第谷·布拉赫(Tycho Brahe)伽利略·伽利莱(Galileo Galilei)尼古拉·哥白尼(Nicolaus Copernicus)开始,天文学在几个世纪里取得不可思议的进步。今天,专业天文观测者所用的仪器远远超过了早期望远镜的性能。

多伦多大学的太空学者感到庆幸的是,他们所在的邓拉普天文与天体物理研究所(The Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics)天体物理仪器发展方面处于领先地位。

多伦多大学所设计的设备令人眼花缭乱,如果要想探索他们或者其中一部分,恐怕需要一本教科书作为指导,以下是正在进行的研究:

 

什么是望远镜?

现在,许多人口中的望远镜已很少用于研究。业余爱好者和发烧友常用的熟知的镜筒基本上在学术界已经过时。

虽然也有例外,但这种望远镜主要由业余天文学家和发烧友使用。

自然界的信息以波的形式传播,一些最有用的波是在电磁波谱中被发现的。我们视光谱中间的波体现为颜色无线电波的波长较长,而伽马射线和X射线的波长较短

通过不同种类的望远镜,探测不同种类的波,并了解不同的关于宇宙的知识。例如,就像好莱坞的间谍利用红外镜探测人类的热量一样,红外望远镜也可以用来探测天体的温度。

 

加拿大氢强度测绘实验仪

加拿大氢强度测绘实验仪(CHIME)是一种探测地外无线电波的望远镜。位于不列颠哥伦比亚省南部山区自治州无线电天体物理天文台(Dominion Radio Astrophysical Observatory),加拿大氢强度测绘实验仪正在绘制半个夜空,最远距离可达数十亿光年以外,这是迄今为止所测量的最大空间。

仪器名字中的“氢”部分指的是它对中性氢踪迹的搜索。中性氢的测量可以严格限制奇异的暗能量理论。

但该仪器还有其他用法。

参与该项目的邓洛普教员基思·范德林德(Keith Vanderlinde)教授在电子邮件中说:“在这一过程中,我们还实现了一些其他的科学目标,从监测脉冲星到寻找快速射电暴(Fast Radio Bursts)。这些发现都充分利用了这台新望远镜的力量。”

CHIME首次投入使用是在20179月,但是多伦多大学对仪器发展的贡献可以追溯到更早的时候。

范德林德补充道:“多伦多大学从一开始就参与策划设计了CHIME。”

“施工期间,我们的团队时刻关注着超级计算机后台,指挥CHIME向天空,将收到的原始无线电波转化为有意义的图像数据——以几乎(每秒1000字节)的速度将原始数据变成更易于管理形式—— 并根据不同项目的需求,产生不同的数据流。现在,大多数东西都已经启动并运行了,我们正在深入调试和分析工作,以确保我们理解自己正在测量什么。

 

加拿大无线电天文学计划

在邓拉普的主任布莱恩·詹兹勒(Bryan Gaensler)教授的领导下,加拿大无线电天文学计划(CIRADA)本身与其说是一个实验,更不如说是一个网络项目。该计划意在提升加拿大望远镜的参与度CHIME新墨西哥州的卡尔·央斯基(Karl G. Jansky)甚大天线阵(Very Large Array, VLA)以及澳大利亚千米阵列(Australian Square Kilometre Array Pathfinder)

CIRADA的目标是为加拿大天体物理学家提供必要的工具,将望远镜的大量原始数据转换成易于使用的目录和照片,以便科学家和公众能够探索这些数据集,并为发现做出贡献。

VLA天空调查(VLASS)项目中,多伦多大学通过对宇宙磁力的分析,引导CIRADA的发展。

詹兹勒在给The Varsity的一封电子邮件中解释道:VLASS允许通过无线电波进行三种类型的实验:绘制黑洞发射图、寻找爆炸点以及研究宇宙磁场。

作为CIRADA的一部分,多伦多大学的研究小组正VLASS上获取图像,并将其转换成太空磁场图,这有点像你高中时在玩具磁铁上撒铁屑绘制的简单磁场图。


蜻蜓望远镜

蜻蜓望远镜阵列作为一个“典型”望远镜,最初的想法就是把市面上能买到的照相机镜头拼接在一起。

这款望远镜最初邓拉普天文和天体物理研究所教授罗伯托·亚伯拉罕(Roberto Abraham)2013年设计的。这个创意品由三个与世界杯等赛事使用的镜头型号相同的佳能400毫米镜头组成。这个阵列不是用来看足球的,而是并排放置,并指向夜空用来探索星系。

如今,这个阵列已经发展到48只镜头,每只镜头都经过了修改以去除多余的光线。它是世界上最大的单由折射望远镜组成的阵列,与更流行的反射望远镜形成对比。

虽然设计理念更简单,比起其他体型更大、设计更复杂的望远镜,这款蜻蜓望远镜用途也很广泛。

它的多个透镜作为滤光片,在产生无光学噪声的精确图像时,可用于探测微小物体。

今年早些时候,该阵列发现了一个似乎没有暗物质的星系,而在此之前人们认为暗物质普遍存在在所有星系中。

 

双子红外多目标光谱仪

红外线天文学家通常使用在无线电与可见光之间的频率来观测星象。

双子红外多目标光谱仪(GIRMOS)是目前多伦多大学对红外天文学领域最大的贡献。

在邓拉普天文天体物理研究所教授苏雷什·施瓦南丹(Suresh Sivanandam)的带领下,双子红外多目标光谱仪可将检测到的输入信号分离成其组成部分的波长,并同时记录下这些组成部分。

“双子红外多目标光谱仪是一个独一无二的科学仪器,可专门用来研究数十亿光年之外的遥远星系”施瓦南丹教授在给多大校报The Varsity的一封邮件中说,“这些星系在天空中非常小,我们需要使用最先进的光学技术——自适应光学,来获取这些物体的高分辨率图像。有了双子红外多目标光谱仪,我们将能够详细研究这些星系的外观以及它们是如何形成星球的。这也将帮助我们拼凑出我们自己的星系是如何形成的。”

双子天文台在夏威夷和智利的帕切翁山有两个天文望远镜,而这个项目也是基于其接收到的数据。

尽管地理位置遥远,但这个项目仍然特显了加拿大人的独创性。

施瓦南丹说:“双子红外多目标光谱仪确实是加拿大主导的一个项目,研究机构遍布全国各地。该项目利用加拿大境内现有的科学和技术知识铸造了这一仪器。该项目是未来科学光学仪器、下一只大型望远镜‘30米望远镜’的一个探路者。”

施瓦南丹还指出,“从拍摄太阳系周围的行星到研究早期宇宙的一些星系,在许多利用双子天文台的项目中,多伦多大学都发挥了科学领导作用。”

 

极望远镜3G

阿蒙森-斯科特(Amundsen-Scott)南极科考站位于地理上的南极:地球最南端。它奇特的地理位置有着一些人类已知仅次于外太空的最恶劣的环境条件。

“每年2月到11月,由于天气恶劣,南极是无法到达的。”博士生马特·杨(Matt Young)在一封电子邮件中写道,“我们有两位科学家,他们叫‘越冬者’,在这段时间会留在空间站,为了努力让望远镜在地球上一些最极端的天气条件下也能正常工作。太阳会连续6个月在地平线以下,使他们处于724小时的黑暗和零下60摄氏度的温度中。”

这座科考站最初是由美国建造的,现在是国际天体物理仪器的收藏地,其中包括与科考站同名的南极望远镜(SPT)

南极望远镜可以探测到从微波到亚毫米波等多种波长的波。自2006年望远镜建成以来,许多摄像设备都被用来记录观测到的情况。这些相机中最新的是南极望远镜3G(SPT-3G),这是一种微波相机,而它的探测器就是在多伦多大学进行测试的。

范德林德(Vanderlinde)、前邓拉普研究员泰勒·纳托利博士(Dr. Tyler Natoli)和杨都是多伦多大学对南极望远镜的主要贡献者。

2017年至2018年冬天前往南极帮助安装南极望远镜3G也对从最新相机中能收集到的潜在信息感到兴奋。

南极望远镜3G)将使我们能够比以往任何时候都更详细地观察宇宙微波背景,即宇宙大爆炸后发出的光,细节比以往更清楚。我们目前在多伦多有一个探测器,我也将带着它去南极并将其安装在相机里。”杨写道。

 

翻译/Translate:庞皓予/Haoyu (Simon) Pang,聂韬/Tao Nie

校对/Proof: 钱文聪/Wencong Qian

终校/Final Read:李映雪/Yingxue Li

 

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