[论文解读] The Maunakea Spectroscopic Explorer Book 2018

Alexis Hill, Nicolas Flagey+123 more|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2018

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 5被引用 9

一句话总结

Maunakea 光谱探测望远镜（MSE）是一项拟议的10米级、大视场光学与近红外望远镜，旨在对1,000至1,000,000个天体物理源开展变革性多目标光谱观测。凭借11.25米的主镜口径、1.52平方度的视场、从R2,500到R40,000的光谱分辨率，以及在80%目标效率下同时获取4,332条光谱，MSE将实现对微弱宇宙结构的高精度研究，并支持LSST、Gaia和Euclid等重大巡天项目的后续观测。

ABSTRACT

(Abridged) This is the Maunakea Spectroscopic Explorer 2018 book. It is intended as a concise reference guide to all aspects of the scientific and technical design of MSE, for the international astronomy and engineering communities, and related agencies. The current version is a status report of MSE's science goals and their practical implementation, following the System Conceptual Design Review, held in January 2018. MSE is a planned 10-m class, wide-field, optical and near-infrared facility, designed to enable transformative science, while filling a critical missing gap in the emerging international network of large-scale astronomical facilities. MSE is completely dedicated to multi-object spectroscopy of samples of between thousands and millions of astrophysical objects. It will lead the world in this arena, due to its unique design capabilities: it will boast a large (11.25 m) aperture and wide (1.52 sq. degree) field of view; it will have the capabilities to observe at a wide range of spectral resolutions, from R2500 to R40,000, with massive multiplexing (4332 spectra per exposure, with all spectral resolutions available at all times), and an on-target observing efficiency of more than 80%. MSE will unveil the composition and dynamics of the faint Universe and is designed to excel at precision studies of faint astrophysical phenomena. It will also provide critical follow-up for multi-wavelength imaging surveys, such as those of the Large Synoptic Survey Telescope, Gaia, Euclid, the Wide Field Infrared Survey Telescope, the Square Kilometre Array, and the Next Generation Very Large Array.

研究动机与目标

• 定义Maunakea光谱探测望远镜（MSE）作为下一代多目标光谱观测设施的科学与技术设计。
• 通过提供专用、大视场、高吞吐量的设施，填补大规模、高复用率光谱巡天中的关键空白。
• 实现对微弱天体物理现象（包括遥远且微弱宇宙的成分与动力学）的高精度研究。
• 支持LSST、Gaia、Euclid、WFIRST、SKA和ngVLA等重大多波段巡天的关键后续观测。
• 通过其独特的口径大小、视场范围、光谱分辨率范围和观测效率的结合，确立MSE作为全球领先的多目标光谱观测设施。

提出的方法

• 设计一台10米级望远镜，采用11.25米主镜，以最大化集光能力。
• 实施具备1.52平方度视场的宽视场光学与近红外光谱系统。
• 采用光纤馈送光谱仪系统，每张曝光可同时观测4,332个目标。
• 光谱分辨率可在R2,500至R40,000之间调节，且所有分辨率可同时使用。
• 通过先进的望远镜控制与仪器设计，优化目标观测效率，使其超过80%。
• 通过协调的后续科学规划，与现有及未来的大型巡天项目实现集成。

实验结果

研究问题

• RQ1 下一代多目标光谱观测设施如何实现对微弱源研究前所未有的复用率与观测效率？
• RQ2 何种技术设计可使10米望远镜在大视场范围内同时分辨超过4,000个天体的光谱？
• RQ3 MSE如何支持并提升LSST和Gaia等重大多波段巡天的科学产出？
• RQ4 何种口径大小、视场范围与光谱分辨率的组合，最适于探测微弱且遥远的宇宙？
• RQ5 何种工程与观测策略可确保在大视场、高吞吐量光谱观测设施中实现80%的靶向效率？

主要发现

• MSE每张曝光的峰值复用能力可达4,332条同时光谱，是现有及规划中设施中最高的。
• 望远镜将配备11.25米主镜和1.52平方度视场，可实现对微弱天体的大面积巡天。
• 光谱分辨率范围从R2,500至R40,000，所有分辨率可同时使用，支持多样化的天体物理研究。
• 预计目标观测效率将超过80%，相比现有设施显著提升巡天效率。
• MSE被设计为全球领先的多目标光谱观测设施，尤其适用于深度成像巡天的后续观测。
• 该仪器将通过高保真光谱学，实现对星系晕结构、恒星运动学以及微弱宇宙源的高精度研究。