天宮之眼

天和號(hào)核心艙的發(fā)射拉開了中國(guó)空間站全面建設(shè)的序幕，航天員們開始利用空間站進(jìn)行太空探索和前沿科學(xué)研究。而中國(guó)空間站工程未來的計(jì)劃中，還包含一個(gè)用于最前沿天文學(xué)研究的光學(xué)艙——中國(guó)巡天空間望遠(yuǎn)鏡。

看星星，不簡(jiǎn)單

請(qǐng)問，要觀測(cè)星空應(yīng)該怎么做？或許，看星星并不是你想象的那樣簡(jiǎn)單。

方案1 肉眼觀測(cè)

人類觀測(cè)宇宙可不是抬頭看看這么簡(jiǎn)單。通過眼睛直接觀察，可以看到的星星基本都是在銀河系范圍內(nèi)的，對(duì)于浩瀚的宇宙而言只是九牛一毛。人類的視力畢竟有限，而且如果長(zhǎng)時(shí)間直視一些過于明亮的天體，會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷人的眼睛。

方案2 光學(xué)望遠(yuǎn)鏡

的確，和人眼相比，望遠(yuǎn)鏡可以幫你看得更遠(yuǎn)，包括天王星、天狼星在內(nèi)的許多天體的發(fā)現(xiàn)都離不開光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡的幫助。但光學(xué)望遠(yuǎn)鏡也有局限性，比如說，它仍然需要人眼去觀察，也只能捕捉到可見光。

方案3 射電望遠(yuǎn)鏡

和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡不同，射電望遠(yuǎn)鏡主要接收的是天體的射電輻射。它主要由天線和接收系統(tǒng)兩部分組成，具有極高的靈敏度和穩(wěn)定性，但它仍然會(huì)受到大氣層的影響。

大氣層，很麻煩

大氣層在保護(hù)地球的同時(shí)，也如同一層遮住眼睛的紗布。它不斷地流動(dòng)，使得地面上看到的星象變得模糊，也降低了望遠(yuǎn)鏡的分辨能力，很多遙遠(yuǎn)的星系通過地面望遠(yuǎn)鏡很難被看清。即使是觀察一些鄰近星系，地面望遠(yuǎn)鏡也無法分辨科學(xué)家感興趣的精細(xì)結(jié)構(gòu)。除了大氣層，地心引力、地表震動(dòng)也都會(huì)對(duì)觀測(cè)造成影響。

哈勃望遠(yuǎn)鏡剛剛到達(dá)太空就出現(xiàn)了拍照質(zhì)量不佳的情況，不得不進(jìn)行了一次維修。原來，在地球上制造鏡片的時(shí)候，由于受到重力的作用，鏡片產(chǎn)生了微小的形變，導(dǎo)致不足以滿足高精度的要求。

早在1946年，天文學(xué)家萊曼·斯皮策就提出了一個(gè)大膽的設(shè)想：我們?yōu)槭裁床话淹h(yuǎn)鏡放到太空中去？當(dāng)然了，僅僅把望遠(yuǎn)鏡送到天上還不夠，科學(xué)家們希望望遠(yuǎn)鏡能夠動(dòng)起來，這樣才能看到更多的天體。

而且，即便是把望遠(yuǎn)鏡放到太空中，大氣層也會(huì)繼續(xù)不依不饒地制造麻煩——在火箭前往太空的過程中，大氣層導(dǎo)致的震顫可能會(huì)對(duì)望遠(yuǎn)鏡造成損傷。

更廣闊的視野

在重重困難之下，盡管空間望遠(yuǎn)鏡的設(shè)想提出得很早，但直到1990年，科學(xué)家才成功發(fā)射了哈勃望遠(yuǎn)鏡。目前，哈勃望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)工作了超過30年，取得了豐碩的科研成果，也產(chǎn)生了許多的問題。由于設(shè)備老化和技術(shù)原因，哈勃望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)經(jīng)歷了多次修理。

而我國(guó)預(yù)計(jì)于2024年前后投入科學(xué)運(yùn)行的巡天空間望遠(yuǎn)鏡，將是中國(guó)有史以來最先進(jìn)也是最昂貴的天文望遠(yuǎn)鏡。它的主口徑達(dá)到2米，在可媲美哈勃望遠(yuǎn)鏡成像質(zhì)量的同時(shí)，還能觀察更廣闊的區(qū)域，視場(chǎng)達(dá)到了哈勃望遠(yuǎn)鏡的300倍。天文學(xué)家可以通過巡天望遠(yuǎn)鏡進(jìn)一步研究恒星和黑洞的形成等宇宙奧秘。

更好的視力也將帶來更多的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的傳輸離不開小幫手“天鏈”衛(wèi)星的幫助。望遠(yuǎn)鏡需要通過數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星建立連接，定期將觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送給“天鏈”衛(wèi)星，“天鏈”衛(wèi)星再將數(shù)據(jù)發(fā)送到地面。

不畏挑戰(zhàn)

遠(yuǎn)離地球和長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，為巡天望遠(yuǎn)鏡帶來了極大的考驗(yàn)。除了嚴(yán)酷的宇宙環(huán)境，火箭發(fā)射時(shí)的震動(dòng)也可能對(duì)精密儀器造成損壞。盡管科學(xué)家們會(huì)盡力在材料和工藝上精益求精，保證每個(gè)部件都能經(jīng)受住考驗(yàn)，但故障還是可能會(huì)發(fā)生的。

哈勃望遠(yuǎn)鏡由于獨(dú)立運(yùn)行，所以每次想要維修就得派航天員前去操作。而巡天空間望遠(yuǎn)鏡將和中國(guó)空間站在一個(gè)軌道上運(yùn)行，如果發(fā)生問題，只需要和空間站進(jìn)行對(duì)接，就可以由常駐空間站的航天員進(jìn)行維修和燃料補(bǔ)充。

你可能會(huì)問，為什么不能讓望遠(yuǎn)鏡和空間站始終對(duì)接？這是因?yàn)榭臻g站可能因?yàn)槠渌K的工作而產(chǎn)生抖動(dòng)，同時(shí)空間站自身的反光也會(huì)影響拍照的質(zhì)量。

目前，已經(jīng)有數(shù)百位天文學(xué)家參與到巡天空間望遠(yuǎn)鏡的預(yù)研究中，這只巨眼在未來將要揭示多少未知的奧秘，就讓我們拭目以待。