主要项目及成果介绍
1、国家重大科学工程项目“大天区面积多目标光纤光谱望远镜”(LAMOST)
LAMOST是是世界上首次在一块镜面上同时实现薄镜面和拼接镜面主动光学技术的望远镜,平均有效通光口径4米,视场直径5度,包括:6.7米X6.1米的主镜和5.7米X4.4米的改正板(分别由37块和24块1.1米对角线直径的六角形光学镜面拼接组成)及其主动支撑;2000多个测量、控制光学镜面的传感器和促动器;8米精密地平式跟踪机架;4000根光纤及其光纤定位单元;16台多目标光纤光谱仪和4台导星相机。望远镜指向精度4.9角秒,机架跟踪精度0.2角秒;4000根光纤的重复定位精度优于15微米;光纤出光率大于99%。在大视场、口径、光纤数三项最重要的巡天指标国际领先,研制经费仅是国际同等规模的约1/3。
LAMOST的建成是我国望远镜研制的里程碑。不仅将我国望远镜研制技术发展到国际水平,为研制更大的地面、空间光学望远镜创造了条件,还大大推动了我国在光学仪器、精密机械、电子技术和自动控制等技术科学领域的发展,显著提升了我国自主创新能力。LAMOST成功研制和运行,使人类对天体有缝光谱观测数提高到了千万量级,截止2022年3月已获得2000万条光谱和880万组恒星参数,约是目前国际上其它巡天项目光谱观测数总和的2.6倍;发布的数据已经被国内外天文学家广泛用于科学研究,产生了一批高显示度的亮点科学成果,为中国在大样本天文学特别是银河系结构和演化、恒星物理等诸多研究领域走到国际前沿创建了平台。
LAMOST相关研制技术也获得多项国家级、省部级科技奖;授权专利40余项 、软件著作权30余项,发表技术类论文250余篇。LAMOST工程研究集体获“2019年中国科学院杰出科技成就奖”、LAMOST的核心创新和关键技术获“2019年度江苏省科学技术一等奖”。
2、云南大学1.6米多通道测光巡天望远镜
多通道测光巡天望远镜创新性地采用了加改正镜的R-C系统与立方棱镜分色方案,主镜口径1.6米,系统焦比F/4.5,观测波段320nm~1050nm,全视场3.14平方度,将配置三台CCD相机,可同时在三个波段(u,g,i或v,r,z)对夜空进行高精度成像观测,获取天体实时颜色信息,拍摄出宇宙天体运动变化的“彩色纪录片”。该望远镜不仅能显著提高巡天效率和颜色定标精度,更重要的是通过天体的实时颜色信息,有效地解决了变源与暂现源研究面临的瓶颈,为天体分类、后续观测和分光证认提供依据,对获取天体的重要物理参数(如温度、金属丰度、距离、年龄等)也具有极为重要的意义。目前该望远镜已经安装到云南丽江高美古观测站调试和试运行。
3、司天工程—大视场巡天望远镜样机
司天工程是由一批口径1米级的大视场望远镜阵和几架4米级精测望远镜形成的多波段光学监测网络,具备一次性超大覆盖、高采样频率和快速反应的观测性能,兼具天体发现与证认功能,最终目标是真正实现南北半球天区24小时不间断观测,高效搜寻和监测天体动态事件,揭示宇宙中各类天体的变化并发现和探索各类新天体、新现象,在“两暗一黑三起源”等重大科学问题研究以及地球文明灾难预警等国家空间安全问题方面发挥重要作用。面向未来时域巡天望远镜阵,新技术研究室正开展司天工程项目望远镜关键核心技术研究和首台大视场司天阵原理样机的研制,该望远镜采用改进的短筒施密特型光学系统,入瞳直径1米,系统焦比2,视场5°×5°,预期2022年底完成样机台址安装。
4、中山大学1.2米望远镜
中山大学1.2米天文光学望远镜是一台集成高精度跟踪和智能化控制为一体的多功能天文仪器,可满足天文多专业的教学需求和科研人员的科学观测需求。可同时进行三色测光观测,或为系外行星的认证和恒星物理参数的测量等提供光谱数据。望远镜采用R-C式卡塞格林双反射光学系统,焦比为F7,通光波段为300-1000 nm,测光视场为15′。望远镜可实现跟踪精度RMS≤0.3”/5 min,最大指向速度为2°/s。望远镜卡焦单元集成了多种科学仪器,可实现蓝(400-450 nm),绿(480-700 nm)和红(730-1000 nm)三个波段的测光观测,也可实现光谱分辨率R≥30000的高分辨率光谱观测或实现R~1000-3000的长缝光谱观测。
5、南极巡天望远镜AST3
南极巡天望远镜AST3是在中国南极天文中心的组织下建设的我国第二代南极天文光学设备,包括三台入瞳直径500mm,配置g,r,i三种不同滤光片的大视场巡天望远镜,是南极首套可远程遥控无人值守运行,也是口径最大的南极光学望远镜。南京天光所负责望远镜主体研制,安装在我国南极内陆最高点冰穹A(海拔~4100m,气压0.57atm)。光学系统采用了我国创新设计的大视场折反式系统,主镜直径680mm,视场8平方度,该光学系统既具有经典施密特系统的优良像质,又具有镜筒短,结构紧凑和消畸变及大气色散校正等优点。2017年望远镜首次实现了在南极极端环境下无人值守的越冬运行,成功进行了系外行星和超新星巡天的连续观测,发现了大量高置信度的系外行星候选体;特别是AST3-2在2017年8月18日至28日期间探测到了来自GW170817 引力波事件的光学对应体和光变,使得我国天文学家能够使用自己的望远镜参与了此次国际天文盛宴,为本次引力波源的全球探测提供了重要观测数据。
AST3-3是南极巡天望远镜的第三台,将观测范围拓展到近红外波段,可以充分利用南极内陆红外观测的巨大优势,与澳大利亚的合作团队开展近红外波段时域巡天等研究,有望突破我国红外天文观测的瓶颈。这些将为中国在昆仑站这样一个有独特天文观测优势,但条件严酷的台址研制更大更先进的天文望远镜及南极天文台的建设提供了全面的人才和技术储备。为了充分测试望远镜的性能和可靠性,AST3-3目前在紫金山天文台姚安观测站进行光学波段的试运行,并等待红外相机到达后的联合调试。
6. 长基线光干涉技术
天文光干涉技术是研究室重要研究方向之一。研究团队自上世纪80年代开始长基线天文光干涉的研究工作,并获中科院“八五”重点项目支持,成功研制出长基线光干涉室内样机。多年来在相关技术领域不断深入研究,先后发展了大行程光学延迟线、高量子效率系统设计、弱信号干涉条纹检测、高精度光程差监测等多项关键技术。目前研究团队正在国家自然基金重大仪器、科技部重点研发计划等项目资助下,在盱眙观测站研制由3台600毫米口径望远镜组成的百米长基线天文光干涉装置,用于高精度天体测量、毫角秒级高分辨成像研究。