夜暗方顯萬顆星，鏡明始見一縷云。
琦夢般層層疊疊的藍紫色塵埃云散發(fā)著柔和朦朧的紫白，這是一張新鮮的仙女座星系的照片，由 2023 年 9 月 17 日正式投入使用的墨子巡天望遠鏡（WFST）首光拍攝。
墨子巡天望遠鏡（WFST）是中國科學技術大學（USTC）和紫金山天文臺（PMO）聯(lián)合建造的北半球光學時域巡天能力最強設備。它安靜地坐落在青海省海西蒙古族藏族自治州冷湖鎮(zhèn)的賽什騰山上，這是一個高海拔、低水汽、低光污染且植被稀少的世界頂級的臺址。在這里，我們可以沿著鏡頭的方向，踏入群星璀璨、走進銀河迢迢、觀察宇宙萬千。
這是一臺怎樣的望遠鏡？北半球最強！
墨子巡天望遠鏡是一個大視場、高分辨率、寬波段的光學成像望遠鏡，是目前北半球性能最好的時域巡天望遠鏡。它能夠實現(xiàn)每三個晚上巡天北半球一次，通過 6 個工作波段 u、g、r、i、z、w（320-960nm）的多波段有節(jié)奏配合著工作，得到更詳細多樣的信息。墨子巡天望遠鏡有一個直徑為 2.5 米的主鏡，主焦平面上有一個 0.73 千兆像素的 CCD 相機，并配備了主鏡主動光學矯正技術和優(yōu)秀的主焦光學系統(tǒng)，實現(xiàn)低像場畸變和視場內均勻的高像質，使空間分辨率達到 1 弧秒，從而可在 6.5 平方度的視場內進行的圖像捕獲，能對星等小于 25mag 的天體成像。
夜幕低垂，群星灑向無垠天際，銀河如紙上墨跡的流痕，在賽什騰山上空書寫下光的步伐。黎明浮沉往復里，墨子巡天望遠鏡的圓頂隨著銀河移動的方向旋轉，進行無差別掃描式觀測，記錄下數(shù)百張星空圖像，與浩瀚宇宙進行著無言的時空對話。
能夠看到什么呢？星空攝影師~
當?shù)厍蛟陔S著時間四季更迭時，宇宙中各處也在悄然發(fā)生著變化。
墨子巡天望遠鏡最主要的任務就是要深入宇宙去代替我們的眼睛去搜尋和監(jiān)測各種天文動態(tài)事件，展開時域天文的研究。這些天體隨時間的變化中包含著重要的、未知的關于變化源的結構和性質的信息，有些變化對望遠鏡的微弱星等極限要求較高，就需要像墨子巡天望遠鏡這樣新一代的望遠鏡來觀測。投入使用后有望觀測到的例如千新星（與中子星合并相關的電磁發(fā)射器）、高紅移超新星以及在宇宙學和多信使天文學中應用的其他瞬變等。
墨子巡天望遠鏡也會跟蹤太陽系內的天體，以更深入得了解太陽系，并且會特別關注柯伊伯帶內外的行星或衛(wèi)星。在深空探測方面，它能夠高精度測量星等小于 25 mag 的天體，從而能夠更細致地描繪銀河系和附近的宇宙空間，并讓我們了解到河外星系、星系團等等。此外，墨子巡天望遠鏡作為北半球的最好的巡天望遠鏡可以與南半球的巡天望遠鏡 LSST 互補。
如何進行觀測呢？由觀測需求決定~
墨子巡天望遠鏡根據(jù)不同的科學目標的要求有兩種測量模式，分別是寬視場調查（WFS）和深度高節(jié)奏調查（DHS）。這兩種觀測模式將占據(jù)接下來六年的 90% 的觀測時間。
WFS 模式以其合理的節(jié)奏和時間跨度，適用于時域研究的一般目的（例如瞬態(tài)分類、可變性統(tǒng)計和時域宇宙學）。在 WFS 模式下，WFST 將在四個光學波段（u、g、r 和 i）掃描北方天空，覆蓋北天大概 8000 平方度的區(qū)域。大氣條件較好時，這四個波段在單次曝光 30s 的情況下可分別達到 22.27、23.32、22.84 和 22.31mag（AB 星等）的深度，從而可以探測低紅移宇宙中的大量瞬變，并對銀河系和河外物體的可變性進行系統(tǒng)研究。
墨子巡天望遠鏡在 u 波段有優(yōu)秀的成像性能，另一種觀測模式 DHS 正是主要針對 u 波段的深度高節(jié)奏的模式。DHS 將每年定期監(jiān)測赤道周圍 2×～360°2 的天空區(qū)域，同時會有節(jié)奏地結合其他波段的信息，DHS 模式下 90 秒的曝光可以在 u、g 波段分別達到 23、24 mag 的深度。DHS 模式可以探測有高靈敏度需求的能量瞬變，可以在瞬變發(fā)生后立即跟蹤瞬變，例如引力波事件的電磁對應物、早期超新星、快速藍光 / 超亮瞬變、潮汐破壞事件、千新星等。
在最后一年，將圖片疊加，在 g 波段，WFS 模式可達到約 25.8 mag，DHS 模式可達到大約 27.3 mag，這對探測銀河系和河外星系有重要作用。
墨子巡天望遠鏡將會結合中國下一代的太空任務例如 EP、CSST，實現(xiàn)陸基和天基望遠鏡的聯(lián)合，憑借預期的同步和協(xié)同作用以獲得各種快速瞬變的實時光譜能量分布。
探索的步履永遠向前！
墨子是世界上最早記錄小孔成像的人，并對小孔成像的現(xiàn)象進行了解釋。而墨子巡天望遠鏡正是一臺光學成像望遠鏡，這是穿越時空的致敬，更是一種傳承，古人以肉眼看天，而我們建造了更好的“眼睛”，在千年后探尋著頭頂同一片天空。
墨子巡天望遠鏡的高性能配合頂級的臺址條件，有望在時域天文學、深空探測、宇宙學等天文領域發(fā)揮重要作用。當科技落地、成為現(xiàn)實，一片星空仿佛勾勒出人類共同擁有的科技與夢想之光，讓我們一起期待墨子巡天望遠鏡帶來天文的新發(fā)現(xiàn)和突破。
參考資料
[1] https://wfst.ustc.edu.cn/
[2] WFST Collaboration; arXiv:2306.07590 “Sciences for The 2.5-meter Wide Field S-urvey Telescope (WFST)"
[3] Deng, L., Yang, F., Chen, X. et al. Lenghu on the Tibetan Plateau as an astronomical observing site. Nature 596, 353–356 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03711-z
本文來自微信公眾號：石頭科普工作室 （ID：Dr__Stone），作者：陳冰潔
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