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人类L2点红外天文探测发展趋势

2009-03-25 09:50
默菲
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  空间天文是空间科学最重要的发展领域之一。红外观测对于研究行星、恒星、星系以及宇宙的起源具有重要的意义,特别是在探测地外行星系统、研究生命的起源方面具有特殊的地位,红外探测正在成为空间天文探测的热点。欧空局已经确定,在4月16日发射两个重要的天文卫星普朗克和赫歇尔望远镜,这两个卫星都将运行在第二日地拉格朗日点——L2点。L2点天文观测具有特殊的优势,已经成为未来20年国际空间天文发展的核心领域。

  L2点红外探测渐成热点


  目前,天文学发展的一个典型特点是进行全波段的观测,而红外波段作为最后一个被打开的观测窗口,在揭示冷暗物质、探索隐藏的宇宙、追溯宇宙早期生命等方面已取得许多令人激动的成果,并展现出巨大发展潜力,在当今天文创新活动中占据着日益重要的地位。
  红外波段是电磁光谱的一部分,红外辐射的波长覆盖了0.7微米至1000微米的广大区域。红外天文探测在研究天体物理方面主要有4个优势领域:红外观测揭示低温物体的状况、红外观测探索隐藏的宇宙、红外观测提供许多光谱特征、红外观测早期宇宙。
  日地拉格朗日点是指日地引力平衡的空间点。其中对人类探索利用空间最为重要的两个点是L1和L2,分别位于地球的两边,距离地球为150万公里。L2点处于背向太阳的地球另一边,由于其稳定的光照条件,且背向太阳的一面不受强可见光和红外辐射影响,具有很好的观测空间角,成为最重要的天文观测点。尤其对于红外天文卫星,可以大大简化热控的难度。因此,L2成为未来十几年最主要的红外天文卫星的观测点。

  欧美积极推进L2点红外探测


  目前,美国宇航局、欧空局等都非常重视开展L2点红外探测试验。


  欧空局4月将发射的赫歇尔望远镜,是世界上第一个先进的空间远红外天文望远镜,其主要科学目标为:研究宇宙早期星系的形成和演化,研究恒星的形成,观测彗星、行星、卫星的化学组成,检测宇宙的分子化学。


  美国宇航局计划于2014年发射运行在L2点轨道的詹姆斯韦伯空间望远镜。该望远镜是哈勃望远镜的后续项目,将成为世界上最先进的空间天文望远镜,其科学成就和技术成就将成为空间天文发展的一个重要的里程碑。它的主要科学目标为:研究宇宙学及宇宙的结构,探索星系的起源和进化,研究银河系及其相邻星系的历史,探索恒星的诞生和形成以及行星系统的起源和进化。该望远镜的主要载荷包括光学望远镜主件、近红外相机、近红外光谱仪、中红外相机、中红外光谱仪等。


  此外,美国宇航局计划在2015年之后发射地外行星发现者望远镜。该任务是美国未来最重要的空间天文任务之一。它将采用可见光日冕观测技术和红外干涉技术探测邻近恒星系统的类地行星的形成、演化及特性等。其关键技术包括日冕仪技术、弱光技术、干涉仪技术、编队飞行技术、望远镜技术(低温技术)、地面测试平台技术等。

  L2点红外探测的关键技术


  “起源计划”是美国宇航局宏伟的宇宙探索计划的两大科学主题之一,其研究核心是通过红外天文观测研究早期的宇宙、太阳系外的类地行星系统,探索宇宙的起源和生命的起源。通过分析“起源计划”的技术需求和技术发展,结合L2点红外天文任务的技术特点,可以总结未来L2点空间红外天文卫星的关键技术主要包括大型光学系统、大型望远镜结构、超低温探测、高精度技术、L2点轨道控制技术等。


  为了实现极高的灵敏度和空间分辨率,需要更大的光学系统口径。而为了实现大口径的光学系统,将引出一系列相关的高精度镜面材料、制造技术、拼接技术、测试技术及自主光学技术等。与大口径光学系统相适应,需要开展大型望远镜的结构和机构设计、制造技术研究。


  而空间望远镜和探测器的温度越来越低,也需要更多的先进低温技术,包括主动低温制冷技术、被动低温控制技术、大型太阳屏技术、低温传热部件、低温机构部件、低温测量技术、低温测试技术等。同时,为了实现高灵敏度的天文探测,望远镜各系统的精度要求也越来越高。


  根据国外的发展趋势,为了获得更好的空间观测环境和简化热控技术,越来越多的空间天文卫星选择了L2点轨道,这就涉及到卫星入轨技术、轨道控制技术、测控、通信技术等。


  红外空间天文观测是未来可能取得重大成就的领域,而大型红外天文卫星在技术上具有很大的挑战,需要突破许多关键技术。这些关键技术也是未来航天技术的重点发展方向。我国有必要在相关技术领域开展先期工作,为我国未来能够开展空间红外天文观测奠定良好的技术基础。

(编辑:曾聪)

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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