[论文解读] The Cornell Caltech Atacama Telescope

S. J. E. Radford, Riccardo Giovanelli+2 more|ArXiv.org|Apr 23, 2007

Adaptive optics and wavefront sensing被引用 3

一句话总结

该论文提出建设科奈尔-加州理工学院阿塔卡马望远镜（CCAT），这是一台25米口径的亚毫米波望远镜，设计用于在智利北部海拔5,600米处进行高灵敏度、大视场的巡天观测。该望远镜具备20角分钟的视场，采用主动控制技术对分块主镜进行调节，以保持波front误差小于10 μm，并配备适用于短波和长波亚毫米波热释电成像与光谱仪的仪器，从而实现深度、大范围的巡天，以补充ALMA的高分辨率研究。

ABSTRACT

Cornell University, the California Institute for Technology, and the Jet Propulsion Laboratory are jointly studying the construction of a 25 m diameter telescope for submillimeter astronomy on a high mountain in northern Chile. This Cornell Caltech Atacama Telescope (CCAT) will combine high sensitivity, a wide field of view, and a broad wavelength range to provide an unprecedented capability for deep, large area, multi-color submillimeter surveys to complement narrow field, high resolution studies with ALMA. CCAT observations will address fundamental themes in contemporary astronomy, notably the formation and evolution of galaxies, the nature of the dark matter and dark energy that comprise most of the content of the universe, the formation of stars and planets, the conditions in circumstellar disks, and the conditions during the early history of the Solar system. The candidate CCAT site, at 5600 m in northern Chile, enjoys superb observing conditions. To accommodate large format bolometer cameras, CCAT is designed with a 20 arcmin field of view. CCAT will incorporate closed loop active control of its segmented primary mirror to maintain a half wavefront error of 10 mum rms or less. Instrumentation under consideration includes both short (650 mum-200 mum) and long (2 mm-750 mum) wavelength bolometer cameras, direct detection spectrometers, and heterodyne receiver arrays. The University of Colorado, a Canadian university consortium, and the UK Astronomy Technology Centre on behalf of the UK community are pursuing participation in the CCAT consortium. When complete early in the next decade, CCAT will be the largest and most sensitive facility of its class as well as the highest altitude astronomical facility on Earth.

研究动机与目标

• 开发一台大口径、高灵敏度的亚毫米波望远镜，以实现亚毫米波段的深度、大范围巡天。
• 通过提供关键天体物理现象的广域覆盖，与ALMA等高分辨率设施形成互补。
• 研究星系形成、暗物质、暗能量以及行星和恒星形成等基本科学问题。
• 利用智利北部海拔5,600米处优越的大气条件，实现最优的亚毫米波观测。
• 设计具备主动镜面控制和大格式热释电相机的望远镜，以实现高保真度的成像与光谱观测。

提出的方法

• 设计一台直径25米、视场20角分钟的望远镜，以最大化巡天效率。
• 实施主镜分块结构的闭环主动控制，以保持波前误差≤10 μm RMS。
• 集成短波段（650–200 μm）和长波段（2–750 μm）热释电相机，实现宽光谱覆盖。
• 开发直接探测光谱仪和混频接收器阵列，以实现高分辨率光谱观测。
• 利用高海拔、干燥的观测地点，最大限度减少大气吸收并提高观测效率。
• 与科罗拉多大学、加拿大联合体以及英国天文技术中心等机构合作，支持仪器开发与运行。

实验结果

研究问题

• RQ1 大口径、大视场的亚毫米波望远镜如何提升对星系演化研究的灵敏度和巡天速度？
• RQ2 何种技术设计可实现在高海拔站点对亚毫米波段实现高波前稳定性和高灵敏度？
• RQ3 广域亚毫米波巡天如何与ALMA的高分辨率观测互补，以探究恒星和行星形成？
• RQ4 何种仪器配置可实现短波和长波亚毫米波段的最佳性能？
• RQ5 25米望远镜在海拔5,600米处运行的最优台址条件与工程解决方案是什么？

主要发现

• CCAT的设计实现了20角分钟的视场，可高效开展亚毫米波段的大范围巡天。
• 主动镜面控制可将波前误差保持在≤10 μm RMS，确保高图像质量和高灵敏度。
• 该望远镜在200 μm至2 mm波段范围内，均优化用于热释电成像与光谱观测。
• 智利北部海拔5,600米的台址具有卓越的大气透明度和低水汽含量，非常适合亚毫米波天文观测。
• 仪器规划包括多波段热释电相机、直接探测光谱仪和混频接收器阵列，具备多功能科学能力。
• 预计CCAT将成为同类望远镜中最大、最灵敏的亚毫米波设施，也是地球上海拔最高的天文台。