中国空间站基本结构已经建成了,下一步就要发射巡天空间望远镜了。关于巡天望远镜,大家都惊讶于它的性能参数,单次观测范围达到哈勃望远镜300倍,因此有些人认为巡天望远镜是最先进的空间望远镜,真是这样吗?我是东城观星,应粉丝之约,讲讲巡天望远镜。
看到这个问题,很多懂行的朋友就会说,韦伯空间望远镜就比中国的巡天望远镜更先进。关于这一点,因为两个望远镜属于不同的类型,工作原理和目标不太一样,咱们留到后面再讨论。先说说,巡天望远镜跟哈勃望远镜比,到底怎么样。
一、巡天光学舱的优势
巡天望远镜最大的优势是视场面积大,不是菜市场的市场,而是观测范围,能达到哈勃望远镜的300倍。这个优势可以让巡天望远镜在更短的时间内对整个天空进行扫描。完成全天空扫描的时间,最多是哈勃望远镜的300分之一。也就是说哈勃望远镜在有生之年无法完成的全天空扫描,中国的巡天望远镜很容易实现。据报道它可以在不到十年的时间里面完成40%以上,后续很可能拿到全天空的扫描图。尽快得到宇宙的全景图像,对于人类研究暗物质、暗能量这些未知的宏观事物会有很大的帮助。所以,中国的巡天望远镜很可能会得到影响人类科学发展史的重大发现。
望远镜的视场大,还有一个好处,就是能在同一时间捕捉更多的事儿。我们拿全景摄像头和巡视摄像头比较,全景摄像头可以实时把握全局画面,有任何动作都逃不掉,而巡视摄像头,必须通过扫描的方式来观察全局。有些聪明人,就会跟着巡视摄像头来运动,让自己永远躲在摄像头的视线以外。同样的事情也会发生在巡天望远镜和哈勃望远镜之间,哈勃望远镜更容易丢掉一些精彩的瞬间。
巡天望远镜第二个比较大的优势是,可以实现从近紫外光到红外光的观测,尤其是紫外光观测,这是其他望远镜的短板。在地球上,宇宙中来的紫外线和部分红外线会被大气层给挡住,从而会丢失一部分信息,所以地球上的望远镜不管多么先进,都无法完全替代空间望远镜。从观测效果上来看,虽然韦伯望远镜主要观测的红外光,可以让人类观测到更遥远的天体,但紫外光可以让人类能更清楚地观测天体。
一台相机,让它分别拍摄红外光照片和可见光照片,你会发现红外光照片比较模糊,可见光照片更清晰。如果能用紫外光的话,图像将比可见光还要清晰。这就是为什么现在生产芯片的光刻机要用紫外光刻甚至极紫外光刻,而不是可见光和红外光。另外,我们的手机信号也是一样,低频率的信号传播远,但网速慢,高频率信号网速快。未来的5G和6G信号,还是会以高频信号为主。
巡天望远镜的第三个优势是维护比较方便。韦伯望远镜,远离大气层,架设在150万公里远的地方,这可是比月亮还要远三倍左右的距离啊。这么远的距离,一旦望远镜坏掉了,想去维护,成本是极高的,尤其是派航天员去维护,绝对是天价。这个天价,就连美国也承受不起,所以韦伯望远镜基本上设计成了一次性的。不打算去维护,也不打算补加燃料延长寿命。
哈勃望远镜虽然没有那么远,但维护一次也非常困难,因为是在独立的轨道上运行,每次维护都得专门送航天员过去完成。以前的维护都是通过航天飞机携带航天员去完成的,自从航天飞机退役以后,再也没有航天员过去维护过。
巡天望远镜则不一样,它直接跟中国空间站伴飞,随时可以跟空间站交会对接。中国空间站长期有人值守,航天员随时可以出舱维护望远镜,维护成本远低于哈勃和韦伯。补加燃料也很方便,空间站和货运飞船都可以给望远镜补加燃料。不出意外的话,中国巡天望远镜也有可能实现30年以上的工作寿命。
当然巡天望远镜的优势还有很多,留给大家到评论区讨论,我们再简单说说技术水平。
二、技术解读巡天望远镜的视场达到哈勃300倍
很多人都解说过中国巡天望远镜的离轴三反射技术,说这是中国望远镜优于哈勃望远镜的关键,也是成就巡天望远镜视场比哈勃大的关键技术。其实这种说法也不完全对。
离轴三反射技术和哈勃望远镜的同轴反射技术各有优缺点,并不是说离轴三反射技术明显领先于别的技术,否则最新的韦伯望远镜也不会选择同轴反射技术了。离轴三反射技术也不是什么新技术,早在上世纪九十年代就已经开始在卫星上应用了,而且天上大量的遥感卫星都是使用这项技术。这项技术可以帮助卫星在保证高分辨率大视场的前提下,尽量降低卫星的体积和重量。