夜暗方显万颗星，镜明始见一缕云。
琦梦般层层叠叠的蓝紫色尘埃云散发着柔和朦胧的紫白，这是一张新鲜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远镜（WFST）首光拍摄。
墨子巡天望远镜（WFST）是中国科学技术大学（USTC）和紫金山天文台（PMO）联合建造的北半球光学时域巡天能力最强设备。它安静地坐落在青海省海西蒙古族藏族自治州冷湖镇的赛什腾山上，这是一个高海拔、低水汽、低光污染且植被稀少的世界顶级的台址。在这里，我们可以沿着镜头的方向，踏入群星璀璨、走进银河迢迢、观察宇宙万千。
这是一台怎样的望远镜？北半球最强！
墨子巡天望远镜是一个大视场、高分辨率、宽波段的光学成像望远镜，是目前北半球性能最好的时域巡天望远镜。它能够实现每三个晚上巡天北半球一次，通过 6 个工作波段 u、g、r、i、z、w（320-960nm）的多波段有节奏配合着工作，得到更详细多样的信息。墨子巡天望远镜有一个直径为 2.5 米的主镜，主焦平面上有一个 0.73 千兆像素的 CCD 相机，并配备了主镜主动光学矫正技术和优秀的主焦光学系统，实现低像场畸变和视场内均匀的高像质，使空间分辨率达到 1 弧秒，从而可在 6.5 平方度的视场内进行的图像捕获，能对星等小于 25mag 的天体成像。
夜幕低垂，群星洒向无垠天际，银河如纸上墨迹的流痕，在赛什腾山上空书写下光的步伐。黎明浮沉往复里，墨子巡天望远镜的圆顶随着银河移动的方向旋转，进行无差别扫描式观测，记录下数百张星空图像，与浩瀚宇宙进行着无言的时空对话。
能够看到什么呢？星空摄影师~
当地球在随着时间四季更迭时，宇宙中各处也在悄然发生着变化。
墨子巡天望远镜最主要的任务就是要深入宇宙去代替我们的眼睛去搜寻和监测各种天文动态事件，展开时域天文的研究。这些天体随时间的变化中包含着重要的、未知的关于变化源的结构和性质的信息，有些变化对望远镜的微弱星等极限要求较高，就需要像墨子巡天望远镜这样新一代的望远镜来观测。投入使用后有望观测到的例如千新星（与中子星合并相关的电磁发射器）、高红移超新星以及在宇宙学和多信使天文学中应用的其他瞬变等。
墨子巡天望远镜也会跟踪太阳系内的天体，以更深入得了解太阳系，并且会特别关注柯伊伯带内外的行星或卫星。在深空探测方面，它能够高精度测量星等小于 25 mag 的天体，从而能够更细致地描绘银河系和附近的宇宙空间，并让我们了解到河外星系、星系团等等。此外，墨子巡天望远镜作为北半球的最好的巡天望远镜可以与南半球的巡天望远镜 LSST 互补。
如何进行观测呢？由观测需求决定~
墨子巡天望远镜根据不同的科学目标的要求有两种测量模式，分别是宽视场调查（WFS）和深度高节奏调查（DHS）。这两种观测模式将占据接下来六年的 90% 的观测时间。
WFS 模式以其合理的节奏和时间跨度，适用于时域研究的一般目的（例如瞬态分类、可变性统计和时域宇宙学）。在 WFS 模式下，WFST 将在四个光学波段（u、g、r 和 i）扫描北方天空，覆盖北天大概 8000 平方度的区域。大气条件较好时，这四个波段在单次曝光 30s 的情况下可分别达到 22.27、23.32、22.84 和 22.31mag（AB 星等）的深度，从而可以探测低红移宇宙中的大量瞬变，并对银河系和河外物体的可变性进行系统研究。
墨子巡天望远镜在 u 波段有优秀的成像性能，另一种观测模式 DHS 正是主要针对 u 波段的深度高节奏的模式。DHS 将每年定期监测赤道周围 2×～360°2 的天空区域，同时会有节奏地结合其他波段的信息，DHS 模式下 90 秒的曝光可以在 u、g 波段分别达到 23、24 mag 的深度。DHS 模式可以探测有高灵敏度需求的能量瞬变，可以在瞬变发生后立即跟踪瞬变，例如引力波事件的电磁对应物、早期超新星、快速蓝光 / 超亮瞬变、潮汐破坏事件、千新星等。
在最后一年，将图片叠加，在 g 波段，WFS 模式可达到约 25.8 mag，DHS 模式可达到大约 27.3 mag，这对探测银河系和河外星系有重要作用。
墨子巡天望远镜将会结合中国下一代的太空任务例如 EP、CSST，实现陆基和天基望远镜的联合，凭借预期的同步和协同作用以获得各种快速瞬变的实时光谱能量分布。
探索的步履永远向前！
墨子是世界上最早记录小孔成像的人，并对小孔成像的现象进行了解释。而墨子巡天望远镜正是一台光学成像望远镜，这是穿越时空的致敬，更是一种传承，古人以肉眼看天，而我们建造了更好的“眼睛”，在千年后探寻着头顶同一片天空。
墨子巡天望远镜的高性能配合顶级的台址条件，有望在时域天文学、深空探测、宇宙学等天文领域发挥重要作用。当科技落地、成为现实，一片星空仿佛勾勒出人类共同拥有的科技与梦想之光，让我们一起期待墨子巡天望远镜带来天文的新发现和突破。
参考资料
[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
本文来自微信公众号：石头科普工作室 （ID：Dr__Stone），作者：陈冰洁
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