恐龍巨鏡的自白

杜芝茂

我叫TMT，全稱叫30米望遠(yuǎn)鏡（英文名稱Thirty Meter Telescope的縮寫）。作為光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡，我的主鏡直徑足足有30米，而圓頂?shù)闹睆礁沁_(dá)到了66米，因此，我也獲得了一個(gè)很霸氣的昵稱——恐龍巨鏡。我預(yù)計(jì)將于2023年正式與大家見面，屆時(shí)我將會(huì)是世界上最先進(jìn)的光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡，很榮幸在開建之初能有機(jī)會(huì)在這里向各位介紹自己。

我最初的概念是由美國(guó)加州理工學(xué)院、加州大學(xué)和加拿大大學(xué)天文研究聯(lián)盟的科學(xué)家們共同提出的。不過(guò)，在他們提出之后，世界上的很多國(guó)家都對(duì)我產(chǎn)生了非常濃烈的興趣，如美國(guó)、加拿大、日本、中國(guó)、巴西和印度等。在多個(gè)大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)的眾多科學(xué)家長(zhǎng)達(dá)20年縝密的前期研究和概念設(shè)計(jì)下，我終于正式誕生了，并于2014年10月開工建設(shè)。我的建造預(yù)算約為18億美元，為了建造我，世界多國(guó)合作出資出力——主鏡由中、日、印分?jǐn)傊圃欤瑘A頂由加拿大承擔(dān)，并且每個(gè)參與國(guó)家還要承擔(dān)相應(yīng)比例的現(xiàn)金支出，其中，中國(guó)就承擔(dān)了總制造費(fèi)用的10%。

美國(guó)夏威夷的莫納克亞山頂，是全球最優(yōu)質(zhì)的天文臺(tái)址，被稱為天文學(xué)的寶地。莫納克亞山頂海拔超過(guò)4200米，位于云端之上，晴夜數(shù)多，一年有超過(guò)300天的晴天；并且，此處空氣稀薄，對(duì)星光的吸收少，氣候干燥，水氣含量低；此外，大氣穩(wěn)定，視寧度好（如果大氣不穩(wěn)定會(huì)將星像扭曲，降低觀測(cè)的分辨率）。因此，我很幸運(yùn)地被選落在這里，這樣的條件才能使我的能力得到最大的發(fā)揮。

與普通的光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡相比，我最大的特點(diǎn)就是大視場(chǎng)。其整個(gè)結(jié)構(gòu)大體由核心主鏡、第二反射鏡、萬(wàn)向轉(zhuǎn)鏡三部分組成。核心主鏡由492個(gè)六邊形鏡面拼接而成，主要功能是收集光束；第二反射鏡是將核心主鏡收集的光束反射給萬(wàn)向轉(zhuǎn)鏡；萬(wàn)向轉(zhuǎn)鏡作為第三鏡，其功能是將匯聚的光傳給終端儀器。為了使得我的能力得以充分發(fā)揮，科學(xué)家們還為我配備了一系列自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，包括APS（校準(zhǔn)和分析系統(tǒng)）、MIRAO（中紅外自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)）、NFIRAOS（近紅外光學(xué)系統(tǒng)），它們可以校正大氣對(duì)原始星像的擾動(dòng)，使得我對(duì)天體目標(biāo)的觀測(cè)達(dá)到主鏡直徑衍射的極限空間分辨率，就相當(dāng)于我身處在地球大氣之外對(duì)天體進(jìn)行空間觀測(cè)。

此外，我圓頂?shù)脑O(shè)計(jì)也是非常特別的——我的圓頂直徑可以在水平和傾斜的兩個(gè)面上旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)巨鏡的全方位觀測(cè)；而在圓頂?shù)闹車€設(shè)計(jì)有98個(gè)通風(fēng)口，可以達(dá)到最大的通風(fēng)效果。通過(guò)通風(fēng)口的氣流會(huì)經(jīng)過(guò)優(yōu)化，變得更為平穩(wěn)，減少了氣流擾動(dòng)對(duì)觀測(cè)造成的影響。

與許多同類光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡相比，我最大的特點(diǎn)是我的主鏡直徑比它們大很多，以哈勃天文望遠(yuǎn)鏡為例，我的主鏡直徑約為它的7倍。為什么我要選這么大的直徑呢？首先，大的主鏡直徑會(huì)提高望遠(yuǎn)鏡的分辨率，我能將遠(yuǎn)距離的天體分辨得更加清晰。其次，望遠(yuǎn)鏡主鏡直徑的大小不同，對(duì)不同波長(zhǎng)的光的敏感程度也是不同的。選擇30米的主鏡直徑，可以使我對(duì)不同波長(zhǎng)的光線都保持較高的靈敏度，從而獲得更加優(yōu)質(zhì)的圖像。

除此之外，我還擁有紅外和光學(xué)兩種“眼睛”——不僅可以在光學(xué)波段工作，我還可以在紅外波段工作，還配備了WFOS（寬領(lǐng)域、多目標(biāo)光學(xué)光譜儀）、HROS（高分辨率光學(xué)光譜儀）、IRMOS（近紅外多目標(biāo)光譜儀）、WIRC（大視場(chǎng)紅外相機(jī)）、MIRES（中紅外光柵光譜儀）、PFI（行星形成成像儀）、NIRES（近紅外光柵光譜儀）、IRIS（紅外成像光譜儀）等高性能觀測(cè)終端。這使我同時(shí)擁有了兩種望遠(yuǎn)鏡的功能。這兩種“眼睛”使我對(duì)從可見光到紅外波段的光都有著極其強(qiáng)大的觀測(cè)能力，成為了望遠(yuǎn)鏡中的“千里眼”。通過(guò)這兩種“眼睛”獲得的信息能夠相互對(duì)比、相互補(bǔ)充，為進(jìn)一步認(rèn)清天體本質(zhì)提供強(qiáng)有力的手段。

眾所周知，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡是一臺(tái)功能非常強(qiáng)大的天文望遠(yuǎn)鏡，我與哈勃不同的是，它是空間望遠(yuǎn)鏡，在地球軌道空間工作，而我是地基望遠(yuǎn)鏡。雖然我住在地上，但在天文觀測(cè)能力方面一點(diǎn)都不遜于我的哈勃兄弟：就主鏡直徑而言，我遠(yuǎn)大于它；就波段而言，我能在光學(xué)和紅外的多個(gè)波段觀測(cè)，而哈勃只能在光學(xué)波段觀測(cè)——以1微米波段為例，我的空間分辨率為7毫角秒，幾乎是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡空間分辨率的10倍，比現(xiàn)行的大型地基光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的分辨率高10～100倍。

我的落成，將會(huì)給天文學(xué)和天體物理學(xué)的發(fā)展提供新的機(jī)會(huì)，給人類進(jìn)一步認(rèn)識(shí)宇宙提供有效手段。在我的幫助下，人類將可以觀測(cè)到距離地球130億光年的地方，科學(xué)家將可以通過(guò)我，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)暗物質(zhì)、暗能量的本來(lái)面目，研究超質(zhì)量黑洞和星系之間的聯(lián)系，行星和恒星結(jié)構(gòu)，太陽(yáng)系和行星大氣的化學(xué)和氣象信息，以及完成在太陽(yáng)系外的星球上搜尋生命等科研任務(wù)。