在中國為繪製現代宇宙學前沿版圖的國際競賽中，中國推遲了其巡天空間望遠鏡的發射。
原定於 2025 年年中從中國南部文昌航天發射中心發射升空的這個兩米長的巡天（“巡視天穹”）望遠鏡，將與歐洲航天局的 1.2 米歐幾里得空間望遠鏡（該望遠鏡本月釋出了首張全綵影像）和美國宇航局的 2.4 米南希·格雷斯·羅曼空間望遠鏡（定於 2027 年年中發射）一起，勘測數十億個遙遠的星系，繪製宇宙結構圖，並測試暗物質和暗能量的競爭理論。
“巡天計劃於今年年底發射。現在時間線調整到 2025 年 6 月，”中國科學院國家天文臺在北京的巡天望遠鏡系統專案科學家詹虎說。他說，詹和他的團隊目前正在完成巡天飛行前“工程資格模型”的工作，該模型將於明年初開始進行嚴格的效能測試。
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詹說，在一個具有挑戰性的首例中，中國正在國內開發巡天上的所有五種儀器。他領導著來自全國五個研究所的大約 100 名工程師和科學家團隊，該團隊正在開發一個 26 億畫素的巡天相機，這將是望遠鏡的主要儀器。
香港大學天體物理學家昆汀·帕克說，巡天是中國建造的最重要的科學設施之一，這使得它的延遲令人驚訝。“這對中國來說是不尋常的，因為他們通常不會推遲事情。他們在按計劃完成任務方面一直很出色，”他說。
這一延遲可能會對解決暗物質（允許星系形成的不可見的引力膠）和暗能量（我們宇宙加速膨脹背後神秘但主要的力量）的雙重奧秘的三方競賽產生重大影響。暗物質和暗能量共同構成了宇宙質量和能量的 95%，而熟悉的物質則佔其餘的 5%。瞭解暗物質和暗能量的真實本質對於宇宙學至關重要，它可能會為關於宇宙最深層的起源、最終命運以及介於兩者之間的一切問題提供答案。帕克說，巡天發射時間的推遲會減少它可能相對於美國宇航局的羅曼望遠鏡所具有的時間優勢。“在你的競爭對手之前發射的一個巨大優勢是，你可以先嚐到科學的滋味，”他補充道。如果巡天和羅曼的發射日期最終接近，那麼“在誰將獲得第一批資料、第一批影像和第一批研究結果方面將出現有趣的動態。”
在中國的天文學家等待了數十年之後，他們很想擁有一個可以與哈勃太空望遠鏡相媲美的天文臺，中國北京大學的天體物理學家武雪冰說。然而，鑑於巡天先進的設計和尖端技術，“延遲不一定是壞事。重要的是要確保一切正常執行後再進入太空，”武說。
巡天確實雄心勃勃。該任務最初於 2013 年被批准為中國空間站計劃的一部分，其概念和設計隨著時間的推移而發展，其突出特點是，其全景視野比哈勃望遠鏡大 300 多倍。這意味著巡天——有時也被稱為中國空間站望遠鏡——只需一次快照，就能勘測一塊天空，而哈勃望遠鏡幾乎需要一年的時間才能對其進行成像，並且解析度大致相同。在每次觀測期間，巡天看到的範圍也是歐幾里得的兩倍，是羅曼的四倍。
它的巡天相機配備了 26 億畫素的電荷耦合器件探測器，旨在在其計劃在距地面約 400 公里、與中國空間站天宮相同的軌道上執行的十年中，覆蓋 17,500 平方度——即整個天空的 40%。
加州理工學院紅外處理與分析中心的天體物理學家雲王說，巡天在 0.255 微米至 1 微米之間的近紫外和可見光波長中觀測，將與更專注於近紅外的歐幾里得和羅曼“完美互補”。
這三項任務都共享一個共同的方法論基石，繪製星系的距離和分佈以推匯出更深層次的宇宙測量。但每個任務都將對不同年齡段的宇宙進行取樣，儘管會有一些重疊。巡天將回溯到宇宙只有現在三分之一大小時發光的星系。與此同時，歐幾里得和羅曼將專注於從宇宙近 140 億年曆史的一半到四分之三的星系。
美國宇航局噴氣推進實驗室的天體物理學家傑森·羅茲說，即使不同的望遠鏡測量的是完全相同的東西，交叉檢查它們的結果仍然至關重要，他同時參與了歐幾里得和即將到來的羅曼的研究。“暗能量對我們能觀察到的事物產生的影響在每個星系上都很小，”因此測量要求非常高，即使是微小的儀器誤差也會產生非常錯誤的結果，他說。
巡天、歐幾里得和羅曼還將使用一種稱為弱引力透鏡的觀測技術，透過發現星系形狀的微小變形來繪製暗物質圖。這種變形是由介入暗物質團塊引起的，這些團塊透過它們扭曲時空的引力場，微妙地改變了星系光在加速飛向地球時的路徑。與強引力透鏡（其中質量巨大的前景星系可以拉伸來自點狀背景星系的光，使其看起來像一條曲線）不同，弱引力透鏡只會將星系的影像扭曲千分之一或更少，這使得測量極具挑戰性。
詹說，巡天的光學系統在這方面具有優勢，因為它的副鏡將放置在側面，而不是直接放置在主鏡的前面，以避免阻擋任何入射光並在影像中產生衍射圖案。這種所謂的離軸設計將巡天與哈勃、歐幾里得和羅曼區分開來，後者都使用不可避免地將衍射“尖峰”和其他視覺偽像投射到結果影像上的同軸結構。詹說，巡天無尖峰的影像將有助於減少弱引力透鏡分析中的誤差。
雖然巡天將花費絕大部分時間透過勘測遙遠的星系來追逐暗物質和暗能量，但它還有一長串次要科學目標要透過相同的勘測資料和其他四種儀器的觀測來實現。例如，它將使用可以觀察到恆星周圍較暗淡的行星的阻擋星光的日冕儀，在附近恆星的樣本中搜索系外行星。此外，該望遠鏡還將包括一個高靈敏度的太赫茲接收器，以研究銀河系和鄰近星系中巨型分子云和其他複雜物體的化學成分；一個多通道成像儀，用於進行更集中的超深場觀測，並監測快速變化的現象，如翻滾的小行星和爆炸的超新星；以及一個積分場光譜儀，用於探測在黑洞周圍和進入黑洞的物質的極端物理性質。
詹說，在所有五種儀器都組裝到望遠鏡平臺上後，還將有一個空槽，供天宮空間站的宇航員以後安裝國內、國外或聯合開發的裝置使用。
在巡天執行的第一個十年中，計劃在望遠鏡和近地軌道空間站之間進行多次交會對接操作，以便進行加油、維護和升級。借鑑哈勃望遠鏡的經驗，巡天的設計者認為這種維修對於確保天文臺持久的科學競爭力至關重要。
哈佛-史密森天體物理中心的天文學家喬納森·麥克道爾說，“關於同軌道執行有很多值得喜歡的地方”。例如，在歐幾里得或羅曼上修復或更換儀器將非常困難，因為這兩臺望遠鏡都位於拉格朗日點 2，這是太陽和地球之間的一個位置，距離地球約 150 萬公里。
但是，巡天在近地軌道上的位置也意味著我們迫在眉睫的地球將不斷阻礙它對幾乎一半天空的視野，從而限制瞭望遠鏡的觀測效率，麥克道爾說。此外，巡天的軌道將導致望遠鏡大約每 90 分鐘在白天和夜晚之間過渡，從而產生可能影響其儀器的熱不穩定性，羅茲指出。
然而，這些問題可能證明是巡天軌道上最不擔心的問題。“我對巡天的最大擔憂是，由於它具有大而寬的視野，而且由於它位於（SpaceX 的）星鏈衛星之下，它將在其所有影像中看到大量可怕的星鏈衛星軌跡，”麥克道爾說。
詹的團隊使用模擬來估計星鏈和其他衛星星座將對巡天產生的不利影響。詹說，一旦 40,000 多顆星鏈衛星和類似的即將推出的專案在軌道上全面投入運營，巡天巡天相機通常會在其主相機的每次 150 秒曝光中至少看到一顆衛星。“但它們似乎相對容易識別並從資料中刪除，”他補充說。
到目前為止，中國天文學界已經獲得資金，建立了四個中心，一旦望遠鏡投入使用，將協調和支援巡天的研究。還有專門用於巡天相關準備研究的撥款，包括望遠鏡成像、執行和資料處理的模擬。這種深入、影響深遠的支援工作在中國空間任務中是前所未有的。
王說，“巡天團隊已經獲得了技術雄心，而且他們已經走了這麼遠”。透過巡天、歐幾里得和羅曼共享觀測資料甚至協調其勘測，科學家們有望很快對暗能量理論施加更強的約束。“我們可能不會得到最終答案，但它們會為我們提供繼續前進的線索。我想說我們可以期待在 10 年內取得突破，”她說。