天文技术(可见光和红外)专业学科进展报告

天文技术（可见光和红外）专业学科进展报告

⏹国际上8－10米地面光学/红外望远镜

自20世纪90年代以来，世界上已有14架8~10m级光学/红外天文望远镜相继建成并用于天文观测，这些望远镜分别是：由美国Lick天文台、加州理工学院(California Institute of Technology)、夏威夷大学(University of Hawaii)和美国宇航局(NASA)共同研制的2架10m拼镜面望远镜KeckⅠ和KeckⅡ，这两架望远镜分别在1994年2月和1996年10月安装在夏威夷的Mauna Kea。由美国、英国、加拿大、阿根廷、智利和巴西6个国家共同投资兴建的2架单镜面8.2m望远镜Gemini，其中1架(Gemini North)已于1999 年初安装在夏威夷的Mauna Kea，另1架(Gemini South)将在2001年3月底安装在智利的Cerro Pachon。由美国McDonald天文台、宾夕法尼亚州立大学、斯坦福大学和德国慕尼黑Ludwig-Maximilians大学、戈丁根Georg-August大学联合研制的1架9.2m望远镜HET，1997年10月安装在美国德克萨斯州的Fort Davis山，1999年10月开始试观测。欧洲南方天文台(ESO)的4架8米望远镜VLT，1998-2000年间安装在智利的La Paranal观测站。日本国立天文台联合夏威夷大学研制的1架8.2m望远镜Subaru，1998年12月安装在夏威夷的Mauna Kea。此外，还有3个计划共4架8~10m级望远镜在2000-2005年间投入运行，它们是：美国亚利桑那大学、德国马普天文研究所、意大利Acetri天文台、美国俄亥俄州立大学联合研制1架8.4m 大双筒望远镜LBT，西班牙1架仿Keck 10m望远镜GTC(Gran Telescopio Canarias)和南非1架仿HET 10m望远镜SALT(Southern African Large Telescope)。

在望远镜的研制方面发展了许多新技术，涉及光学、力学、计算机、自动控制和精密机械等领域。这些技术使望远镜的制造突破了镜面口径的局限，并且降低造价和简化望远镜结构。特别是主动光学技术的应用，使望远镜的设计思想有了一个飞跃。其中，欧洲南方天文台的VLT，美、英、加合作的GEMINI，日本的SUBARU的主镜采用了薄镜面主动光学技术；美国的Keck I、Keck II和HET望远镜的主镜采用了拼接镜面主动光学技术。

⏹国际30-50米地面光学/红外极大望远镜计划(EL T)

使用这些8-10米口径的望远镜和哈勃空间望远镜，一些早期宇宙的事件已被观测到；又与其他一些望远镜一起发现了二百多颗太阳系外的类木行星。这些观测结果强烈地激励了全世界的天文学家和民众，希望能观测到更多早期宇宙的事件，包括第一代照亮黑暗宇宙的星系和恒星，即看到现代宇宙的黎明，研究恒星的形式，观测银河系和其他星系的近核区，探索近邻恒星周围的类地行星，发现大批亚恒星和Kuiper带中的天体，因此需要建造更大口径的光学/红外望远镜。

空间观测有地面观测不可比拟的优越性。但在同一个技术发展的阶段，地面望远镜可以有更大的口径，能配置更大的光谱仪，获得更高的光谱分辨率，在某些波段（一些红外窗口）

配上自适应光学系统能获得更高的像分辨率。所以地面和空间望远镜在观测工作上总是互补的。现在的8-10米地面望远镜和2.4米哈勃空间望远镜是互补的，未来的地面20-50米望远镜与下一代6-8米的空间望远镜也是互补的。

在近二十年研制8-10米望远镜的过程中得到的经验和发展起来的各种技术，特别是Keck望远镜发展的拼接主镜主动光学技术的成功，为研制更大得多的望远镜创造了可能。同时自适应光学的成功又使更大的地面望远镜不仅有更大的集光本领，还有更高的角分辨率。

1998年以来，世界各国纷纷提出建造20-50米地面光学/红外望远镜的研究计划。在美国国家自然科学基金近期优先发展的计划中，下一代6-8米空间望远镜JWST（NGST）和30米光学/红外望远镜GSMT就分别被列在第一和第二位。

目前世界上已开始预研究的20-50米望远镜计划有：欧洲42米计划EELT，美国30米GSMT和CELT,美国的3个20米LAT，Magellan20，HDRT，法国20米LPT，加拿大20米VLOT，以及我们中国的30米CFGT。澳大利亚也正在酝酿20-30米的光学/红外望远镜计划和开展方案讨论。

南极天文计划

南极内陆有地球上独特的地理位置、最好的大气透明度和大气视宁度、3-4个月的连续观测机会、较低的风速以及在较宽的电磁波段内有利于天文观测的其它条件。南极将为天文观测提供新的窗口，解决现代天文中最重要的问题，如：空间目标与碎片监测及监测预警；早期宇宙和宇宙中暗能量的本质研究；类地行星的起源等关系到生命的起源，地球，恒星系统和宇宙的起源等科学问题研究。澳大利亚在Dome C 的大气视宁度的观测结果于2005年在Nature上发表后，南极内陆已被国际天文界公认为地球上最好的天文台址，并预测Dome A可能会有更好的测试结果。在南极开展天文观测，设置可见光、红外及毫米波观测仪器, 不仅为我国天文学攀登世界科技前沿提供极好的机会，而且更重要的是在目前的国际激烈竞争的形势下具有重要的国家战略意义，可为国家安全服务，更好的满足国家战略需求。

美国在其南极点的南极站建造了10米口径的亚毫米波望远镜，并已在正常运行和观测几年。

澳大利亚、法国、意大利已在南极内陆Dome C 的Concordia 站开展过天文台址测量，并获得大量数据和很好的结果，已于2005年发表在Nature上。

意大利已研制一台80公分口径的红外望远镜（IRAIT）计划在2006年11月运到Dome C 的Concordia站。

澳大利亚、法国、意大利、英国和美国等国于2006年已开始研制一台2.4米大视场光学/红外望远镜PILOT（Pathfinder for an International Large Optic Telescope），并计划于2010年安装到Dome C的Concordia站进行天文观测。

澳大利亚、美国等国建议2014年在Dome C 建造一架8米口径偏轴的光学/红外望远镜LAPCAT（Large Antarctic Plateau Clear Aperture Telescope），为将来建造南极的30米极大光学/红外望远镜GMT做准备。

目前，国际上天文界都看好南极。在2006年8月国际天文学会在布拉格的第26届大会上，前国际天文学会主席Lodewijk Woltjer教授在这次大会的简报第6期上他的文章中最后说“空间和南极这两个地方对天文学都是非常重要的（great important）”。

欧洲十几个国家联合的组织欧洲南方天文台（ESO）在2006年也组织了南极望远镜预研究组准备在南极内陆建造一架3－4米口径的光学/红外望远镜。

我国科考队于2005年初首先登上南极内陆的最高点Dome A，给我国的南极科考开创了很好的机会。但是西方国家预测Dome A的大气视宁度和水汽含量以及其他天文台址的参数都可能会好于Dome C，因此他们也都在计划到Dome A测大气视宁度和各种天文台址参数。

考虑到我国将在Dome A建站，澳大利亚和美国已在积极的与我们合作测量Dome A的天文台址和试观测。

如果我国首先建站，将使我国有机会首先测到Dome A的视宁度和各项天文台址参数，有可能首先在Nature上发表观测结果，有可能首先在Dome A开展天文观测和空间目标监测的工作，使我国的南极天文学走在国际前沿并作出国际领先水平的结果。

未来5-15年地面仪器设备设想

（1）30米主动光学亚毫米波望远镜

1．项目意义

亚毫米波是天文学研究早期星系和恒星形成的重要和热门波段。目前英国和美国分别在建议30米和25米口径亚毫米波望远镜。我国建造30米主动光学亚毫米

波望远镜不仅在科学上可以以其高灵敏度观测与欧美的60台12米口径亚毫米波望

远镜阵ALMA的高分辨率观测形成互补，具有国际前沿的显示度，还可充分利用

了我国现有的成熟技术：（1）在建造LAMOST中发展和积累的拼接镜面主动光学

的技术，和（2）在近十年发展成熟的超导接收机的技术，使我国亚毫米波天文观

测一步走到国际前沿，（3）还可为我国下一步建造30-50米光学红外望远镜在结构上积累经验，打下基础。