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大麦哲伦望远镜

 一个人幸福dtoq 2017-12-13


大麦哲伦望远镜(Giant Magellan Telescope,缩写为GMT),又称巨型麦哲伦望远镜,是计划于2024年全面投入运行使用的地基极端巨大望远镜,其将在智利的拉斯卡姆帕纳斯天文台(Las Campanas Observatory)建成。

建成后,GMT将担负探寻宇宙中恒星和行星系的生成、暗物质、暗能量和黑洞的奥秘,以及银河系的起源等重任,可以用来捕捉和聚焦宇宙边缘的星系和黑洞发出的光子及研究宇宙中恒星形成和环绕它们的太空环境,在宇宙中寻找可居住地区气氛中的痕迹。

GMT由美国的华盛顿卡内基天文台、哈佛大学、史密斯天体物理等机构与澳大利亚国立大学合作建造,等效口径为21.4 m的主镜由7块直径为8.4 m的镜子组成,其中一枚镜子居中,其他六枚镜子则位于中心镜片的周围,预算造价6.25亿美元,综合解像力相当于约24.5m的单一主镜,功能是目前最大光学望远镜的4.5倍,成像清晰度将达到哈勃太空望远镜的10倍

镜面的制作模具包括一个由碳化硅制成的容器,内衬陶瓷纤维。这个容器将形成熔炉的下半部分以熔化玻璃。该模具中填充有约1700个形成蜂窝结构的氧化铝 - 二氧化硅纤维六角盒。盒子的顶部必须遵循最终镜面的非球面形状,没有两个是相同的。

把20吨E6硼硅酸盐玻璃放入模具。将炉盖放在模具的顶部之后,再旋转的熔炉中加热,温度高达1126℃(2120°F),玻璃变为液态,流入下层3 米高的模具,同时旋转产生的离心力把多余的玻璃液体分离出去,形成一个凹面镜坯。冷却后,把蜂巢容器撤去,用研磨设备开始打磨镜面。成型的镜片直径为 8.4 米、高约 1 米、平均厚度却不到 3厘米。每个镜面重达17吨,抛光和表面工艺制造需要大约三年的时间。

也许有的人会问,为什么要花费这么长的时间呢?原因在于,在制造的过程中,因为镜子都是离轴的非球面,而且尺寸非常大,要求精度非常高,所以抛光和表面工艺制造花费的时间过长,时长大约需要三年。而且在铸造镜子的时候,冷却炉子所需要的时间是三个月左右,以避免最终镜子中的应变,这样才能进行下一步的操作。所以工程周期十分长,预计2021年完工启用,于2024年全面投入运行使用。

大麦哲伦望远镜是一套非常精密的仪器,在测量过程非常敏感,以致于足球场运动及邻近街道的交通和飞往的直升机产生的震动都影响到它,所以大麦哲伦望远镜必须建造在气动系统上,使其与地面建筑物的运动分离。虽然说这个项目对于人类对太空的探索是里程碑式的跨越,但就在项目组目前的资金和科技水平来说,这是一个极大的挑战。

对于整个镜片来说,出现一丁点瑕疵,这种瑕疵大于20纳米的缺陷,整个瑕疵将被放大1000倍,也就是说会影响到最终的成像效果。所以,在进行复杂的表面处理时,工作人员是不允许携带任意一个能对镜片造成破坏的物品,比如比较坚硬的眼镜、钥匙和硬币等等。

由于他最终的聚光能力相当于一口径为21.4米的巨型镜面,在借助新技术的加入以及光学自适应系统,使得大麦哲伦望远镜在成像性能方面是哈勃望远镜的十倍,待建成之后将成为世界上误差最小,精度最高的光学望远镜。

为了减小城市光源和所处环境对大麦哲伦望远镜造成的干扰,所以GMT建在安第斯山脉的一个高峰上,靠近智利拉斯卡姆帕纳斯的几个现有望远镜设施。拉斯卡姆帕纳斯天文台(LCO)的位置因其高海拔,干燥的气候,黑暗的天空和无与伦比的视觉质量以及进入南部的天空而被选中。LCO的许多高峰之一拉斯卡姆帕纳斯峰(“Cerro Las Campanas”)海拔超过2,550米(约8,500英尺)。处于干燥的阿塔卡马沙漠中,这里在一年中有一半以上是晴天。GMT项目处于进入已开发地点的幸运位置:道路通道,供水,电力和通讯已经到位。该网站历史悠久,表现优异。另外由于远离人口聚集的中心和其他有利的地理条件,周围大部分地区夜晚的天空不仅完全免除大气污染,并且是受到光污染最少的地区,天气模式已经稳定了30多年,并可能在未来几十年保持,因而长期使它成为天文观测的最佳地点之一

还有许多有趣的物体,从南半球可以看到,比如大的和小的麦哲伦云,它们是我们最近的邻近星系,还有我们自己的星系中心。


2005年11月3日第一面镜子在回旋炉上铸造完成,2012年1月14日第二面镜子铸造完成,2013年12月6日第三面镜子在亚利桑那大学斯图尔德天文台镜像实验室揭幕。第二面、第三面、第四面镜面仍在亚利桑那州的实验室里,分别于2019年、2020年和2022年完成制造。目前,第二块正在表面抛光,第三块的粗磨工作即将开始,之后是第四面(位于花瓣的中心)进行粗磨。2017年11月3日GMTO宣布,已经开始铸造七面镜子中的第五个,2017年11月4日,巨型麦哲伦望远镜在亚利桑那大学的Richard f . Caris镜像实验室庆第五个镜子的铸造成功。第六面将在亚利桑那州立大学铸造(原料已经就绪),第七面将从日本小原株式会社订购

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