想製造20m口徑的施密特式天文望遠鏡在資金充沛的情況下能製造完成麼?需要多少錢呢?

那麼更大口徑的呢?(例如50m)


先上一張天文望遠鏡圈裡的老圖,當前人類做的大型望遠鏡列表:

題主問的是施密特望遠鏡,可以推斷實際上指的是施密特-卡賽格林望遠鏡(Schmidt–Cassegrain telescope),簡稱施卡,是一種折反式望遠鏡。相對於普通的牛頓反射式望遠鏡增加了改正鏡以改善像差。

但大型望遠鏡上是不適合使用使用施卡望遠鏡的。因為施卡前面所用的半球面改正鏡屬於透鏡,是沒法做太大的。因為透鏡使用玻璃製成,大型玻璃鏡片難以控制內部的氣泡。而且口徑越大的透鏡也就越厚,重量上難以控制。對天文臺來說,能夠持續跟蹤天體的臺架(赤道儀)非常重要,而折射式望遠鏡的物鏡靠前,重心非常高,很難做的穩定。

於是歷史上最大的折射式望遠鏡就停留在了口徑一米,在葉凱士天文臺。過去近百年歷史上,人們已經不再追求製造更大的折射式望遠鏡了。取而代之的是製造越來越大的反射式望遠鏡。現代天文臺裏的大型望遠鏡大部分已經是純反射結構,空間天文望遠鏡更是純反射結構。

專業的大型天文望遠鏡的主流結構是卡賽格林結構的,但其有很多改進型。題主所問的施密特-卡賽格林就是一種改進型。以哈伯望遠鏡為例,其結構為RC-卡賽格林望遠鏡。即望遠鏡的主鏡和改正鏡都是雙曲面。主鏡開孔後為焦平面。(按設計上是如此,實際上哈伯望遠鏡主鏡製造過程因為測量儀器油漆剝落導致了面型更接近球面,後來為修正此問題引入的新改正鏡/副鏡也不再是嚴格的雙曲面了)。

現代世界上最大的單片式望遠鏡主鏡為8.4米直徑,8米級別的反射鏡主要在3家美國公司/大學製造,比較著名的就是亞利桑那大學的mirror lab。紀錄片《超大建築狂想曲-大型雙筒望遠鏡》裏詳細的介紹了主鏡製造過程,以及LBT的若干細節,其主鏡就是在mirror lab製造的。簡單來說就是融化玻璃的同時旋轉大坩堝,然後在保持旋轉的情況下冷卻幾個月,使得鏡面天然形成拋物面。然後再慢慢的磨製成所需的面型。

回到題主的問題,想製造更大的望遠鏡主要是兩個思路。一個是發展更大的單片結構,但這已經開始遭遇越來越多的困難,人們已經不再追求製造更大的單一鏡片了。現代更主要的發展方向是多鏡面拼接的方式。看上圖的TMT(30米望遠鏡)、E-ELT(歐洲特大望遠鏡),以及圖中沒有的中國12米望遠鏡這類超大型望遠鏡都是多鏡面拼接結構。我們可以分析一下如上最大的3個望遠鏡的技術參數和造價:

  1. 上圖裡最大的望遠鏡是E-ELT,歐洲特大望遠鏡,主鏡直徑39.3米,由798個六邊形小鏡片組成。每個六邊形小鏡片直徑1.4米,厚度50mm。當前預計開光時間為2025年(不延期是不可能的,狗頭),預計15億歐元。
  2. 上圖第二大的TMT望遠鏡(30米望遠鏡),主鏡直徑30米,由492個1.4米直徑小鏡片組成。預計開光時間2027年,預計14億美元。
  3. 上圖第三大的GMT,巨型邁哲倫望遠鏡,主鏡直徑25.4米,由7片8.4米鏡片組成。預計開光時間2029年,預計10億美元。

參考國內的兩個玩法:

  1. LAMOST,郭守敬望遠鏡,造價3億人民幣。雖然屬於巡天望遠鏡而非通用望遠鏡,但至少是光學望遠鏡。主鏡直徑6米,37個1.1米直徑小鏡片組成。
  2. FAST,500米口徑球面射電望遠鏡。這個不屬於光學望遠鏡,工作在短波波段,對面型誤差要求很低。造價12億人民幣。

建造專業級天文望遠鏡的花費分為很多個方面:

  1. 主鏡:多個拼接小鏡片的製造,每個小鏡片按照與光軸的距離不同,面型要求也不同。這裡還涉及很複雜的面型檢測技術。面型要求的底線是光波長的一半,但通常會要求做到波長的1/20。
  2. 主動光學:在主鏡底部安裝數百上前個促動器,用電動機驅動改變每個小鏡片的姿態,以及輕微改變小鏡片的面型。用以補償重力導致的形變。
  3. 副鏡系統:副鏡不僅用於摺疊光軸,也要用來補償主鏡的像差,高精度的改正鏡雖然沒有主鏡那麼大,但精度要求卻絲毫不差,且面型更加複雜。而且大型地基望遠鏡會有不止一套副鏡系統,分別用以實現卡賽格林、耐斯米斯結構等。中國12米望遠鏡還有個方案引入第四套副鏡/改正鏡。
  4. 自適應光學:安裝在副鏡系統上的成百上千個促動器,結合發射到天空的鈉激光製造的人工星點,以每秒上千次的速度迅速改變副鏡面型,抵消大氣湍流的影響。使得成像更加清晰。
  5. 臺架:用以安裝整個望遠鏡,驅動望遠鏡旋轉和跟蹤星體。業餘天文愛好者的電動赤道儀通常可以與望遠鏡達到相同的價格。
  6. 感測器系統:各種光學、紅外、光譜分析設備,可以理解為攝像頭,但非常昂貴的。
  7. 外殼:一個足以容納望遠鏡的建築,未來的TMT和E-ELT的外殼預計重量超過5000頓。
  8. 建築地點:望遠鏡的建造地點應該考慮赤道附近,這樣才能觀察到整個天球,北半球的緯度越高,就有越多南天球的天空是看不到的。而且應該選擇山無地區海拔很高的高山山頂,以減少雨雪影響。遠離城市500公里以上避免光害。這都決定了在人跡罕至的地區建造望遠鏡是非常昂貴的。
  9. 天文學家:好的望遠鏡需要人來建造和使用。需要為這些人配備舒適的環境,包括居住和工作的環境。

可見題主所需的20米級別望遠鏡造價應該是不會超過10億美元的。而50米級別的恐怕要在30-40億美元級別。題主Good Luck!


20m的施密特太難了,比50m的rc難多了。不清楚技術上能不能實現。

50m口徑,拼接鏡片,大概也就500億rmb。

您來投錢,我來喊人一起做。臺址放青海冷湖,好不?

細節都好談!


首先要砸一波錢到各個高校、中科院所,培養一堆搬磚博士。

人,纔是最重要的。


如果真的有足夠的資金,你可以找中國國家航天局(CNSA)聊聊

或許他們可以給你更多的幫助[滑稽]


詹姆斯韋伯太空望遠鏡在初期規劃時NASA稱5億美元就可以。

然後每次要到期就問國會老爺再要:我這快完成了,你要是放棄這錢就白砸了,再給點唄~

然後國會就撥款撥款再撥款,撥到現在有差不多100億美元。望遠鏡還沒送上去……


目前在智利在建的39米級望遠鏡預計總投資10億歐元左右 國內12米級望遠鏡工程研討階段的預計花費我記得是20億人民幣左右


這事您得問國家計經委和科工委。


你可以看一下天眼多少錢


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