夜暗方顯萬顆星，鏡明始見一縷云。
琦夢般層層疊疊的藍(lán)紫色塵埃云散發(fā)著柔和朦朧的紫白，這是一張新鮮的仙女座星系的照片，由 2023 年 9 月 17 日正式投入使用的墨子巡天望遠(yuǎn)鏡（WFST）首光拍攝。
墨子巡天望遠(yuǎn)鏡（WFST）是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)（USTC）和紫金山天文臺(tái)（PMO）聯(lián)合建造的北半球光學(xué)時(shí)域巡天能力最強(qiáng)設(shè)備。它安靜地坐落在青海省海西蒙古族藏族自治州冷湖鎮(zhèn)的賽什騰山上，這是一個(gè)高海拔、低水汽、低光污染且植被稀少的世界頂級(jí)的臺(tái)址。在這里，我們可以沿著鏡頭的方向，踏入群星璀璨、走進(jìn)銀河迢迢、觀察宇宙萬千。
這是一臺(tái)怎樣的望遠(yuǎn)鏡？北半球最強(qiáng)！
墨子巡天望遠(yuǎn)鏡是一個(gè)大視場、高分辨率、寬波段的光學(xué)成像望遠(yuǎn)鏡，是目前北半球性能最好的時(shí)域巡天望遠(yuǎn)鏡。它能夠?qū)崿F(xiàn)每三個(gè)晚上巡天北半球一次，通過 6 個(gè)工作波段 u、g、r、i、z、w（320-960nm）的多波段有節(jié)奏配合著工作，得到更詳細(xì)多樣的信息。墨子巡天望遠(yuǎn)鏡有一個(gè)直徑為 2.5 米的主鏡，主焦平面上有一個(gè) 0.73 千兆像素的 CCD 相機(jī)，并配備了主鏡主動(dòng)光學(xué)矯正技術(shù)和優(yōu)秀的主焦光學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)低像場畸變和視場內(nèi)均勻的高像質(zhì)，使空間分辨率達(dá)到 1 弧秒，從而可在 6.5 平方度的視場內(nèi)進(jìn)行的圖像捕獲，能對(duì)星等小于 25mag 的天體成像。
夜幕低垂，群星灑向無垠天際，銀河如紙上墨跡的流痕，在賽什騰山上空書寫下光的步伐。黎明浮沉往復(fù)里，墨子巡天望遠(yuǎn)鏡的圓頂隨著銀河移動(dòng)的方向旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行無差別掃描式觀測，記錄下數(shù)百張星空?qǐng)D像，與浩瀚宇宙進(jìn)行著無言的時(shí)空對(duì)話。
能夠看到什么呢？星空攝影師~
當(dāng)?shù)厍蛟陔S著時(shí)間四季更迭時(shí)，宇宙中各處也在悄然發(fā)生著變化。
墨子巡天望遠(yuǎn)鏡最主要的任務(wù)就是要深入宇宙去代替我們的眼睛去搜尋和監(jiān)測各種天文動(dòng)態(tài)事件，展開時(shí)域天文的研究。這些天體隨時(shí)間的變化中包含著重要的、未知的關(guān)于變化源的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的信息，有些變化對(duì)望遠(yuǎn)鏡的微弱星等極限要求較高，就需要像墨子巡天望遠(yuǎn)鏡這樣新一代的望遠(yuǎn)鏡來觀測。投入使用后有望觀測到的例如千新星（與中子星合并相關(guān)的電磁發(fā)射器）、高紅移超新星以及在宇宙學(xué)和多信使天文學(xué)中應(yīng)用的其他瞬變等。
墨子巡天望遠(yuǎn)鏡也會(huì)跟蹤太陽系內(nèi)的天體，以更深入得了解太陽系，并且會(huì)特別關(guān)注柯伊伯帶內(nèi)外的行星或衛(wèi)星。在深空探測方面，它能夠高精度測量星等小于 25 mag 的天體，從而能夠更細(xì)致地描繪銀河系和附近的宇宙空間，并讓我們了解到河外星系、星系團(tuán)等等。此外，墨子巡天望遠(yuǎn)鏡作為北半球的最好的巡天望遠(yuǎn)鏡可以與南半球的巡天望遠(yuǎn)鏡 LSST 互補(bǔ)。
如何進(jìn)行觀測呢？由觀測需求決定~
墨子巡天望遠(yuǎn)鏡根據(jù)不同的科學(xué)目標(biāo)的要求有兩種測量模式，分別是寬視場調(diào)查（WFS）和深度高節(jié)奏調(diào)查（DHS）。這兩種觀測模式將占據(jù)接下來六年的 90% 的觀測時(shí)間。
WFS 模式以其合理的節(jié)奏和時(shí)間跨度，適用于時(shí)域研究的一般目的（例如瞬態(tài)分類、可變性統(tǒng)計(jì)和時(shí)域宇宙學(xué)）。在 WFS 模式下，WFST 將在四個(gè)光學(xué)波段（u、g、r 和 i）掃描北方天空，覆蓋北天大概 8000 平方度的區(qū)域。大氣條件較好時(shí)，這四個(gè)波段在單次曝光 30s 的情況下可分別達(dá)到 22.27、23.32、22.84 和 22.31mag（AB 星等）的深度，從而可以探測低紅移宇宙中的大量瞬變，并對(duì)銀河系和河外物體的可變性進(jìn)行系統(tǒng)研究。
墨子巡天望遠(yuǎn)鏡在 u 波段有優(yōu)秀的成像性能，另一種觀測模式 DHS 正是主要針對(duì) u 波段的深度高節(jié)奏的模式。DHS 將每年定期監(jiān)測赤道周圍 2×～360°2 的天空區(qū)域，同時(shí)會(huì)有節(jié)奏地結(jié)合其他波段的信息，DHS 模式下 90 秒的曝光可以在 u、g 波段分別達(dá)到 23、24 mag 的深度。DHS 模式可以探測有高靈敏度需求的能量瞬變，可以在瞬變發(fā)生后立即跟蹤瞬變，例如引力波事件的電磁對(duì)應(yīng)物、早期超新星、快速藍(lán)光 / 超亮瞬變、潮汐破壞事件、千新星等。
在最后一年，將圖片疊加，在 g 波段，WFS 模式可達(dá)到約 25.8 mag，DHS 模式可達(dá)到大約 27.3 mag，這對(duì)探測銀河系和河外星系有重要作用。
墨子巡天望遠(yuǎn)鏡將會(huì)結(jié)合中國下一代的太空任務(wù)例如 EP、CSST，實(shí)現(xiàn)陸基和天基望遠(yuǎn)鏡的聯(lián)合，憑借預(yù)期的同步和協(xié)同作用以獲得各種快速瞬變的實(shí)時(shí)光譜能量分布。
探索的步履永遠(yuǎn)向前！
墨子是世界上最早記錄小孔成像的人，并對(duì)小孔成像的現(xiàn)象進(jìn)行了解釋。而墨子巡天望遠(yuǎn)鏡正是一臺(tái)光學(xué)成像望遠(yuǎn)鏡，這是穿越時(shí)空的致敬，更是一種傳承，古人以肉眼看天，而我們建造了更好的“眼睛”，在千年后探尋著頭頂同一片天空。
墨子巡天望遠(yuǎn)鏡的高性能配合頂級(jí)的臺(tái)址條件，有望在時(shí)域天文學(xué)、深空探測、宇宙學(xué)等天文領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。當(dāng)科技落地、成為現(xiàn)實(shí)，一片星空仿佛勾勒出人類共同擁有的科技與夢想之光，讓我們一起期待墨子巡天望遠(yuǎn)鏡帶來天文的新發(fā)現(xiàn)和突破。
參考資料
[1] https://wfst.ustc.edu.cn/
[2] WFST Collaboration; arXiv:2306.07590 “Sciences for The 2.5-meter Wide Field S-urvey Telescope (WFST)"
[3] Deng, L., Yang, F., Chen, X. et al. Lenghu on the Tibetan Plateau as an astronomical observing site. Nature 596, 353–356 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03711-z
本文來自微信公眾號(hào)：石頭科普工作室 （ID：Dr__Stone），作者：陳冰潔
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