资源描述
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UDG
ASAS-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=15.5～16.5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100-400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
640Gx600~400T
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follow-up
Gamma暴光学follow-up
TDE
AGN（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 ！,
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