智利北部的西蒙斯天文台正在建造一些有史以来最大、最精密的望远镜。它们旨在以前所未有的灵敏度测量宇宙微波背景——宇宙形成时遗留下来的电磁辐射。在一项新研究中，研究人员详细介绍了一种分析方法，该方法可以通过在安装前评估望远镜的性能来改进这些望远镜。

新的分析方法可以帮助提高大型望远镜的灵敏度

芝加哥大学的研究小组成员GraceChesmore说：“我们开发了一种在部署前使用无线电全息术来表征完全集成的低温望远镜仪器的方法。”“在实验室中，在问题变得有问题之前发现问题并操纵望远镜内部的组件以优化性能要容易得多。”

虽然通常要等到安装后才能表征望远镜的光学性能，但是一旦一切就绪就很难进行调整。但是，通常无法在安装前进行全面分析，因为基于实验室的技术专为室温分析而设计，而望远镜组件则保持在低温以提高灵敏度。

在AppliedOptics期刊中，由芝加哥大学的JeffMcMahon领导的研究人员描述了他们如何将他们的新测量方法应用于西蒙斯天文台大口径望远镜接收器光学器件，其中包括透镜、滤光片、挡板和其他组件。这是在部署新接收器之前首次在实验室中确认此类参数。

在芝加哥大学，微波源扫描望远镜的开口，探测器测量望远镜背面的响应。图片来源：GraceChesmore，芝加哥大学

该论文的第一作者切斯莫尔说：“西蒙斯天文台将创建前所未有的大爆炸余辉地图，让人们了解宇宙的最初时刻和内部运作。”“天文台将帮助制作这些超灵敏的宇宙微波背景图。”

回顾过去

切斯莫尔说，西蒙斯天文台将制作的宇宙微波背景图将为我们的宇宙提供一个窗口，了解我们的宇宙在其历史如此早期，以至于可以检测到来自量子引力的微小信号。然而，以这种灵敏度探测空间需要更好地了解电磁辐射如何穿过望远镜的光学系统并尽可能消除散射。

在这项新工作中，研究人员使用了一种称为近场无线电全息术的技术，该技术可用于重建电磁辐射如何穿过望远镜等系统。为了在低温下完成这项工作，他们安装了一个探测器，该探测器可以在4开尔文的极冷温度下运行时绘制非常明亮的相干源。这使他们能够创建具有非常高信噪比的地图，他们用它来确保大孔径望远镜接收器光学器件按预期运行。

“所有物体，包括镜片，在冷却时都会收缩并表现出光学特性的变化，”切斯莫尔解释道。“在4开尔文操作全息探测器使我们能够测量在智利观察时的光学形状。”

从实验室到太空观测

完成这些测量后，研究人员开发了软件来预测望远镜将如何处理来自太空的光子，而不是实验室使用的近场源。

“该软件使用我们测量的近场地图来确定远场微波源的行为，”切斯莫尔说。“这只有使用无线电全息术才有可能，因为它可以测量微波的振幅和相位，并且近场和远场的特性之间存在已知关系。”

使用他们的新方法，研究人员发现望远镜的光学器件与预测相符。他们还能够在部署望远镜之前识别和减轻散射源。

他们表征的大口径望远镜光学系统现在正在运往智利进行安装。西蒙斯天文台将包括大口径望远镜和三台小口径望远镜，它们将一起用于对宇宙微波背景的精确和详细观测。芝加哥大学的研究人员将继续表征西蒙斯天文台望远镜的组件，并表示他们期待使用这些望远镜更好地了解我们的宇宙。