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近地天体望远镜建设概况
文章来源:    发布时间:2014-04-17    【字号:

 

    1996年1月中科院基础局来宁主持建造近地天体望远镜专家论证会,科技部基础司和中科院南京分院领导到会,以王绶琯院士为组长专家评审意见认为:“建造一台专用望远镜,作为我国近地天体探测和研究的带头和骨干仪器是完全必要的。” 1996年11月,路甬祥院长代表中科院和江苏省政府签署了院省合作协议书,合作项目中列出:“中科院紫金山天文台将在江苏省选址建设预防近地天体撞击地球预报中心及其主体设备施密特型光学望远镜,双方将给予支持。”此后,江苏省政府对望远镜和盱眙站基础设施建设给予了大力支持。1997年8月,院领导批示,要对望远镜项目给予适当支持,并鼓励紫台可从多种渠道来筹集资金。院里正式列入到1998年新建装备的计划之中。1998年12月科技部下文将该项目列为“九五”攀登计划预选项目,接着又列为1999年度重点科技项目[编号:(99)5-06] 

一、科学目标与总体设计

    1999年3月紫台正式组建近地天体望远镜项目和专家委员会,项目组提出了建造近地天体望远镜的科学目标,主要是为了探测发现近地小行星和彗星,使之成为国际预防近地天体联合监测网的重要组成部分。该望远镜系统要能对快速移动的近地天体进行快速搜寻、检测、跟踪和测量。并能对运行在火木轨道之间的主带小行星和彗星等天体进行自动探索发现,即时归算处理和测光观测。 

    为了实现上述科学目标,项目组进行了近地天体望远镜项目的总体设计: 

  1. 建造的望远镜应具有大视场强光力的功能,其相对口径应比较大;望远镜的跟踪系统应能对快速移动天体进行变速跟踪,以便跟踪观测暗弱的移动天体;同时还要设置滤光器系统。
  2. 研制的CCD系统应是大尺寸、高灵敏度探测系统,和望远镜相配合,以求得到尽可能大的CCD探测视场。
  3. 望远镜应安装在新建的站址上,该站址的夜天光要尽量小、视宁静度要比较好,使之能探测到暗于20等的移动天体。

根据科学目标要求和总体设计思想,项目组制定了建造通光口径为1米/1.2米,焦距1.8米的施密特型望远镜和研制4k×4k高灵敏度CCD探测系统的具体实施方案,同期着手进行盱眙选址建站的工作。其中,望远镜的主要技术指标: 

  • 施密特光学系统改正镜口径:1.04米
  • 球面反射主镜 φ=1.20米,
  • 焦距:F=1.80米
  • 有效无晕视场:3.14°
  • 改正镜中心波长:656.3 nm
  • 光能集中度:80%以上小于2"
  • 周日跟踪精度:1"/4分钟
  • CCD道姓跟踪精度:1"/10分钟
  • 指向精度小于10",变速跟踪与移动天体一致

二、望远镜本体建造于CCD研制

    1999年8月,紫金山天文台和南京天仪中心签订了望远镜本体建造的研制合同,紫台负责施密特光学系统设计和研制,机械和电控由天仪中心负责。根据设计任务书的技术指标和要求,开始进行望远镜系统的设计与加工。在研制过程中由于天仪中心改制,人员变动,电控系统出现问题等诸多因素,使望远镜研制工作出现挫折,但项目组全体同志克服各种困难,研制中尽可能多用创新技术,坚持高标准、高要求,达不到指标宁可重新研制。终于在2004年9月完成了望远镜出厂的检测,2004年10月运到盱眙观测站在圆顶室内吊装成功。  

为了充分发挥施密特型近地天体望远镜大视场,强光力的功能,项目组提出了研制大尺寸(62mm×62mm)、高灵敏度CCD探测系统的方案。该方案主要特点是选用当时国际上灵敏度最高的4K×4K背照明CCD芯片,采用漂移扫描技术和冷冻机冷却系统,使该系统能稳定地处在最佳工作状态。2002年10月该方案通过了专家评审,认为CCD系统研制具有多处创新点,方案是可行的,技术上是可以实现的。国家基金委给予了专项基金支持,中科院给予了经费资助。2003年1月高灵敏度CCD探测系统采取紫台和美国冷泉公司合作研制的方式开始研制,所用的高灵敏度4k×4k芯片于2004年2月获得美国首次出口中国的许可证。2005年2月CCD系统运回后,发现密封窗等存在问题,运回美国返修仍无法解决。2006年1月再次运回后,项目组解决了CCD窗口结雾,焦面位置安装,冷冻机管线转动等诸多技术难题。2006年9月CCD探测系统安装到望远镜筒内的焦面上,和望远镜进行联接成功。 

三、盱眙选址建站

    选址建站是近地天体望远镜项目的重要组成部分。选址普选工作早在1998年就已着手进行,1999年初,在普选基础上项目组确定盱眙跑马山为选址观测点,开始了选址观测。在云南天文台选址组的帮助下在跑马山安装了35公分选址望远镜,进行了一年多的选址观测,获得了该站址基本情况:据盱眙县1990-1999年十年气象资料统计,年平均天文可观测晴夜(连续3小时以上云量小于3)数为270.5天。据选址组一年间(1999年8月-2000年7月)实测的天文可观测晴夜数为194天。实测夜天光: B等星为21.38等,V等星为20.78等,大气宁静度:θ=0".81。2000年11月,中科院委托南京分院在盱眙主持站址讨论会议,江苏省政府、盱眙县县委的领导和科技部、基金委的有关领导出席讨论会。21位专家(包括7为院士)组成了专家评审组,一致通过的评审意见认为:“该站址满足近地天体望远镜和承担任务所需要的天文观测条件,是一个优良的站址,在这里建站是合适的。” 盱眙县委县政府和铁山寺管委会对紫台在盱眙选址建站给予了大力支持,为水、电、路上山和基础设施建设做了大量工作。 

2001年11月举行盱眙观测基地规划研讨会和奠基仪式,中科院白春礼常务副院长到会并作了重要讲话,提出要将此建设成为我国唯一的天体力学实测应用基地,为我们国家安全,科学前沿和战略需求做出贡献。2002年2月根据中科院下达的一米望远镜配套工程任务书,开始了近地天体观测楼和办公宿舍楼的基建施工。2004年7月竣工。新建的近地天体观测楼,设计新颖、造型独特,宛如天外来客造访地球,成为盱眙的标志性建筑。由于跑马山的地质构造为火成岩石头山,我们在基建时在观测楼的周围专门埋设了零地线网和降阻剂,从而保证了高灵敏度CCD探测系统正常工作所需的良好接地。 

四、望远镜+CCD试观测成功

    2006年10月,望远镜与CCD探测系统联接成功后,随即投入了试观测,拍摄了一批天体照片。2006年12月19日,CCD专家测试组受国家基金委的委托到现场对望远镜+CCD进行实测,曝光40秒极限星等为22.46等。紫台试观测成功的消息报道后,中科院路甬祥院长在杨捷兴、汪琦二同志的汇报信上批示:“杨、汪两位教授:收到您们的信很高兴,诚致祝贺,这是您们不倦努力的结果,请将此消息报告曾关心支持过此项目的单位和友人,与他们分享成功后的喜悦和中国科学家的诚挚追求。”王绶琯院士来信说:“这个设备在天体测量上的可开拓领域远远超过了以往,可谓前途无量。”2007年3月,“一米近地天体望远镜试观测成功”被评为2006年度中国十大天文科技进展项目之一。 

近地天体望远镜试观测运行三年来获得了一批可喜成果: 

  1. 了设计任务书提出的科学目标要求,建立了对近地天体,主带小行星等移动天体进行搜寻观测,自动检测和即时处理(定出精确位置和星等)的细听,在观测结束后的当天即可将观测结果报送给国际小行星中心。三年来已向国际上报送了境地天体和主带小行星、彗星的观测资料近30万次,发现了一个Apollo型近地小行星2007JW2,一个木星族新彗星P/2007SI,721个获国际临时编号的新小行星,其中40个已获得国际正式编号(有2个属轨道特殊的脱罗央群小行星),观测量在全球385个天文台站中名列第六(2009年1-10月)观测精度名列榜首。
  2. 参加同步轨道空间碎片的国际联测,拍摄到2666个高轨空间碎片的资料,得到国际上的好评。
  3. 为了拓展近地天体望远镜的科学目标,在试观测期间望远镜安装了多色测光系统(可使用5块不同波段的滤光片),最近为LAMOST反银心方向巡天选源观测获得了一批多波段测光观测资料。同时还拍摄了一批LAMOST标准星区的照片。
  4. 进行彗星或小行星掩星,恒星高精度测量等其他天文观测。

    三年来的试观测显示出该望远镜探测系统具有不同凡响的功能: 

  1. 通光口径1.04米的施密特型望远镜在国际上排名第五,国内最大;具有2°×2°的CCD探测视场,在国内望远镜中也是最大的。
  2. 具有强光力和高灵敏度,曝光40秒极限星等达22.46等,是目前国内探测能力最强的光学巡天望远镜。
  3. 具有很高的定位精度,据国际小行星中心2009年1-10月公布的观测资料统计,该望远镜的小行星定位精度在全球385个天文台站中居榜首。
  4. 该望远镜能对快速移动的暗弱天体进行变速跟踪;并能对各类天体进行多波段测光观测。