空间站两米望远镜 巡天初步方案

ProposedNext-GenerationCosmologicalSurveysinMainland

詹虎

中国科学院国家天文台海峡两岸粒子物理与宇宙学会议新竹2011.4.1—5暗能量探测手段Ia型超新星：光度（相对）距离弱引力透镜：大尺度结构增长、角直径距离、物质功率谱重子声波振荡：角直径距离、哈勃参量红移畸变：大尺度结构增长率、速度场星系团计数：体积/距离、大尺度结构增长强引力透镜：哈勃常数、（时间延迟）距离暗物质晕密度分布、暗物质粒子性质距离、结构增长（率）、物质功率谱、速度场功率谱

暗能量、引力理论、暗物质、中微子质量、宇宙学参数…大面积巡天DETF对暗能量项目的划分(2006)Stage

I：已完成StageII：“进行中”（CFHT、ESSENCE…）StageIII：“近期”（SDSS-III、DES、PS4…）Stage

IV：“2015”（LSST、JDEM、SKA…）Albrecht&Bernstein(2007)2DDETFFigureofMeritvs.9DFoM.Darkenergyequationofstatebinnedina.HugegaininFoM,butgaininphysics?相对Stage

2的效果SNAPnoSNe,DESnoclustersDiffb/wStageIII&IVis~5x.Zhan(2006)~完成~2020美国天文发展十年规划推荐项目第一优先项目类型：大型巡天战略方向:第一代天体类地行星宇宙物理大型巡天计划LargeSynopticSurveyTelescopeWideFieldInfraredSurveyTelescope南极光学近红外巡天望远镜LAMOST郭守敬望远镜EuclidBigBOSS天籁计划空间站大光学平台~2020TheLargeSynopticSurveyTelescopeKeyMissions:Darkenergy/matterSolarsystemOpticaltransientsGalacticmap8.4-meterprimary10deg2FOV3billionpixels0.3–1.1µmugrizy15-sexposures20,000deg2200PBdatau25.8

mag(56exp.)g27.0mag(80exp.)

r27.2mag(180exp.)

i27.0mag(180exp.)

z25.7mag(164exp.)

y24.4mag(164exp.)大口径全景时序巡天望远镜南极光学近红外望远镜KDUST

2.5米、6—8米AST3

宇宙普通物质中％76是氢，氢原子产生21cm辐射，红移后波长为21(1+z）cm

对21cm观测可以绘出宇宙大尺度结构

针对暗能量，主要观测红移0－2.5（400－1400MHz)天籁计划（21cmIntensityMapping）中国载人航天路线图空间站巡天的考虑空间环境极其有利于天文观测；巡天科学意义重大，影响深远，受益面广；空间站望远镜的特性决定了巡天最为合适；中国空间站是中国空间天文研究的契机。数据=发现空间新的研究模式：数据挖掘新的挑战：海量数据天文空间观测优势：高分辨率、稳定像质减小系统误差，提高测量精度：以现有测量方法，在空间与地面测量弱引力透镜切变时的相乘性系统误差随星系亮度的变化（图片来源：H.Hoekstra）。地面空间弱引力透镜切变测量系统误差

对暗能量状态方程限制的影响Degradationsduetoshearerrorsarenotbound(noself-calibrationfromWLitself).Parameterconstraintswaw0wawpZhan2006空间观测优势：低背景空间黄道光平均mV=22.7

mag/arcsec2LSST时间6.8%9.7%22%22%20%20%极限星等25.827.027.227.025.724.4地面mV~21.8mag/arcsec2CSST在HST/ACSHRCF250W,U,和WFC（Sloan巡天）griz六波段内，经过五分钟曝光得到的不同星等点源的信噪比。巡天初步设计大面积深度多色成像与光谱巡天（4年）：约3万平方度，银纬±15度以内6000平方度，0.2-2.5

m，研究宇宙学、河外星系、银河系、太阳系等。极深度多色成像与光谱巡天（4年）：约1000平方度，天区不连续，等效深度应与COSMOS相近，光谱深度应大于zCOSMOS，科学目标同上，更侧重于星系科学，此外还适于观测周期为数小时至数天及大于四个月的时变系统。中国空间站巡天特色中国空间站大光学平台的光学/近紫外/近红外高分辨率多色成像与光谱的深度巡天自成体系，又与其它项目互补，将为诸多天文研究领域提供前所未有的样本，极大地拓展发现空间，带来新的突破。口径单路视场像质相对巡天巡天面积波长范围波段数光谱mdeg2角秒速度deg2nm个中国空间站22

0.740.15

0.32.630000200—1000

800—25006—12

3有

可有LSST8.4100.73.220000320—10506无Euclid1.20.5

0.50.2

0.6120000550—920

1000—2000光学1

近红外3无

有WFIRST1.50.1*0.20.1200001000—2000预计3有中国空间站暗能量研究预期对暗能量状态方程参数w0与wa的限制With1%

priorongalaxybias!With1%

priorongalaxybias!对大尺度结构增长率f的限制SpecBAOonly空间站巡天和Euclid区分暗能量模型的能力。左图为它们对距离的限制，右图为对哈勃参数的限制。SpecBAOonly

TopicsBackgroundknowledgeTheoreticalbackgroundLensingbasicsObservationalbackgroundWeaklensingWLTheoryCMBDarkenergy,gravity,etc.MassmapOtherapplicationsHigher-orderstatisticsSystematicsStronglensingSLTheoryDarkmatterDarkenergyOthertopicsSurvey/Data/AnalysisImagereductionCataloggenerationShearmeasurementPhoto-zsSimulationsSampleissuesStatisticalmethodsPracticalissuesDesigningasurvey2011SummerSchool&WorkshoponGravitationalLensingJuly24–August3,2011