欧几里得巡天望远镜：主镜直径达到1.2米，用的是什么材料？

北京时间2023年7月1日23:11，欧空局（ESA）欧几里得（Euclid）太空望远镜将由“猎鹰九号”运载火箭从卡纳维拉尔角太空军基地SLC-40工位发射升空，23:53器箭分离，最早在23:57地面将收到欧几里得信号以确认航天器工作正常。

欧几里得太空望远镜

欧几里得（Euclid）太空望远镜项目由欧空局主导，美国航空航天局（NASA）提供资金和技术支持，由泰雷兹阿莱尼亚航天公司（Thales Alenia Space）抓总研制并负责服务舱的研制工作，空中客车防务与航天公司（Airbus Defence and Space）负责开发包括望远镜筒在内的有效载荷舱。欧几里得由服务舱和载荷舱组成，搭载了2台主载荷：1台可见光相机（VISible-wavelength camera，VIS）和1台近红外光谱仪和光度计（Near-Infrared Spectrometer and Photometer，NISP），后者由美国航空航天局提供。

欧几里得主镜

作为巡天望远镜，欧几里得配备了直径达1.2米的主镜，在该器6年的寿命周期里，总测量面积将达到15000平方度，超过天球总面积41252.96平方度的1/3，图像质量将是地面巡天望远镜的5倍以上。像欧几里得这种级别的巡天望远镜，其反射镜用的是什么材料？

可见光相机（VIS）

在欧几里得太空望远镜中，望远镜筒配备的一个大反射镜和其他5个小反射镜由30多个部件和反射镜组成，加上组成近红外光谱仪和光度计的10多个部件以及围绕它们的光学工作台都是由相同的材料制成的，不是玻璃，而是一种仅在太空中被发现自然存在的陶瓷（ceramic）。

近红外光谱仪和光度计（NISP）

欧几里得的陶瓷构件使用的是碳化物陶瓷，其主要成分是碳化硅（Silicon carbide，SiC）。碳化硅（SiC）是已知最硬的材料之一，用于制造切削工具、高性能制动器甚至防弹背心，同时比玻璃轻得多。它与金属相似，具有高导热性，但与金属不同的是，它可以在不变形的情况下经历极端的温度变化，这使得它非常适合天基天文学设备。

碳化硅（SiC）在太空中相对常见，其由硅和碳在缺氧的情况下结合而成，在陨石中发现了少量的碳化硅。在地球上，其首先应用于钻石的替代品。

欧几里得的陶瓷构件由法国Mersen Boostec公司制造，该公司以前为工业泵制造碳化硅（SiC）轴承和密封件。此前，该公司为欧空局的赫歇尔（Herschel）太空望远镜制造了直径3.5米的主镜，在2009年发射时是飞往太空的口径最大的望远镜，后为罗塞塔（Rosetta）彗星探测器、盖亚（Gaia）和詹姆斯·韦伯（James Webb）太空望远镜制造了反射镜和光学支架。

欧几里得主反射镜的制造过程是从碳化硅（SiC）粉末开始的，将碳化硅粉末挤压成圆形块状的柔软固体，然后使用计算机控制的铣床精确成形。下一步是在2100摄氏度的烤箱中“烧结”，形成硬质陶瓷。接下来使用化学沉淀法给硬质陶瓷涂上一层碳化硅，以填充所有残留的孔隙，涂层厚度仅为零点几毫米。再将反射镜进行轻微打磨后，交给Safran-Reosc 公司进行抛光和镀银。在地球引力作用下，最终的镜面形状精确到百万分之九毫米。在Mersen Boostec公司的产品中，盖亚（Gaia）的单片矩形主镜直径更大，达到1.5米，但欧几里得的主镜是最大的一体式圆形镜。

欧几里得主载荷可见光相机和近红外相机分布位置

欧几里得两个主载荷可见光相机（VIS）和近红外光谱仪和光度计（NISP）都使用一大五小6个反射镜。可见光相机（VIS）在可见光中拍摄到的星系图像比在地面拍摄到的要大得多。NISP依据与雷达枪相同的原理，筛选来自星系的红外光，以获得关键数据，包括通过测量它们的“红移”计算向外膨胀的速度，这反过来将使天文学家能够推断宇宙的膨胀历史。

作者：大白高国