海岛上的观天巨人-加那利大望远镜

August 5th, 2007

自很早起,天文学家们似乎是十分青睐在岛屿上开展天文研究,第谷在汶岛上建立了自己的天文城堡,并在上面确立了自己的“星学之王”的地位,而他的一位更大胆的后人,哈雷,更是不顾险阻,远赴南半球小岛圣赫勒拿开展天文研究,更有了”南天第谷”之美名。到了现代,三大天文圣地,竟有两个是在海岛之上,一个是著名的Hawaii的莫纳克亚,另一个便是西班牙属地Canary群岛。

加那利群岛

加那利群岛位于非洲西北,大西洋东部,由1 3 个火山岛组成,是欧洲通向南美、西非和南非的中途站。面积7 2 7 3 平方千米,居民多为西班牙人和当地居民的混血种人,信天主教,讲西班牙语。1 5 世纪被西班牙占领,现被划作西班牙的两个“海外省”。全境属亚热带地中海式气候,年平均降水量 3 0 0 毫米左右。加那利大望远镜就位于其中的拉帕尔马岛上的一座海拔高达2400米的山峰上,这里的高海拔,干燥的环境,大西洋信风带良好的气候条件使得这里有着非常优秀的观测条件。

wc021119.jpg

建设中的Canary大望远镜

加那利大望远镜的西班牙语名称叫做:”Gran Telescopio Canarias”,一般也叫做GranTeCan,或者干脆简称为GTC,这是由西班牙加那利天文研究所发起建造的一架口径为10.4米的反射式望远镜,后来演变为一个多国多机构参与的国际性工程,除了西班牙(出资90%),墨西哥和美国佛罗里达大学均参与其中,各出资5%,望远镜的建造从2000年到2007年整整用了七年,共花费1.5亿欧元(合1.8亿美金)

2007年7月13日,GTC开始了他的测试阶段,不过这时他的主镜上只安装了12片六边形子镜,预计到明年4月,整个系统就可以完工并开始正式观测。

GTC采用了经典的双镜片R-C反射式设计,星光由主镜M1收集,在反射向主焦点的途中被付镜反射向卡塞格林焦点,或者再通过第三镜反射至Nasmyth焦点(也叫折叠卡塞格林焦点)。

optica.gif

GTC的光学设计

主镜采取了流行的拼接技术,由36面六边形子镜组成,子镜间的拼接缝隙为3mm,主镜厚度为9.36厘米,整体集光孔径为10米。在控制上,采用了主动光学的设计,安放在拼接子镜缝隙中的传感器将实时测量每一片子镜的位置状态,每个镜片都可以在6个自由度上进行调整,改正由热辐射和重力引起的镜面弯沉。付镜口径为1.176米,也是由多面轻质材料的子镜拼接而成,同样使用了主动光学系统。

GTC主镜镜面设计
望远镜指向系统仍然采用了在大望远镜上常用的地平式设计。整个望远镜单元由望远镜结构系统,指向及驱动系统,双轴解码系统和电缆系统等部分组成,当然还附加有主镜盖,配重以及安全制动等辅助系统。
mech_subsystem.gif

望远镜结构设计
在开始阶段,GTC拥有量两台设备,OSIRIS和CanariCAM,OSIRIS是Optical Spectrograph for low/Intermediate resolution Spectroscopy(中低分辨率光学光谱仪)的缩写,它由IAC(加那利天文研究所)研制,工作在3650-10000埃波段,有250,500,1500,2500的分辨率工作模式,视场约为8′X8′,成像质量好于0.35″。与GTC的科学目标相配套,OSIRIS的主要作用是用来探测临近星系中的恒星形成的证据,因此它的研制人员称之为”Star Formation Machine”。

osiris.jpg

OSIRIS光谱仪
CanariCam是一台红外照相机,也有光谱和测量偏振的功能,由美国佛罗里达大学天文系研制。

canaricam.jpg

CanariCam红外照相机
GTC的圆顶也是经过了精心的设计,不仅使得圆顶的尺寸尽可能的小以降低成本,也使得圆顶内能保证很好的观测条件,在圆顶四周设置了很多通风口,保持在观测期间的通风,此外设计还尽可能的减弱了风引起的震动,即便是在22m/s(可观测的极限)的风速下,也有很好的表现。

cupula1.jpg

GTC的圆顶设计
GTC的首要科学任务就是寻找地外行星和处在恒星形成早期阶段的原恒星。此外也包括了很多像河外星系及宇宙学这样的研究任务,当然,现在还处在GTC运行的早期阶段,很多设备还未到为,现在的设备能力还不足以让GTC拥有他预期的科学能力,但是可以相信,假以时日,GTC一定不会逊色于在地球另一端海岛上的伙伴们。

下面的一组照片,记录了建设过程中的GTC

cw010718-02p.jpg

sg011203-02p.jpg

c030218-03.jpg

schott04.jpg

Leave a Reply