八大觀測神器，中國占幾個？

今天小編分享的科學經驗：八大觀測神器，中國占幾個？，歡迎閲讀。

( ⊙ _ ⊙ )

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NO.2579- 觀測宇宙神器

文字：行星不發光

校稿：辜漢膺 / 編輯：蛾

寫在開頭：

近期，我們的專業作者将在我們的" 知識星球 "分享不同領網域的知識、個人體驗、行業信息

①本期

▶主題：去過 50+ 國家和地區的人見過哪些鮮為人知的風情

分享人：澄澈

- 巴拿馬，古巴，哥倫比亞，印度，阿根廷

②下期

▶主題：在荷蘭工作生活，一些小刺激的細節

分享人：谷雨

-90 厘米高的小便池、紅燈區 " 探險 "、" 混浴 " 的桑拿房、什麼是荷蘭 " 天體浴場 "

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航天之父康斯坦丁 · 齊奧爾科夫斯基説過：" 地球是人類的搖籃，但人類不可能永遠被束縛在搖籃裏。"

人類在地球上已經生活了 600 萬年，我們的搖籃也一點點擴大，從一個聚落、一片大陸到整個星球。但和浩瀚的星辰大海相比，又如此的渺小。

從遠在拉格朗日點的詹姆斯·韋伯望遠鏡，到藏在貴州深山裏的中國天眼。為了準确、全面地觀測宇宙，人類一直在不斷改進望遠鏡。

本文将簡要盤點一下目前仍在運行的宇宙觀測神器。

哈勃天文望遠鏡

( Hubble Space Telescope，HST )

哈勃天文望遠鏡于 1990 年 4 月 24 日發射升空，并運行至今。其軌道位置為低地球軌道，目前位于地表上方 535 公裏處。

哈勃鎖定目标非常準，相當于能把激光準确照射在 320 公裏外的硬币上。哈勃可全天區範圍觀測，可觀測波段為可見光波段和紫外波段。

以 " 星系天文學之父 " 埃德温 · 哈勃為名

（圖：wikipedia）▼

哈勃主要的科學發現和科研產出有：

1. 測量了宇宙中不同天體的距離，對于建立宇宙距離尺度非常重要；

2. 觀測到了宇宙的膨脹速度正在加速，為研究暗能量的存在和性質提供了證據；

3. 觀測到了遠古星系的形成和演化過程，為研究宇宙早期提供了寶貴數據；

4. 通過觀測星系和星團的引力透鏡效應，發現了暗物質的存在；

5. 觀測到許多星系中心存在超大質量黑洞；

6. 觀測了宇宙背景輻射；

7. 發現了柯伊伯帶中的天體和觀測了外太陽系行星和其衞星；

8. 觀測到許多系外行星，發現了一些類地行星。

9. 通過觀測星雲和年輕恒星，深入了解了恒星的形成過程。

迄今為止，哈勃望遠鏡已經進行了超過 150 萬次觀測，總存檔數據超過 340TB，天文學家使用哈勃數據發表了 19000 多篇科學論文。

多年來，哈勃望遠鏡拍攝的佳作不少

比如，這張 2014 年版 " 創生之柱 " ▼

再比如，Westerlund 2，絢爛如煙火▼

詹姆斯 · 韋伯空間望遠鏡

( James Webb Space Telescope, JWST )

韋伯空間望遠鏡原計劃于 2007 年發射，但一直推遲到 2021 年 12 月 25 日。它是 NASA、歐洲太空總署 ( ESA ) 和加拿大航天局 ( CSA ) 的合作項目。

韋伯空間望遠鏡，長這樣（底圖：wiki）▼

其軌道位置為日地系統的拉格朗日 L2 點，距離地球至少 150 萬公裏，L2 點可以保持背向太陽和地球的方位，易于校準和保護，而且在遠離太陽的一側，所以有利于紅外觀測。

韋伯的特長在紅外觀測，它能夠看到更多，更老的恒星和星系。但 L2 軌道是不穩定的，需要動力維持望遠鏡姿态和位置，目前韋伯攜帶的推進劑足夠使用 10 年，所以它的任務目标時間就是 10 年。

測試中的韋伯主鏡，科幻感爆棚（圖：wiki）▼

韋伯的主要科學目标是：

1. 主要的任務是調查宇宙微波背景輻射，即觀測今天可見與宇宙的初期狀态；

2. 尋找宇宙大爆炸後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，行星系統的演化過程和生命的起源。

韋伯空間望遠鏡的發現包括但不限于首次直接拍攝系外行星、發現有史以來最遙遠的星系、詳細觀測了系外行星的大氣層和星系碰撞時的恒星形成等，其中還包括前不久拍攝到的一個問号形物體，引起了人們的極大關注。

韋伯望遠鏡拍攝的船底座星雲部分影像

（橫屏，圖：NASA's JWST）▼

韋伯望遠鏡 2022 年拍攝的南環星雲

猶如一塊嵌在黑色絲絨上的藍寶石

（圖：NASA's JWST）▼

蓋亞任務

( Gaia )

蓋亞任務是歐洲太空總署的太空望遠鏡，致力于繪制一張精确的銀河系三維星圖。該任務于 2013 年 12 月 19 日發射升空，運行至今，正在觀測銀河系内外近 20 億個星體。其軌道位于日地系統的拉格朗日 L2 點。

Gaia 任務包含兩個望遠鏡，它們以固定的廣角進行觀測，對觀測範圍内的每個天體平均觀測 70 次，時長持續 5 年。觀測波段為可見光。

工作中的蓋亞，想象圖（圖：wiki）▼

Gaia 的主要科學產出有：

1. 測量我們太陽系的加速度；

2. 改進近地小行星的軌道；

3. 改進恒星掩星陰影軌道預測；

4. 發現了更多的稀有恒星、超高速恒星、新小行星和系外行星，揭示了太空中的氣态結構；

5. 揭示銀河系在早期 ( 大約在 100 億年前 ) 可能與另一個大星系并合後形成；

6. 推測銀河系 " 厚盤 " 部分在 130 億年前開始形成，距離大爆炸僅 8 億年；

7. 白矮星随着内部的冷卻，會變成固體球體。

在 Gaia 觀測到的天體中，超過 99.9% 的天體從未被精确測量過距離。預計蓋亞任務結束時，存檔數據将超過 1PB。

使用蓋亞第三階段資料繪制的四張圖

（圖：ESA / Gaia / DPAC）▼

" 悟空 " 暗物質粒子探測衞星

( Dark Matter Particle Explorer, DAMPE )

暗物質粒子探測衞星是我國第一個空間天文探測器，命名為 " 悟空 "。由中科院紫金山天文台主導，于 2015 年 12 月 17 日發射。

悟空号的軌道類型為太陽同步軌道，軌道高度約為 500 公裏。原計劃運行壽命為 3 年，但自從 2015 年發射後，至今仍在服役，而且工作狀态良好。悟空号共計搭載了四種不同的有效載荷，結構如下圖。

悟空号衞星的科學載荷結構示意圖

（底圖：紫金山天文台）▼

其主要科學目标是暗物質間接探測，次要目标是尋找宇宙射線的起源和伽馬射線天體物理研究，主要科學產出有：

1.2017 年，首次在 1.5TeV 處觀測到了明顯超出的峰值；

2. 給出了從 40 GeV 到 100 GeV 能段的宇宙線質子精确能譜測量結果，發布了 25 GeV 和 4.6 TeV 之間正電子光譜的精确測量結果；

3." 悟空 " 号衞星 530 天的運行共計記錄到28 億個宇宙線粒子, 科學家從中篩選出了約 150 萬個高能量的電子 , 測量出了這些電子的能譜分布。揭示出電子能譜存在的一處拐折和一處可能的尖峰結構；

4. 記錄到明顯增強的伽馬射線爆發現象，這一爆發在 12 月 16 日達到了峰值；

5. 測量得到的兩個最亮脈衝星的伽馬周期在 1GeV-100GeV 的能量範圍；

6. 揭示了電子和正電子的通量出人意料的形狀。

悟空号在暗物質間接探測方面，具有較強的國際競争力。

寬視場紅外巡天探測衞星

( Wide-field Infrared Survey Explorer, WISE )

WISE 是 NASA 在 2009 年發射的空間紅外望遠鏡，運行期間共對約 158000 顆小行星進行了觀測，其中包括約 34000 顆新發現的小行星。

該望遠鏡的四個工作波長分别為 3.4，4.6，12 和 22 微米，分别記為 W1，W2，W3 和 W4。到 2011 年 2 月，固态氫全部耗盡，望遠鏡進入休眠狀态。

2010 年，WISE 拍攝的 C/2007 Q3

WISE 拍攝的影像（圖：NASA）▼

2013 年 8 月，WISE 被喚醒，繼續使用 W1 和 W2 波段進行巡天觀測，并更名為 NEOWISE，用于探測近地小天體。

截止 2022 年 4 月，NEOWISE 共對 40700 個太陽系天體進行了超過 120 萬次紅外測量，包括 1380 個近地小行星和 246 顆彗星，其中發現了 347 顆潛在危險小行星和 34 顆彗星。

NEOWISE 位于太陽同步軌道，距離地表 525 公裏，主要任務包括：

1. 搜索近地小行星，為地球撞擊威脅評估提供數據；2.觀測彗星；3. 研究小行星族群；4. 測量小行星的大小分布和反照率。

C/2020 F3，于 2020 年被 NEOWISE 發現

凌日系外行星巡天衞星

（Transiting Exoplanet Survey Satellite, TESS）

系外行星凌星巡天衞星是一顆由 NASA 開發，專門用于探測系外行星的望遠鏡，又被稱為 "苔絲"。

TESS 的軌道位于高地球軌道，為高橢圓軌道，其偏心率為 0.55，近地點和遠地點的距離分别約為 10.8 萬公裏和 37.3 萬公裏。該軌道可以獲得天空南北半球的無遮影像。

TESS 繞地球運行，想象圖

（圖：shutterstock）▼

TESS 于 2018 年 4 月 18 日發射升空，預設的主要任務為 2 年，至今仍在運行。截止 2023 年 8 月，TESS 發現了 373 顆已确認的系外行星。

TESS，啓程（圖：wiki）▼

中國巡天空間望遠鏡

( China Space Station Telescope, CSST )

CSST 将是中國第一個光學空間巡天望遠鏡，它于 2013 年 11 月立項，預計在 2024 年發射，将在 400 公裏高的軌道上運行。這意味着 CSST 具備在軌維護更新的能力。

CSST 兼具大視場和高像質的優異性能，是哈勃視場的 300 倍。CSST 的計劃運行期為 10 年，将對 17500 平方度的天區進行多波段成像和無縫光譜觀測，并對遴選的天體或天區開展精細觀測研究，以獲取數十億恒星與星系的測光數據和數億條光譜，并通過直接成像搜尋和研究太陽系外行星。

中國巡天空間望遠鏡概念圖

（圖：bao.ac.cn/csst/）▼

CSST 的主要科學目标有：

1. 對宇宙加速膨脹、暗能量、暗物質、星系成團性和宇宙大尺度結構的研究；

2. 星系和活動星系核，包括高紅移星系和超大質量黑洞；

3. 恒星活動、形成和演化；

4. 系外行星、原行星盤和太陽系天體觀測研究；

5. 暫現源 / 變源和重要天文事件響應，例如引力波搜尋、高紅移伽馬射線暴和快速射電暴等。

" 中國天眼 "500 米口徑球面射電望遠鏡

( Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，FAST )

" 中國天眼 " 是目前世界上第一大的球面射電望遠鏡。項目早在 1994 年就被提出并開始進行預研工作。到 2020 年 1 月 11 日通過驗收，正式開始運行。

" 中國天眼 " 宛如玉盤（圖：共生地球）▼

因為天體目标在運動，所以中國天眼在跟蹤觀測時，抛物面要一直不停地跟蹤變化。于是，反射面不斷變形，懸挂在鋼索上饋源也要進行相應的運動。

為了支持這一功能，中國科學家将 4450 塊三角形主動反射面安裝在球形的大網兜内表層，大網兜的 2225 個節點形成了 4450 個三角形區網域，每個節點上有斜拉的鋼索，連接到地面，鋼索下面有液壓促動器往下拽鋼索，每一個節點都可以雙向運動。通過聯合控制，精确調節每個節點的運動距離，就可以使得球面變形成抛物面，實現變形。

功能強大（底圖：壹圖網）▼