像,不会出现色差,这是任何透镜成像所不能比拟的优势。望远镜的分辨率和物镜的通光口径成正比,而大口径的透镜的制造是极其困难的,利用反射原理制造的凹面镜由于对材料的要求较容易达到则易于制造得多,反射望远镜的相对口径可以做得很大。因此,反射式望远镜主要用于天文观测。此外,磨好的反射镜一般在表面镀一层铝膜,铝膜在2000-9000埃波段范围的反射率都大于80%,因而除光学波段外,反射望远镜还适于对近红外和近紫外波段进行研究。



而采用离轴三反式布局的优点在于视场大、相对孔径大和光学系统无中心遮拦(相较于共轴反射式),因此巡天空间望远镜能够看得深、看得广、看得精。在轨工作期间,巡天望远镜将致力于通过对天空的广泛观察,来了解宇宙的历史和演化。未来,巡天望远镜将成为旗舰级空间天文设施,为人类带来对宇宙的革命性认知。
       让我们一起期待并见证这一伟大的历史时刻吧!

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