近日，清華大學(xué)精儀系和天文系聯(lián)合領(lǐng)導(dǎo)的技術(shù)團隊，聯(lián)合國際、國內(nèi)專家，在6.5m寬視場巡天望遠鏡（Multiplexed survey telescope，MUST）的概念設(shè)計方面取得重要突破。該望遠鏡設(shè)計采用里奇-克萊琴結(jié)構(gòu)，結(jié)合五片超大口徑透鏡組成的改正鏡組，將實現(xiàn)具備世界領(lǐng)先的巡天效率和高質(zhì)量光譜信息探測。 $j.;$~F  
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該研究成果近日以“6.5m寬視場光譜巡天望遠鏡（MUST）光學(xué)系統(tǒng)概念設(shè)計”（Conceptual Design of the Optical System of the 6.5m Wide Field MUltiplexed Survey Telescope with Excellent Image Quality）為題發(fā)表于國際著名光學(xué)刊物《光子X》（PhotoniX）。 X7huc*  
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天文學(xué)、天體物理學(xué)是研究宇宙空間天體、宇宙結(jié)構(gòu)和發(fā)展的科學(xué)，它跟所有自然科學(xué)一樣是一門實驗科學(xué)，望遠鏡就是最重要的實驗觀測設(shè)備之一。天文學(xué)正以前所未有的速度發(fā)展，近十年來，天文發(fā)現(xiàn)多次榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎，但仍有許多關(guān)于宇宙本質(zhì)的前沿問題亟待解決。當前，各國正在籌建新一代大型天文觀測設(shè)備。然而，這些設(shè)備缺乏后續(xù)的光譜后隨巡天。光譜觀測包括的紅移、視向速度、化學(xué)成分、星族構(gòu)成和運動學(xué)性質(zhì)等物理參數(shù)是圖像觀測難以得到的信息。因此，多目標光譜望遠鏡可以在數(shù)十年里保持競爭力和高產(chǎn)出，并且得到新的海量光數(shù)據(jù)，有望獲得重大新物理發(fā)現(xiàn)。在2022年夏季結(jié)束的國際高能物理學(xué)界的Snowmass2021學(xué)術(shù)規(guī)劃討論中，宇宙前沿（Cosmic Frontier）的報告中已明確指出：宇宙學(xué)的發(fā)現(xiàn)和未來對暗能量、暗物質(zhì)的探索迫切地需要第五代寬視場光譜巡天�；�于對中大型光譜巡天望遠鏡的急切需求，清華大學(xué)提出研制國際領(lǐng)先的、首個第五代寬視場光譜巡天望遠鏡，并將建設(shè)在中國青海省海西州冷湖賽什騰山臺址。 j*<J&/luYZ  
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清華大學(xué)MUST項目團隊，依托清華大學(xué)天文技術(shù)中心，在清華大學(xué)精密儀器系和天文系的領(lǐng)導(dǎo)下，聯(lián)合華盛頓卡內(nèi)基研究所卡內(nèi)基天文臺、南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院、南京大學(xué)現(xiàn)代天文學(xué)和天體物理學(xué)重點實驗室等國內(nèi)外科研機構(gòu)與專家，共同完成了MUST光學(xué)系統(tǒng)的概念設(shè)計（如圖1所示）。設(shè)計完成的MUST光學(xué)系統(tǒng)如圖2所示，其中主鏡采用6.5m直徑的蜂窩狀輕質(zhì)單鏡；副鏡采用2.4m直徑的凸雙曲面鏡，與凹雙曲面主鏡組合，構(gòu)成基本的里奇-克萊琴望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計焦比為F/3.6，總焦距為23323mm，可有效消除焦平面上的球差和彗差。與主鏡和副鏡一起，五透鏡的寬視場校正鏡組設(shè)計可以通過補償大氣色散和波前像差來提高圖像質(zhì)量。天體發(fā)出的0.365μm到1.100μm波段的光線通過光學(xué)系統(tǒng)后被焦面多達20000根光纖同步接收，傳輸至后端中高分辨光譜儀獲取豐富的光譜信息。通過該光學(xué)系統(tǒng)，可以實現(xiàn)優(yōu)越的成像質(zhì)量。如圖3所示，0度天頂角時，MUST全視場內(nèi)的RMS彌散斑半徑均優(yōu)于21.1μm，系統(tǒng)像差得到有效控制。隨著觀測天頂角的增加，在最大50°天頂角下，RMS彌散斑半徑仍可精確控制優(yōu)于22.3μm、且視場中心RMS彌散斑半徑優(yōu)于16.6μm，這展示了所設(shè)計的光學(xué)系統(tǒng)具備良好的大氣色散校正能力。在整個7平方度視場范圍和50°天頂角的巡天區(qū)域內(nèi)，80%環(huán)繞能量直徑均小于0.51角秒、且最小值達0.36角秒，可實現(xiàn)與終端光纖探測陣列的精準匹配。除此之外，論文還分別介紹了光學(xué)系統(tǒng)在熱效應(yīng)和公差分析下的穩(wěn)定性，全面展現(xiàn)了該光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)越性。 q* p  
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設(shè)計完成的MUST望遠鏡光學(xué)口徑達6.5米、視場7平方度、光纖數(shù)20000以上、光譜覆蓋0.365–1.10μm，其獲取光譜的能力是國際上目前同類設(shè)備的10倍以上，正處于目前國際天文望遠鏡參數(shù)空間的重大空白，將有望在暗能量和暗物質(zhì)本質(zhì)、引力波、宇宙學(xué)、系外行星和星系形成等前沿科學(xué)方向上取得重大基礎(chǔ)性、原創(chuàng)性突破。 VKD
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論文第一作者為清華大學(xué)精密儀器系2021級博士研究生張藝凡，通訊作者為清華大學(xué)精密儀器系黃磊教授，清華大學(xué)天文系姜海嬌副研究員、蔡崢副教授為論文共同通訊作者。相關(guān)研究工作得到科技部“十四五”國家重點研發(fā)計劃、清華大學(xué)2030創(chuàng)新行動計劃、清華大學(xué)教育基金會、江陰-清華創(chuàng)新行動專項、青海“昆侖英才”計劃等支持。