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南极昆仑暗宇宙巡天望远镜KDUST

南极极端环境下的天文学发展有着广阔的前景。根据已有的观测资料,南极具有许多独特之处:自由大气视宁度在可见光波段大约0.3",在热红外具有比普通中纬度台址低50-100倍的背景天光,在亚毫米波段南极台址为天文观测打开了许多新的频率窗口。昆仑暗宇宙巡天望远镜KDUST(Kunlun Dark Universe Survey Telescope)是经过南极天文中心长时间不断设计优化而提出来的,目前该项目已经纳入了“国家重大科技基础设施建设中长期规划”,成为国家“十二五”期间拟建设的16 个科技基础设施建设项目之一。2013 年2 月23 日国务院正式发布了此规划。

KDUST望远镜口径2.5m,视场1.5°,为了充分利用冰穹A极好的视宁度条件,望远镜设计安装在一个15m的支撑塔上。在光学波段,根据已有的CCD相机技术,望远镜可以达到视宁度限制的全视场0.3"的象质,红外波段可实现大视场衍射限成像观测。

在科学方面,KDUST将主要面向当前物理学和天文学的最重要也是最迫切需要解决的21世纪重大科学问题——暗物质和暗能量、高红移宇宙、恒星与星系的形成和演化以及外行星和生命起源等,几个突出的优势如下: 

1).宇宙暗能量与引力理论研究:昆仑站的高分辨率和稳定的大气可以减小测量弱引力透镜效果时星系形状的测量系统误差,从而减小对暗能量和引力模型参量的系统偏差,使KDUST望远镜对暗能量及引力属性的限制能够超过国外正在建设的第三代暗能量项目(如Dark Energy Survey、SDSS III、PanSTARRS等),促使我国在宇宙学领域登上国际领先地位;另外通过观测大约2000个红移在0到2的Ia型超行星,并进行研究来对暗能量做出限制。

2). 暗物质研究:对于暗物质,最有效的手段是利用引力透镜为手段。KDUST望远镜将发现大量的强引力透镜天体。这些天体将最有效的揭示星系或星系团的暗物质结构。在这一领域,只有真正的空间空间望远镜如EUCLID可以与南极望远镜相比。3). 系外行星研究:KDUST望远镜在外行星方面的研究主要得益与南极所提供的连续观测条件,以及高空间分辨本领和精确测光的可能性。在近红外波段利用微引力透镜搜寻小行星也具有独特的优势。

 

图1. KDUST 立体结构图

图2. KDUST 在南极冰穹A 的效果图

KDUST主要由十个分系统组成,1).望远镜光学分系统;2).镜面研制分系统;3).指向与跟踪分系统;4).主动光学与镜面支撑分系统;5).望远镜控制分系统;6).远程控制与故障诊断分系统;7).圆顶与塔架分系统;8).热控与除霜分系统;9).终端仪器分系统;10).系统集成与环境测试分系统。

图3. KDUST 望远镜的分系统组织结构图

KDUST的研制将使我国天文学家在未来五年内,在许多天文学的关键领域处于绝对领先地位,为我国极端环境下天文仪器技术的迅速发展创造良好条件,这对于南极天文台的未来发展,特别是计划中的南极六到八米级的光学望远镜提供必要的技术储备。