Bo Zhang's Homepage
..The universe is unfolding as it should..

2018-2-19

ESPRESSO启用,甚大望远镜干涉仪初长成

归档于: 天文空间科学, 仪器设备 @ 8:30 pm

自1998年第一架子镜正式启用以来,欧洲南方天文台的甚大望远镜(VLT)就一直以光学天文观测领军者的身份傲视全球。4架8米级反射镜的威力无与伦比,其所揭示的宇宙细节也的确让人过目难忘,以至于不少人可能忘却了它当初的一大主要设计目标——将来自所有子镜的光线合为一体,作为一架总集光口径相当于16米的光学干涉仪协同工作。

甚大望远镜及其左侧的辅助望远镜群。图片提供:ESO/B. Tafreshi (twanight.org)

当然,要说甚大望远镜的干涉仪计划一直以来默默无闻也不公平。新千年过后不久,两架8.2米成员镜就联合起来获得了干涉条纹,获得了细至数个毫角秒的惊人分辨率。早先制成的MIDI摄谱仪只能做到双镜干涉,后来AMBER摄谱仪达成了三镜干涉。不过还有些时候,参与干涉任务的只是4架1.8米口径的辅助望远镜。这些小型仪器的集光口径虽然有限,但却因为其可移动式的独特设计,大大扩展了干涉仪基线的可能排布。而且千万不要因为辅助望远镜的块头不大就忽视其存在,它们一样作出过系外黄道光等相当fancy的发现。

甚大望远镜干涉仪获得的第一批数据之一,活动星系NGC 1068的核心区域影像。图中左侧是哈勃空间望远镜拍摄的合成图;中央是VLT两架8.2米子镜通过干涉法获取的星系核细节;右图是核区结构的示意图。图片提供:ESO

而就在上个星期,在VLT第一次接收星光几乎20年之后,来自4架8米级子镜的光线第一次经由新建的ESPRESSO(岩质行星与稳定光谱观测阶梯光栅光谱仪)聚合了起来,这标志着甚大望远镜项目终于能够作为一个整体运行,全面实现光干涉这一重要的设计目标。

ESPRESSO安装在VLT地下长度超过百米的干涉隧道(内有所谓的“延迟线”)中。与早已被运用得遍地开花的射电干涉仪不同,光学干涉由于应对的辐射波长更短,而且探测器感知的是光子能量而非电磁场波动,技术难度也要大得多。在射电领域,只需数字相关器就可以将各个天线的信号结合起来。但是短波对大气折射等因素的反应更为敏感,在同样的光程内相位变化也更为频繁,因此在相关计算时为了补偿不同望远镜的光程差,所需的精度要求极高,甚至高过了现有计算机的能力。

测试中的ESPRESSO光谱仪衍射光栅。图片提供:ESO/M. Zamani

所以VLT进行干涉的方法是让各架望远镜聚集的星光在延迟线内相遇。延迟线的作用是向最先抵达的波前的光程增加一个补偿量,保证来自同一天体的光线可以带着正确的相位下会面,形成干涉条纹。VLT的延迟线实际上是一条长度与隧道相当的滑轨,上有若干滑车携带着光具往复运动。通过调整滑车的位置,就可以精细调节光程了。自然,要想做到这一点是相当不容易的——VLT的光路补偿精度要在百米级的距离上控制在百分之几微米之内,其要求之高可想而知。4镜干涉的目标耗时20年方才变为现实,这也是其重要原因之一。

工程师在调整VLT地下隧道中的延迟线设置。图片提供:ESO/Max Alexander

作为欧南台3.6米新技术望远镜装配的行星搜索利器——HARPS光谱仪的增强版,ESPRESSO本身其实是一台相当灵活的仪器,可以作为干涉仪的核心,也可以只接收来自单独一架望远镜的光线。它的精度比有能力感知光谱中步速级改变的HARPS更上一层楼,甚至有望解析出每秒不到0.5千米的速度变化。考虑其两大科学目标——通过对恒星视向速度的测量来发现更多的类地行星,并凭借远方暗弱类星体的性质找寻基本物理常数可能的变化,干涉模式恐怕能够让它的性能发挥得更为得心应手。

因此ESPRESSO带来的是一个值得期待的未来——在新一代30米级巨镜落成前最大的总集光面积,远胜已有或计划中任何单架望远镜的分辨率,再配合绝佳的分光性能,所展现出的宇宙景观可能会超出所有人的预期。但哪怕这台新一代仪器也只不过是聚合了所有主望远镜的能力;未来若是能够将VLT的全部8台大小反射镜全部汇总起来,所能达到的效果想必会更加惊人。

艺术家笔下在ESPRESSO中汇聚为一的甚大望远镜子镜光线。图片提供:ESO/L. Calçada

No Comments

No comments yet.

RSS feed for comments on this post.

Sorry, the comment form is closed at this time.

首页 | 天文 | 科学 | 摄影 | 模型 | CV | 版权声明 | 联系站长
京ICP备05002854号-2 Powered by WordPress Version 2.0.6
Licensed under Creative Commons Licenses

porno izle