1、国家十四五天文设备设想 米级光学天文望远镜阵列,吴 宏 国家天文台昆明 2018.1.20,未来天文科学重要方向国际、国内时域天文的设备米级光学天文望远镜阵列设想科学目标实施步骤,提 纲,未来天文科学重要方向 -时域天文,2019LSST正式运行 引领光学观测天文学几十年 时域天文台学将会是这期间最活跃领域时域天文学 上世纪九十年代兴起：超新星、gamma暴光学后随观测 本世纪初：超新星丈量宇宙，获诺贝尔奖 Kepler上天发现大量地外行星、类地行星 天文观测由三维空间观测 变成了四维时空观测 近年引力波：成功探测，并获得诺贝奖 最近双中子星并合事件的全球联测， 天文学进入了多信使观测时代：时
2、域观测极其重要,4,国际、国内时域天文的设施,南半球： LSST：三镜系统，主镜8.4米，视场:3.5度x3.5度,189个 4kx4k CCD, 0.2”/pixel，完成3万平方度 ，巡天间隔7天 KMTnet： 3台1.6米望远镜（南非，智利，澳大利亚） 视场2X2度，每个像元0.4角秒，寻找微引力透镜 北半球： Pan-STARRS： 1.8米望远镜， 3度x3度，60CCD 30-60秒，22mag，每晚6000平方度，4天一轮 ZTF/PTF： 1.2/1.8米施密特望远镜47平方度（7度x7度） 16个6kx6k CCD，1”/pixel， 2.0” FWHM 30秒，3750平
3、方度/小时,深度20.5等（V)，3天一轮 SST（空间监测望远镜）：3镜系统，3.5米，大视场,6,Dragonfly（多伦多大学,耶鲁大学）新墨西哥 48个镜头、佳能400mm f/2.8、像素约4角秒 发现UDGASAS-SN(SN全天巡天)： 5个点（智利X2，南非，夏威夷，得克萨斯） 每组4个尼康400mm F/2.8 镜头，口径14厘米 分辨率8角秒、全天扫描模式GWAC （mini-GWAC） 72台18厘米镜头, 极限V=15.516.5等，10秒 Mini-GWAC： 12台7厘米镜头,佳能EF 85mm f/1.2,极限V=12.7等，10秒,小望远镜阵,米级光学天文望远镜
4、阵列设想,LSST的限制: (1)7天左右覆盖全天，因此它只能开展对全天周级时间变化的天体研究，对于天级、小时级、甚至分钟级别的时间变化的天体无能为力. 例如，现在最热的gamma暴光学观测、引力波源观测 (2) LSST是在南半球，北半球大部分天区，它是无法观测到的。北天LSST？目前，虽然在北半球有一些1-2米级望远镜的巡天监测，但是由于望远镜数目的限制，同样无法完成对全天小时级、分钟级别变化的天体的监测。目前能做持续全天监测的项目望远镜口径都在50cm以下，空间分辨率较低（4-10角秒）。,9,1米光学望远镜阵,10,米级光学天文望远镜阵列,要想实现至少1万平方度天区覆盖，需要100-4
5、00个米级望远镜阵成像分辨率1角秒每个望远镜视场5度x5度，或者负责10度x10度价格： 每个望远镜500万RMB以内？批量便宜？ 望远镜：5亿RMB （100个）、20亿（400个） 探测器：每个像素1角秒 5度x5度，需要25个4kx4k 探测器 400个望远镜，共需1万个4kx4k探测器（CMOS？） CMOS：10-20万RMB？ 10-20亿RMB？,11,数据量 1万个 4kx4k， 10000x64M 640G 每次曝光1分钟（20等），每晚600次曝光 640Gx600400T 每年150PB原始数据数据储存、实时处理分析的价格？,12,科学目标,地外行星搜寻超新星发现及fol
6、low-upGamma暴光学follow-upTDEAGN（Blazar等）光变各种变星太阳系内天体，行星、小行星、彗星灾害天体发现、跟踪流星引力波： （1）双中子星事件及时follow-up （2）长期积累各种变源数据库，为之后的双黑洞引力波事件搜寻前期光学现象,14,深场图像每个天区图像叠加可以得到一年近1000小时曝光图像图像深度可达26等银河星内天体研究星系研究低面亮度天体搜寻研究宇宙学其它空间碎片、国防、将来：光干涉望远镜？,15,实施步骤,前5年(十四五)：完成2个望远镜设计安装、调试、观测实验、后端数据处理实验5-10年(2025年后)完成望远镜阵,16,优势,全天20等以内天体
7、的近于实时的监测，可以得到天体所有分、时、天、周、月、年级的光变可以抓住北天所有快速爆发天体，完全适应多信使天文学需求，比如引力波可以得到深场图像（接近HSC深度）望远镜可复制，大大减低造价，先期投资小（试验1-2台）采用CMOS技术，降低成本，减少读出时间海量数据促进虚拟天文台、大数据的快速发展满足国防、空间灾害预报需求可以拓展新技术：光干涉,17,技术难点,望远镜大视场的实现：能够做到多大？5x5度？焦点拼接CMOS的实现CMOS天文观测性能能否接近CCD？空间覆盖因子?测光精度望远镜自动化控制大数据储存、实时处理和分析,18,光学方案？,3镜系统（Mersenne-Schmidt，去像散）,19,RC系统+改正棱镜（例如：SDSS,2.5度x2.5d度，PS1 3度x3度）,谢 谢 ！,
