巡天搜索第二个太阳系,中国首个大型通用光谱望远镜在青藏高原4千米海拔开建

巡天探测系外行星,寻找第二个太阳系。上海交通大学JUST光谱望远镜(Jiao-tong University Spectroscopic Telescope,简称JUST)基建项目,4月27日在冷湖天文观测基地B平台启动建设。预计后年建成之时,JUST望远镜将标志国产大型光谱望远镜实现零的突破,中国天文观测再添利器,并有望成为世界级“星辰之眼”。

赛什腾山上的天文台址。徐瑞哲 摄
荒漠高原选址锁定“星辰之窗”
JUST望远镜项目台址位于青海省海西蒙古族藏族自治州茫崖市冷湖镇赛什腾山,这是全球天文学家的“朝圣之地”,可以与世界三大天文台址夏威夷的莫纳克亚山、加纳利群岛以及智利的阿塔卡马沙漠比肩。位于青藏高原的冷湖自然条件得天独厚,气候干燥,水汽值低,大气稳定度极佳;同时冷湖地区人口稀少,几乎没有光污染,是具有最优视宁度的一流观测台址,为天文观测提供了绝佳的“星辰之窗”。
上海交通大学2022年决定建设4.4米口径的JUST光谱望远镜。经深入实地考察,并在青海省及其有关部门的大力支持下,最终确定冷湖天文观测基地赛什腾山顶4320米海拔的B平台作为JUST望远镜的安置地点。
然而,想要从无到有建设出一台国内自主研发的4米级以上通用型光谱望远镜,仍需克服重重困难——这里是柴达木盆地西北的四大无人区核心区域,大气稀薄,干燥无雨。JUST项目团队克服了极端气候、高原反应以及复杂地形带来的诸多不便,完成了望远镜的实地考察、台址确认与观测。

JUST光谱望远镜总体设计图。资料照片
JUST望远镜的建设分为两期。第一期(2023年-2027年)聚焦望远镜本体和终端建设工作,望远镜本体建设现已启动,各子系统研制有序推进。望远镜终端建设将与中国科学院南京天文光学技术研究所、中国科学技术大学、上海天文台等单位紧密协作。计划于2026年建设完成JUST先导望远镜(JUST-P),2027年JUST望远镜建成并获得首光,经调试后正式投入科学观测。
第二期(2028年-2032年)则将通过后续5年的升级,进一步提升光谱巡天观测效率,为宇宙大尺度结构与星系演化、系外行星探测研究提供具有长期科学价值的基础数据。
此外,JUST望远镜项目的基建还采用了全新的SMC-弧形钢结构模块化产品体系,现场节水、节电量预计达70%,减少建筑垃圾预计85%,在提高建设效率的基础上,节约能源资源,促进生态环保。

JUST团队和管委会赴赛什滕山选址。资料照片
超强巡天能力搜寻第二个太阳系
受限于国内大型先进观测设备匮乏,国内天文界过去长期依赖国外望远镜从事天文研究,通过国际合作或支付观测费用获取有限的观测资源,渴望拥有功能强大的自主天文观测设备。
JUST光谱望远镜口径4.4米,主镜由18块正六边形薄子镜拼接而成。采用轻量化设计,配备三大高性能观测终端,其中多目标光纤光谱仪用于研究黑暗宇宙,积分视场光谱仪用于追踪动态宇宙,高分辨光谱仪用于探测系外行星,具备口径大、集光能力强、响应快速等优势。
JUST将聚焦3方面的科学问题:充分发挥光纤数密度高的优势,大力开展星系团密集场巡天观测,极大促进星系团宇宙学的研究;利用望远镜响应快的特点,对超新星等暂现源进行后随观测,填补暂现源光谱观测资源的严重空缺;使用超高分辨率光谱仪,对多个亮星进行监测,探测系外行星,寻找第二个太阳系。

冷湖之巅天文台址扎堆。徐瑞哲 摄
与国际同类设备相比,JUST望远镜配置的多光纤光谱仪将具备最高光纤数密度,尤其适合开展天体密集场区域(如星系团等)的光谱巡天观测,有望推动星系团宇宙学的发展。
建成后,JUST望远镜将在一段时间内成为国内最好的通用型光谱望远镜,以其超强的巡天能力和高精度观测技术,开展大样本星系团的高完备率的光谱巡天等特色观测计划,助力科学家们在超新星爆发、引力波源证认、系外行星探测等前沿领域取得一系列具有重大影响力的突破性研究成果。
此外,JUST还具备动态宇宙的后随光谱观测能力,与国内已建成的多个光学成像观测望远镜,如墨子望远镜(WFST)和即将升空的中国空间站工程巡天望远镜(CSST)等形成优势互补。WFST、CSST等望远镜均以大视场图像巡天为主,预期会发现数目众多的具有重要科学价值的暂现源等候选目标天体,JUST光谱望远镜将为认证和进一步研究这些候选目标天体的物理本质提供巨大帮助,满足后随光谱认证需求。

JUST团队赴赛什滕山考察场地平整施工进度。资料照片
跨越2500公里开启“星空直播间”
解放日报·上观新闻记者了解到,JUST光谱望远镜项目不仅是上海交大基础研究系统性规划布局的重要战略举措,而且作为上海市在冷湖天文观测基地布局的首台望远镜,JUST光谱望远镜项目标志着上海高校在基础研究领域迈出重要一步,形成黄浦江畔与赛什腾山两地的“梦幻联动”。
去年,上海交大李政道研究所与上海天文馆(上海科技馆分馆)签署战略合作协议,并在共建望远镜项目、共享天文观测数据以及科研成果的科普化展示等方面的深度合作达成初步共识。通过双方合作,将天文探测过程和成果进行展示,帮助社会公众及广大中小学生更多了解天文前沿基础研究。
未来,JUST望远镜有望承担起双重使命:科研人员探索宇宙奥秘的“实验室”和开展社会公众科普教育的“星空直播间”,通过实时传输观测数据、开发沉浸式科普课程,让上海市民在李政道研究所远程观测大厅,以及上海科技馆内就能“触摸”到冷湖星空,让跨越2500公里的协同创新,勾勒出科普共建的新蓝图。
原标题:《巡天搜索第二个太阳系,中国首个大型通用光谱望远镜在青藏高原4千米海拔开建》
题图来源:徐瑞哲 摄 图片来源:除署名外,均资料图
题图说明:冷湖天文观测基地。 题图视频:JUST团队赴赛什滕山考察观测环境。
来源:作者:解放日报 徐瑞哲