大口径光学望远镜拼接镜面关键技术综述

随着天文探测的不断发展,望远镜的口径越来越大,拼接镜面技术为大口径望远镜主镜的设计提供了一种比单镜面形式更简单可行的替代方案,现已成为大口径望远镜主镜设计的重要途径。本文以詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST)和三十米望远镜(TMT)等典型拼接式望远镜的主镜设计为参考,总结了当前拼接镜面技术的发展现状;并阐述了在大规模子镜背景下,不同子镜拼接方案的性能差异,以及镜面支撑技术和共相检测技术的未来发展趋势,希望可以为我国下一代极大口径光学望远镜的自主研制提供参考。     

封面照片说明

 这是美国宇航局计划在2008年发射的“开普勒太空望远镜”,科学家们力求在未来几十年里寻找到与地球相类似的行星,从而揭示宇宙规律及生命起     

美科学家猜测距太阳30光年处有类地球行星

据台湾《中国时报》报道，美国天体物理学专家鲍斯在美国科学促进协会年会上指出：“距太阳约30光年远处，有约数十个类日恒星，我想其中应有好一部分，大概一半的恒星，周围会有类地球行星围绕．”他确信，类地球行星可以通过过美国太空总署预计今年3月5日发射升空的开普勒太空望远镜，或是从2006年开始在轨道上运转，配备太空望远镜的COROT卫星观测到．     

空间大口径望远镜稳像系统发展现状及趋势

介绍了目前国际上已发射及正在论证的大型空间望远镜的稳像控制系统,主要包括自由飞行模式的HUBBLE、JWST、ATLAST-8m和ATLAST-9.2m,载体搭载模式的SOFIA和OPTⅡX。详细论述了这些空间望远镜稳像系统的组成、工作原理、主要元件、性能指标和控制算法,并对基于磁悬浮技术的无扰动载荷设计概念和机械臂直接驱动空间相机的设计思想进行了介绍。分析表明,基于机械臂和磁悬浮技术的精密稳像及主动振动抑制系统是未来的发展趋势。     

闪电中存在反物质

NASA去年发射了费米伽马射线太空望远镜,目的是探测数光年之外的伽马射线爆。但最近它却从地球的闪电中探测到了反物质信号。     

我国首颗空间X射线天文卫星“慧眼”发射成功

<正>2017年6月15日11时00分,我国在酒泉卫星发射中心用长征四号乙(CZ-4B)运载火箭成功将硬X射线调制望远镜卫星"慧眼"发射升空,卫星顺利进入预定轨道。此次发射任务圆满成功,使我国在国际上空间X射线观测领域占有一席之地,有望做出一系列新的科学发现,是我国空间科学研究领域新的里程碑。     

GLAST：观察宇宙的新窗口——美国2008年发射γ射线大面积空间望远镜

2008年科学家将开启一扇观察宇宙的新窗口,这就是“γ射线大面积空间望远镜”于2008年6月11日在美国卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心发射升空。这颗科学探测卫星,其英文全称为Gamma—ray Large Area Space Telescope。缩写为GLAST。该项目由美国、法国、德国、意大利、日本和瑞典6个国家的政府和科研人员共同开发,其设计寿命为5～10年。其科学任务是：探索宇宙间最极端的太空环境,在这种环境条件下,自然可以产生地球上所无法想象的能量;搜寻新物理学规律存在的迹象,以及神秘暗物质的组成成分;     

贝加尔湖底的大型中微子望远镜

 价值两千五百万欧元, 用来探测来自太空的高能中微子望远镜正在世界最深的湖底建造, 这就是莫斯科俄罗斯核研究所正在西伯利亚贝加尔湖--世界第二大湖--建造的十亿吨体量探测器GVD(Gigaton Volume Detector)。2018年全部完成后将成为世界最大的中微子望远镜之一。     

物理学史中的一月

<正>1839年1月2日:第一个月球的达盖尔银版摄影(译自APS News,2013年1月)无论从地面的望远镜,或像哈勃太空望远镜等仪器拍摄出高分辨率的星球彩色照片,是现今天文学研究的主要方法,但以前并非都是如此。在发明摄影术之前,天文学家必须将他们在望远镜中之所见手绘出来,时常会遗漏重要的细节;天文学家再将原先的初图重画复制,错误也不知不觉地存在画中。一     

重元素揭示恒星的形成时间

天文学家认为 ,实际上所有比硼重的元素都是由恒星内部发生的核反应所产生的 .当恒星在其寿命的末期发射爆炸时 ,这些元素被发射到太空中 .但是在这个过程能够发生之前 ,大爆炸中产生的较轻的元素 (如氢和氦 )必须先聚结成恒星 ,而根据现有的理论 ,这一演化要经历 7亿年的时间 .这意味着 ,在古老的恒星和星系中 ,重元素的存在可告诉我们恒星是在什么时候开始形成的 .空间望远镜欧洲协作装置及欧洲南部天文台的WolframFreudling及其同事们使用哈勃望远镜对 3个类星体所发出的光波进行了观察 (见FleudlingWetal.Astrophys.J.Lett.,2 0 0 3,…     

新的宇宙曙光

哈勃太空望远镜拍摄的原始深场照片是天文学中最具标志性的图片之一。这张图片由数量惊人的遥远星系组成,星系镶嵌在黑色的背景之上,它是哈勃在1995年12月对大熊座的一小块区域进行了一系列观测之后得到的。受这张经典照片启发,天文学家们开始计划一项新任务来研究早期宇宙——这项任务可以看到更早的宇宙,观测到宇宙大爆炸之后3亿年就已经存在的最早的星系。但要做到这一点,需要一个有史以来最大的望远镜,一个比哈勃2.4 m的镜子大得多的望远镜。答案是:下一代太空望远镜(Next Generation Space Telescope,NGST),这是一个巨大的太空望远镜,拥有6.5 m的拼接式主镜,它有望实现一系列新的发现。     

小小立方星也能做大科学——以美国立方星科学探索的实践为例

 空间科学是以航天器为主要平台，研究发生在地球空间、日地空间、行星际空间乃至整个宇宙空间的物理、天文、化学以及生命等自然现象及其规律的科学①。目前，航天器正朝着越来越大和越来越小的两个方向发展，即一方面研制综合型、高功率的大型卫星，如美国航空航天局（NASA）将于2020年之后发射的詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST），质量为6.2吨，主反射镜口径达到6.5米；另一方面研制质量轻、微型化的小型卫星。其中，立方星是采用国际通用标准的微纳卫星，以U为单位，1U体积为10 cm×10 cm×10 cm，1U重量一般不超过1.33 kg。根据任务的需要，可将立方体卫星扩展为2U（10 cm×10 cm×20 cm）、3U、甚至16U或更大。     

新的宇宙曙光

哈勃太空望远镜拍摄的原始深场照片是天文学中最具标志性的图片之一。这张图片由数量惊人的遥远星系组成,星系镶嵌在黑色的背景之上,它是哈勃在1995年12月对大熊座的一小块区域进行了一系列观测之后得到的。受这张经典照片启发,天文学家们开始计划一项新任务来研究早期宇宙——这项任务可以看到更早的宇宙,观测到宇宙大爆炸之后3亿年就已经存在的最早的星系。但要做到这一点,需要一个有史以来最大的望远镜,一个比哈勃2.4 m的镜子大得多的望远镜。答案是:下一代太空望远镜(Next Generation Space Telescope,NGST),这是一个巨大的太空望远镜,拥有6.5 m的拼接式主镜,它有望实现一系列新的发现。     

35MeV/u 40Ar+197Au反应中热核的统计发射研究

利用硅半导体+CsI(T1)闪烁体望远镜测量35MeV/u ⁴⁰Ar+¹⁹⁷Au中发射的轻带电粒子,用能谱斜率方法和双同位素产额比方法提取了核温度参量.研究了热核发射过程中的统计发射规律.     

能看清黑洞细节的太空射电望远镜

 能看清黑洞细节的太空射电望远镜俄罗斯科学家试图揭开遥远太空天体---黑洞最神秘的面纱,他们建造了一架能观看到宇宙最深处的射电望远镜。众所周知,黑洞是宇宙中最残忍和最无情的“杀人者”,无论是行星还是恒星在黑洞面前都没有生路。黑洞惊人的吸引力即使是太阳光也无法抗拒,黑洞就像飓风,它会将整个世界吸入风洞中。关于这毁灭性的威胁暂时很少有人知道,因为谁也没有见到过黑洞,但是俄罗斯科学家找到一种能看到黑洞的方法,准备发射一架太空射电望远镜。它将比现有的望远镜敏锐几千倍。俄罗斯科学院院士尼古拉·卡尔达绍夫指出,“这架太空射电望远镜甚至可以看清黑洞的细节,它将能使我们发现宇宙新的物理规律。     

激发态氦原子的玻色—爱因斯坦凝聚

1996年 ,《科学美国人》杂志的资深记者约翰·霍根出版了他的一本科普著作———《科学的终结》 .在书中霍根断言 :科学发现的伟大时代已经一去不复返了 .这一令人瞩目的观点 ,加上作者对众多科学家尖刻的讽刺 ,使得该书在上市不久便引发了科学界乃至社会各界的争论 .美国Ｓｃｉｅｎｃｅ周刊曾于 1996年 6月 14日发表了戴维·古德斯坦对该书的书评 .5年后的今天 ,作为对古德斯坦书评的注释 ,在这篇短文中 ,我们将以玻色 -爱因斯坦凝聚 (ＢＥＣ)的研究进展为例 ,批判霍根的科学悲观主义 .将 4千年前的金字塔与哈勃太空望远镜相比 ,哪一个是更…     

外差探测系统中马卡望远镜离轴使用的研究

鉴于马卡望远镜离轴能够减小因副镜遮挡引起的光能量损失,分析了马卡望远镜离轴使用时,合作目标和非合作目标发射和接收光路的区别。讨论了马卡望远镜在外差探测系统离轴使用时,发射能量提高,但外差效率下降的原因;在合作目标外差探测系统离轴使用时发射能量提高30%以上,外差效率也有很大提高;通过对散射体目标物和平面镜的测量,分别得到了17%和85%的外差效率,验证了马卡望远镜在合作目标外差探测系统中可以离轴使用。     

实现同步轨道(GEO)高分辨力对地观测的技术途径(上)

在地球静止同步轨道(GEO)上实现高分辨力对地观测,具有一系列独特优点,远为其它轨道所不及。然而,对于36000 km的远程高分辨力可见波段观测,要求望远镜必须具备20 m以上口径的主镜。传统的空间相机,如果要有如此大的口径,其总质量将超过1000 t,无法发射到GEO上。无支撑薄膜望远镜和大口径衍射望远镜,可以大幅度降低主镜质量面密度,从而降低整个相机系统的总质量,可算是一种极好的技术途径。分步发射与在轨装配,则提供了可供此类观测系统实施从地面转运到GEO的技术手段。基于变换成像原理的傅里叶望远镜,将高分辨力的取得,由增大接收口径转变为加大发射间隔,用大面积回波能量探测加上傅里叶分量重构,取代常见的目标图像直接探测,突破了远程高分辨力观测的致命瓶颈。近完美透镜为突破衍射极限提供了可能性,从而为超分辨力观测开拓出一片科学的新天地。负折射率材料(左手型材料)可制成完美透镜,而光子晶体是负折射率材料的热门选择之一,基于表面等离子激元(SPP)的光子器件则是其另一种选择。     

实现同步轨道(GEO)高分辨力对地观测的技术途径(下)

在地球静止同步轨道(GEO)上实现高分辨力对地观测,具有一系列独特优点,远为其它轨道所不及。然而,对于36 000 km的远程高分辨力可见波段观测,要求望远镜必须具备20 m以上口径的主镜。传统的空间相机,如果要有如此大的口径,其总质量将超过1 000 t,无法发射到GEO上。无支撑薄膜望远镜和大口径衍射望远镜,可以大幅度降低主镜质量面密度,从而降低整个相机系统的总质量,可算是一种极好的技术途径。分步发射与在轨装配,则提供了可供此类观测系统实施从地面转运到GEO的技术手段。基于变换成像原理的傅里叶望远镜,将高分辨力的取得,由增大接收口径转变为加大发射间隔,用大面积回波能量探测加上傅里叶分量重构,取代常见的目标图像直接探测,突破了远程高分辨力观测的致命瓶颈。近完美透镜为突破衍射极限提供了可能性,从而为超分辨力观测开拓出一片科学的新天地。负折射率材料(左手型材料)可制成完美透镜,而光子晶体是负折射率材料的热门选择之一,基于表面等离子激元(SPP)的光子器件则是其另一种选择。     

今日国外物理

 1 日本将发射首枚火星探测器据《世界科技译报》报道,经日本空间活动委员会(SAC)批准,于1996年发射首枚火星探测器“行星B”,使日本成为继美国和前苏联之后将探测器送上火星的第三个国家.同时获准项目包括“快车”试验,即于1993年在太空失重状态下对回收材料的无人装置进行试验,及1996年发射工程试验卫星ETS-7二大项目.