暗能量 巡天空间望远镜：将伴“天和”探太空( 二 )
这可以有两种思路，一种思路是建造更大口径的望远镜，这样可以看得更深，获得更暗弱天体的信息，美国将在今年发射的6.5米口径的詹姆斯韦伯太空望远镜就采取了这一思路。另一种思路是建造可以观察更广阔天区的望远镜，以更高的效率，更系统地去研究宇宙。进行后一种工作的望远镜一般被称作巡天式望远镜。
我们即将发射的巡天空间望远镜采取的方式就是后者。在它搭载的第一代仪器中，占据最主要观测时间的是巡天模块。这是一个视野极为宽阔的相机，视场达到1.1x1.2平方度。在成像质量和哈勃望远镜相当的情况下，巡天空间望远镜的视场达到了哈勃望远镜的300倍。为了能够接收广阔视场的信息，巡天空间望远镜在巡天相机上安置了30块探测器，总像素达到25亿。其中18块探测器上设置有不同的滤光片，这使得它可以获得宇宙天体在不同波段的图像，带给我们彩色的宇宙样貌；另外12块探测器则用于无缝光谱观测，每次曝光可以获得至少1000个天体的光谱信息。
巡天空间望远镜在巡天模式下的观测每次曝光约为150秒，对于巡天中的每个观测天区会进行两次曝光。天文上一般以星等表示天体的明暗，星等越大表示天体越暗，每相差5个星等，天体之间的亮度相差100倍。天上的织女星大约是0星等左右，人眼能够看到最暗的恒星是6星等。巡天空间望远镜在总共短短300秒的曝光时间，就可以获得低至26星等左右（不同波段具体数值有差别）的天体图像，这要比人眼能够看到的最暗的恒星还要暗上1亿倍。在这样的观测深度上，研究者可以在每个平方角分看到30个左右的星系。在整个巡天周期里，巡天模块将会覆盖17500平方度的天区，是整个天空面积的40%，积累近20亿星系的高质量数据。
除了巡天模块以外，巡天空间望远镜还将配备一系列的精测模块，包括太赫兹模块，多通道成像仪，积分视场光谱仪和系外行星成像星冕仪。这些仪器将依托各自特点开展系外行星探测、星系核心区域空间可分辨光谱观测，近邻星系中性碳研究，宇宙超级深场观测等众多特色科学观测。
巡天空间望远镜会带给我们什么？这些科学问题值得期待
巡天空间望远镜会帮助我们探索一些宇宙的基本问题，例如：宇宙由什么物质构成，结构是什么样的，又是如何演化的？从地球上的常识来看，世界当然是由原子物质构成的。原子包含原子核和电子，原子核又由中子和质子构成。原子的组合体构成了我们生活的丰富多彩的世界。但从宇宙的尺度上来看，暗能量和暗物质才是宇宙最主要的组成部分。暗能量占据宇宙质能总量的70%左右，它的能量密度被认为在宇宙处处相同（或者极其接近相同）。在人类日常生活的尺度上暗能量完全没有任何可观测的影响，但它被认为是驱动宇宙加速膨胀的原因。暗物质占据宇宙质能组成的26%左右，是原子物质的5倍以上，主导着宇宙的结构形成。暗物质相互之间有引力相互作用，可以聚集称作暗晕的团块，而星系就形成在暗晕中，也被包裹在暗晕中。
这两种奇异的宇宙组分都不会发光，天文学家需要通过它们的引力效应来探索它们。引力透镜是这些方法中最重要的一种。在这类研究中，天文学家需要测量遥远宇宙中的星系形态。这些星系发出的光线在穿过宇宙空间的时候，会因为宇宙空间中物质（以暗物质为主）的引力作用发生微微的扭曲。天文学家通过测量海量的遥远星系形态，可以从中重建出宇宙暗物质的分布地图。
巡天空间望远镜的20亿高清晰星系图像极为适合做这样的工作，和这一课题相关的仪器指标可以说是在下一代空间望远镜中领先的。利用巡天空间望远镜的星系图像，天文学家可以测绘170亿光年范围内的暗物质分布地图。因为光速是有限的，对遥远宇宙的观测实际上对应对宇宙早期的观测。考虑到这一点，巡天空间望远镜的引力透镜分析实际上还带给我们宇宙结构随时间的演化，帮助我们确定宇宙的膨胀历史，进而探索暗能量的性质是否随时间流逝而变化。
在某些特殊的情况下，遥远的星系会和前景的星系在观测者视线方向上重合，这种巧合出现的天体构型会产生更为强烈的引力透镜效应，在有些情况下背景天体甚至会被扭曲成环形，这常被称作“爱因斯坦环”。爱因斯坦环在研究小尺度暗物质分布方面具有特殊的作用，提供几种对暗物质本质研究的重要检验。在哈勃望远镜历史上的观测中，总共只观测了几十个漂亮的爱因斯坦环。而巡天空间望远镜只需要1至2个月就可以拍摄到同样数量的爱因斯坦环。这就是巡天空间望远镜宽广视场带来的巨大优势。
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