1.第一台天文望远镜
1608年，荷兰有一位眼镜制造商叫汉斯•李波儿赛，他的两个孩子很调皮，也很聪明。一天，偶然一个机会，两个孩子从店铺里拿来两片透镜，一前一后摆弄着，用眼睛张望着。孩子们惊讶了，他们发现远处教堂上的风标又大又近。李波儿赛得知此事也很高兴，他就用一个简易的筒，把两块透镜装好。这就是世界上第一台望远镜。
1609年，一年之后，发明望远镜的消息传到了意大利，伽利略知道了，就按此方法制作了一个放大3倍的望远镜。后又经过改进，使望远镜一下子放大20倍。他用此观察星星，居然可以观察到木星的圆面，看到了月球上高低不平的环形山。
1610年，他又用放大30倍的天文望远镜观察到木星的4颗卫星，看到金星的圆缺变化。正因为是伽利略改进了望远镜的性能，又用来观察星星、月球、金星以及太阳等天体，并首次发表观察结果，因此确切地说，是他发明了天文望远镜。而那位汉斯•李波儿赛则是望远镜的发明人。
天文望远镜发明几百年以来，经过不断的改进，发展成了两大系列：透射式、反射式，普通的常用望远镜多为透射式，而大孔径高像质天文望远镜多为反射式。大名鼎鼎的“哈勃”望远镜即为反射式望远镜。
在人类探索宇宙的漫长历史中，天文望远镜的出现，为人类对太空的研究大大的扩展了空间，其中“哈勃”无疑是天文望远镜的一座灿烂顶峰。
2.哈勃太空天文望远镜
哈勃太空望远镜以开拓性天文学家埃德温·哈勃命名，是一个大型天基天文台，自 1990 年发现号航天飞机发射和部署以来，它彻底改变了天文学。远高于雨云、光污染和大气层扭曲，哈勃对宇宙有一个水晶般清晰的视野。科学家们使用哈勃望远镜观察了一些迄今所见最遥远的恒星和星系，以及我们太阳系中的行星。
哈勃的能力在其 30 多年的运营中得到了极大的发展。这是因为在五次宇航员维修任务的过程中，望远镜中增加了新的尖端科学仪器。通过更换和升级老化部件，这些维修任务大大延长了望远镜的使用寿命。
望远镜可以探测到特定范围的光。哈勃的领域从紫外线延伸到可见光（我们的眼睛看到的）和近红外线。这个范围使哈勃能够提供恒星、星系和其他天文物体的惊人图像，这些图像启发了世界各地的人们并改变了我们对宇宙的理解。
哈勃在其生命周期中进行了超过 140 万次观测。已经发表了超过 18,000 篇经过同行评审的科学论文，其中包括天文台的贡献。当星际物体在我们的太阳系中翱翔，观察彗星与木星相撞，并发现冥王星周围的卫星时，望远镜一直在追踪它们。它在整个银河系中发现了尘土飞扬的圆盘和恒星托儿所，它们有朝一日可能成为完全成熟的行星系统，并研究了围绕其他恒星运行的行星的大气层。
哈勃已经回溯到我们宇宙的遥远过去，到距地球超过 134 亿光年的地方，捕捉星系合并，探测潜伏在它们深处的超大质量黑洞，并帮助我们更好地了解不断膨胀的宇宙的历史。
在其 30 多年的运行中，哈勃进行的观测激发了人类的想象力，加深了我们对宇宙的了解。
3.欣赏哈勃拍摄样张
Emission Nebulae：
Planetary Nebulae：
Supernova Remnants：
Hubble Gets Galactic Déjà Vu：
4.哈勃望远镜退役
哈勃太空天文望远镜于1990年4月24日发射升空，原本在设计之初，使用寿命只有5年，但是历经了1993、1997、1999、2002、2009年5次维护大修之后，哈勃望远镜实际服役时间已经30年多。
哈勃太空天文望远镜的维护任务一直都是通过航天飞机携带的设备，宇航员进行更换，2009年5月11日，亚特兰蒂斯号将7名航天员送上太空维修哈勃望远镜，这是NASA最后一次派航天员维修“哈勃”。由于NASA已经永久性关闭了航天飞机项目，因此哈勃的退役时间已经越来越近。它的继任者“詹姆斯.韦伯”号将于2021年12月18日在欧洲航天局阿丽亚娜5号火箭上发射升空。
5.中国空间站的重要组成部分（巡天光学舱）
随着中国空间站的建立，茫茫深空中，中国终于要有一个属于自己的宇宙家园了。中国空间站有三部分组成：核心舱、实验舱梦天、实验舱问天 。
另外，在发射了3个舱后，我国还将发射与“天宫”空间站共轨飞行的“巡天”光学舱，这台望远镜的分辨率与美国哈勃太空望远镜相当，但视场角是后者的200多倍。“巡天”光学舱在需要时可与“天宫”空间站主体对接，开展推进剂补加、设备维护和载荷设备升级等活动，与“天宫”号空间站共轨飞行。
“巡天”号光学舱，还有一段不为人知的历史。在我国最初规划自己的空间站时，核心舱两侧并不是完全相同的两个实验舱，其中一个是实验舱，而另一侧则是一个“巡天舱”，而这个巡天舱的核心装备就是一个直径两米的太空望远镜。
也就是说，在最初的一版计划中，中国巡天望远镜是空间站的一部分，是“共体飞行”的。但在后期的研究中发现，由于空间站自身的运行及内部人员的活动、航天器的对接等都可能给空间站带来一定的震动，过大的震动对太空望远镜的成像带来严重影响，因此在后期的设计中，望远镜就从空间站的规划中摘除了，而是做一个独立的“光学舱”，与空间站一起飞行在400公里高的轨道上，于是就变成了“共轨飞行”。
尽管巡天望远镜已经不再是空间站的一部分，但是中国空间站的一个实验舱依然保留了“巡天号”的名称。
6.巡天光学舱技术指标：
(China Space Station Telescope, CSST)
CCST 主要技术技术指标（参考中国科学院长春光学精密机械与物理研究所数据）
表1中绝对指向精度是指CSST平台使用导星数据标校星敏感器之后, 在没有导星闭环条件下的指向精度, 在此基础上利用导星进行引导, 可以显著提高这项指标. 对于大视场巡天, 表1中的绝对指向精度已经可以很好地满足观测需求。
CSST在约400 km高的近地轨道上运行, 观测条件变化较快, 为了完成巡天计划, 需要在10年内进行约60万个不同指向近70万次的观测. 巡天模块观测期间每天拍摄约300次(中位数), 指向改变的速度对巡天效率有较大影响, 表1中CSST这项指标已显著优于Euclid、RST等同类项目的相应指标。
为了获得大视场、高像质的优异性能, CSST光学系统采用Cook型离轴三镜消像散光学设计(图2), 同时增加了一面折转镜, 实现不同终端仪器之间的切换、调焦和精密稳像的功能。整个光路中没有遮拦, 镜面支撑也都在光路之外, 不仅通光效率高, 而且更重要的是, PSF能量集中, 没有镜面支撑造成的衍射图案(图3), 有利于弱引力透镜剪切效应的测量。
此外, CSST还采用了主动光学技术, 可在轨调整次镜准直, 进一步保障像质。
巡天模块在CSST光学系统内部的位置示意(a)和Cook型离轴三镜消像散光学设计示意(b)
使用Tiny Tim[7]软件计算的HST PSF((a), 像元张角0.049″)、CSST光学设计PSF(REE80=0.12″)退化到REE80=0.145″的结果((b), 像元张角0.074″; 光学模型由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所提供)和参考Euclid光学系统设计得到的PSF((c), 像元张角0.010″, PSF数据由中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所提供) , 显示范围均为6.4″×6.4″。
天文探测能力的不断提升推动着人类对宇宙认知的进步, 每一次观测深度、广度、波段、测光精度、空间分辨率、谱分辨率以及时间分辨率等方面的突破, 都会带来重大的发现，甚至引发天文学和物理学革命性的发展。CSST大规模多色成像与无缝光谱巡天的指标在上述多个方面不仅大幅超越以往项目,而且在同期巡天项目中像质(REE80)最好, 近紫外波段的观测能力独一无二(表4), 综合性能优异, 具有很强的竞争力。同时, CSST的科学任务不只是巡天, 其配备的5台第一代观测终端都极具特色, 或是仪器性能指标, 或是观测任务, 都致力在前沿研究方向上实现突破。
参考文献：《载人航天工程巡天空间望远镜大视场多色成像与无缝光谱巡天》
https://www.sciengine.com/publisher/scp/journal/CSB/66/11/10.1360/TB-2021-0016?slug=fulltext
赵工
13488683602
zhaojh@kw.beijing.gov.cn
欢迎各公众号，媒体转载，申请加白名单秒通过
投稿/推广/合作/入群/赞助/转发 请加微信13488683602