今天小编分享的科技经验：八大宇宙观测神器，中国占几个？，欢迎阅读。
航天之父康斯坦丁 · 齐奥尔科夫斯基说过：" 地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里。"
人类在地球上已经生活了 600 万年，我们的摇篮也一点点扩大，从一个聚落、一片大陆到整个星球。但和浩瀚的星辰大海相比，又如此的渺小。
从远在拉格朗日点的詹姆斯 · 韦伯望远镜，到藏在贵州深山里的中国天眼。为了准确、全面地观测宇宙，人类一直在不断改进望远镜。
本文将简要盘点一下目前仍在运行的宇宙观测神器。
哈勃天文望远镜
哈勃天文望远镜（Hubble Space Telescope，HST）于 1990 年 4 月 24 日发射升空，并运行至今。其轨道位置为低地球轨道，目前位于地表上方 535 公里处。
哈勃锁定目标非常准，相当于能把激光准确照射在 320 公里外的硬币上。哈勃可全天区范围观测，可观测波段为可见光波段和紫外波段。
以 " 星系天文学之父 " 埃德温 · 哈勃为名
（图：wikipedia）▼
哈勃主要的科学发现和科研产出有：
1. 测量了宇宙中不同天体的距离，对于建立宇宙距离尺度非常重要；
2. 观测到了宇宙的膨胀速度正在加速，为研究暗能量的存在和性质提供了证据；
3. 观测到了远古星系的形成和演化过程，为研究宇宙早期提供了宝贵数据；
4. 通过观测星系和星团的引力透镜效应，发现了暗物质的存在；
5. 观测到许多星系中心存在超大质量黑洞；
6. 观测了宇宙背景辐射；
7. 发现了柯伊伯带中的天体和观测了外太阳系行星和其卫星；
8. 观测到许多系外行星，发现了一些类地行星。
9. 通过观测星云和年轻恒星，深入了解了恒星的形成过程。
迄今为止，哈勃望远镜已经进行了超过 150 万次观测，总存档数据超过 340TB，天文学家使用哈勃数据发表了 19000 多篇科学论文。
多年来，哈勃望远镜拍摄的佳作不少
比如，这张 2014 年版 " 创生之柱 " ▼
再比如，Westerlund 2，绚烂如烟火▼
詹姆斯 · 韦伯空间望远镜
韦伯空间望远镜（James Webb Space Telescope， JWST）原计划于 2007 年发射，但一直推迟到 2021 年 12 月 25 日。它是 NASA、欧洲太空总署（ESA）和加拿大航天局（CSA）的合作项目。
韦伯空间望远镜，长这样▼
其轨道位置为日地系统的拉格朗日 L2 点，距离地球至少 150 万公里，L2 点可以保持背向太阳和地球的方位，易于校准和保护，而且在远离太阳的一侧，所以有利于红外观测。
韦伯的特长在红外观测，它能够看到更多，更老的恒星和星系。但 L2 轨道是不稳定的，需要动力维持望远镜姿态和位置，目前韦伯携带的推进剂足够使用 10 年，所以它的任务目标时间就是 10 年。
韦伯的主要科学目标是：
1. 主要的任务是调查宇宙微波背景辐射，即观测今天可见与宇宙的初期状态；
2. 寻找宇宙大爆炸后形成的第一批恒星和星系的光；
3. 研究星系的形成和演化；
4. 研究恒星形成，行星系统的演化过程和生命的起源。
韦伯空间望远镜的发现包括但不限于首次直接拍摄系外行星、发现有史以来最遥远的星系、详细观测了系外行星的大气层和星系碰撞时的恒星形成等，其中还包括前不久拍摄到的一个问号形物体，引起了人们的极大关注。
韦伯望远镜拍摄的船底座星云部分影像
（横屏，图：NASA's JWST）▼
韦伯望远镜 2022 年拍摄的南环星云
犹如一块嵌在黑色丝绒上的蓝宝石
（图：NASA's JWST）▼
盖亚任务
盖亚任务（Gaia）是欧洲太空总署的太空望远镜，致力于绘制一张精确的银河系三维星图。该任务于 2013 年 12 月 19 日发射升空，运行至今，正在观测银河系内外近 20 亿个星体。其轨道位于日地系统的拉格朗日 L2 点。
Gaia 任务包含两个望远镜，它们以固定的广角进行观测，对观测范围内的每个天体平均观测 70 次，时长持续 5 年。观测波段为可见光。
Gaia 的主要科学产出有：
1. 测量我们太阳系的加速度；
2. 改进近地小行星的轨道；
3. 改进恒星掩星阴影轨道预测；
4. 发现了更多的稀有恒星、超高速恒星、新小行星和系外行星，揭示了太空中的气态结构；
5. 揭示银河系在早期（大约在 100 亿年前）可能与另一个大星系并合后形成；
6. 推测银河系 " 厚盘 " 部分在 130 亿年前开始形成，距离大爆炸仅 8 亿年；
7. 白矮星随着内部的冷却，会变成固体球体。
在 Gaia 观测到的天体中，超过 99.9% 的天体从未被精确测量过距离。预计盖亚任务结束时，存档数据将超过 1PB。
使用盖亚第三阶段资料绘制的四张图
（图：ESA / Gaia / DPAC）▼
" 悟空 " 暗物质粒子探测卫星
暗物质粒子探测卫星（Dark Matter Particle Explorer，DAMPE）是我国第一个空间天文探测器，命名为 " 悟空 "。由中科院紫金山天文台主导，于 2015 年 12 月 17 日发射。
悟空号的轨道类型为太阳同步轨道，轨道高度约为 500 公里。原计划运行寿命为 3 年，但自从 2015 年发射后，至今仍在服役，而且工作状态良好。悟空号共计搭载了四种不同的有效载荷，结构如下图。
悟空号卫星的科学载荷结构示意图
（底图：紫金山天文台）▼
其主要科学目标是暗物质间接探测，次要目标是寻找宇宙射线的起源和伽马射线天体物理研究，主要科学产出有：
1. 2017 年，首次在 1.5TeV 处观测到了明显超出的峰值；
2. 给出了从 40 GeV 到 100 GeV 能段的宇宙线质子精确能谱测量结果，发布了 25 GeV 和 4.6 TeV 之间正电子光谱的精确测量结果；
3. " 悟空 " 号卫星 530 天的运行共计记录到 28 亿个宇宙线粒子， 科学家从中筛选出了约 150 万个高能量的电子， 测量出了这些电子的能谱分布。揭示出电子能谱存在的一处拐折和一处可能的尖峰结构；
4. 记录到明显增强的伽马射线爆发现象，这一爆发在 12 月 16 日达到了峰值；
5. 测量得到的两个最亮脉冲星的伽马周期在 1GeV-100GeV 的能量范围；
6. 揭示了电子和正电子的通量出人意料的形状。
悟空号在暗物质间接探测方面，具有较强的国际竞争力。
宽视场红外巡天探测卫星
宽视场红外巡天探测卫星（Wide-field Infrared Survey Explorer， WISE）是 NASA 在 2009 年发射的空间红外望远镜，运行期间共对约 158000 颗小行星进行了观测，其中包括约 34000 颗新发现的小行星。
该望远镜的四个工作波长分别为 3.4，4.6，12 和 22 微米，分别记为 W1，W2，W3 和 W4。到 2011 年 2 月，固态氢全部耗尽，望远镜进入休眠状态。
2010 年，WISE 拍摄的 C/2007 Q3
WISE 拍摄的影像（图：NASA）▼
2013 年 8 月，WISE 被唤醒，继续使用 W1 和 W2 波段进行巡天观测，并更名为 NEOWISE，用于探测近地小天体。
截至 2022 年 4 月，NEOWISE 共对 40700 个太阳系天体进行了超过 120 万次红外测量，包括 1380 个近地小行星和 246 颗彗星，其中发现了 347 颗潜在危险小行星和 34 颗彗星。
NEOWISE 位于太阳同步轨道，距离地表 525 公里，主要任务包括：
1. 搜索近地小行星，为地球撞击威胁评估提供数据；
2. 观测彗星；
3. 研究小行星族群；
4. 测量小行星的大小分布和反照率。
凌日系外行星巡天卫星
系外行星凌星巡天卫星（Transiting Exoplanet Survey Satellite， TESS）是一颗由 NASA 开发，专门用于探测系外行星的望远镜，又被称为 " 苔丝 "。
TESS 的轨道位于高地球轨道，为高椭圆轨道，其偏心率为 0.55，近地点和远地点的距离分别约为 10.8 万公里和 37.3 万公里。该轨道可以获得天空南北半球的无遮影像。
TESS 于 2018 年 4 月 18 日发射升空，预设的主要任务为 2 年，至今仍在运行。截至 2023 年 8 月，TESS 发现了 373 颗已确认的系外行星。
中国巡天空间望远镜
中国巡天空间望远镜（China Space Station Telescope， CSST）是中国第一个光学空间巡天望远镜，它于 2013 年 11 月立项，预计在 2024 年发射，将在 400 公里高的轨道上运行。这意味着 CSST 具备在轨维护更新的能力。
CSST 兼具大视场和高像质的优异性能，是哈勃视场的 300 倍。CSST 的计划运行期为 10 年，将对 17500 平方度的天区进行多波段成像和无缝光谱观测，并对遴选的天体或天区开展精细观测研究，以获取数十亿恒星与星系的测光数据和数亿条光谱，并通过直接成像搜寻和研究太阳系外行星。
CSST 的主要科学目标有：
1. 对宇宙加速膨胀、暗能量、暗物质、星系成团性和宇宙大尺度结构的研究；
2. 星系和活动星系核，包括高红移星系和超大质量黑洞；
3. 恒星活动、形成和演化；
4. 系外行星、原行星盘和太阳系天体观测研究；
5. 暂现源 / 变源和重要天文事件响应，例如引力波搜寻、高红移伽马射线暴和快速射电暴等。
" 中国天眼 "500 米口径球面射电望远镜
" 中国天眼 "（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，FAST）是目前世界上第一大的球面射电望远镜。项目早在 1994 年就被提出并开始进行预研工作。到 2020 年 1 月 11 日通过验收，正式开始运行。
因为天体目标在运动，所以中国天眼在跟踪观测时，抛物面要一直不停地跟踪变化。于是，反射面不断变形，悬挂在钢索上馈源也要进行相应的运动。
为了支持这一功能，中国科学家将 4450 块三角形主动反射面安装在球形的大网兜内表层，大网兜的 2225 个节点形成了 4450 个三角形区網域，每个节点上有斜拉的钢索，连接到地面，钢索下面有液压促动器往下拽钢索，每一个节点都可以双向运动。通过联合控制，精确调节每个节点的运动距离，就可以使得球面变形成抛物面，实现变形。
其科学目标有：
1. 大规模中性氢的巡天调查，绘制宇宙早期影像；
2. 建立脉冲星计时阵，参与未来脉冲星自主导航和引力波探测；
3. 主导国际甚长基线干涉测量网，探测天体的超精细结构；
4. 检测星际通信讯号，参与地外文明搜索。
上述神器是当前最为引人瞩目的天文观测设备，为天文学家们带来了丰富的科学产出。中国在某些方面处于国际前沿地位，例如在暗物质探测和射电望远镜领網域取得了显著进展。而在光和热红外波段，与国际先进水平仍存在较大差距。
随着天文学的发展，未来将需要更大口径的空间望远镜来捕捉更多微弱天体的光线。目前已经出现了一些针对未来空间望远镜的设计概念，例如大口径先进技术空间望远镜和单孔径远红外天文观测望远镜。这些观测神器将极大地提高人类对宇宙的认知。
