在中国为绘制现代宇宙学前沿版图的国际竞赛中，中国推迟了其巡天空间望远镜的发射。
原定于 2025 年年中从中国南部文昌航天发射中心发射升空的这个两米长的巡天（“巡视天穹”）望远镜，将与欧洲航天局的 1.2 米欧几里得空间望远镜（该望远镜本月发布了首张全彩图像）和美国宇航局的 2.4 米南希·格雷斯·罗曼空间望远镜（定于 2027 年年中发射）一起，勘测数十亿个遥远的星系，绘制宇宙结构图，并测试暗物质和暗能量的竞争理论。
“巡天计划于今年年底发射。现在时间线调整到 2025 年 6 月，”中国科学院国家天文台在北京的巡天望远镜系统项目科学家詹虎说。他说，詹和他的团队目前正在完成巡天飞行前“工程资格模型”的工作，该模型将于明年初开始进行严格的性能测试。
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詹说，在一个具有挑战性的首例中，中国正在国内开发巡天上的所有五种仪器。他领导着来自全国五个研究所的大约 100 名工程师和科学家团队，该团队正在开发一个 26 亿像素的巡天相机，这将是望远镜的主要仪器。
香港大学天体物理学家昆汀·帕克说，巡天是中国建造的最重要的科学设施之一，这使得它的延迟令人惊讶。“这对中国来说是不寻常的，因为他们通常不会推迟事情。他们在按计划完成任务方面一直很出色，”他说。
这一延迟可能会对解决暗物质（允许星系形成的不可见的引力胶）和暗能量（我们宇宙加速膨胀背后神秘但主要的力量）的双重奥秘的三方竞赛产生重大影响。暗物质和暗能量共同构成了宇宙质量和能量的 95%，而熟悉的物质则占其余的 5%。了解暗物质和暗能量的真实本质对于宇宙学至关重要，它可能会为关于宇宙最深层的起源、最终命运以及介于两者之间的一切问题提供答案。帕克说，巡天发射时间的推迟会减少它可能相对于美国宇航局的罗曼望远镜所具有的时间优势。“在你的竞争对手之前发射的一个巨大优势是，你可以先尝到科学的滋味，”他补充道。如果巡天和罗曼的发射日期最终接近，那么“在谁将获得第一批数据、第一批图像和第一批研究结果方面将出现有趣的动态。”
在中国的天文学家等待了数十年之后，他们很想拥有一个可以与哈勃太空望远镜相媲美的天文台，中国北京大学的天体物理学家武雪冰说。然而，鉴于巡天先进的设计和尖端技术，“延迟不一定是坏事。重要的是要确保一切正常运行后再进入太空，”武说。
巡天确实雄心勃勃。该任务最初于 2013 年被批准为中国空间站计划的一部分，其概念和设计随着时间的推移而发展，其突出特点是，其全景视野比哈勃望远镜大 300 多倍。这意味着巡天——有时也被称为中国空间站望远镜——只需一次快照，就能勘测一块天空，而哈勃望远镜几乎需要一年的时间才能对其进行成像，并且分辨率大致相同。在每次观测期间，巡天看到的范围也是欧几里得的两倍，是罗曼的四倍。
它的巡天相机配备了 26 亿像素的电荷耦合器件探测器，旨在在其计划在距地面约 400 公里、与中国空间站天宫相同的轨道上运行的十年中，覆盖 17,500 平方度——即整个天空的 40%。
加州理工学院红外处理与分析中心的天体物理学家云王说，巡天在 0.255 微米至 1 微米之间的近紫外和可见光波长中观测，将与更专注于近红外的欧几里得和罗曼“完美互补”。
这三项任务都共享一个共同的方法论基石，绘制星系的距离和分布以推导出更深层次的宇宙测量。但每个任务都将对不同年龄段的宇宙进行采样，尽管会有一些重叠。巡天将回溯到宇宙只有现在三分之一大小时发光的星系。与此同时，欧几里得和罗曼将专注于从宇宙近 140 亿年历史的一半到四分之三的星系。
美国宇航局喷气推进实验室的天体物理学家杰森·罗兹说，即使不同的望远镜测量的是完全相同的东西，交叉检查它们的结果仍然至关重要，他同时参与了欧几里得和即将到来的罗曼的研究。“暗能量对我们能观察到的事物产生的影响在每个星系上都很小，”因此测量要求非常高，即使是微小的仪器误差也会产生非常错误的结果，他说。
巡天、欧几里得和罗曼还将使用一种称为弱引力透镜的观测技术，通过发现星系形状的微小变形来绘制暗物质图。这种变形是由介入暗物质团块引起的，这些团块通过它们扭曲时空的引力场，微妙地改变了星系光在加速飞向地球时的路径。与强引力透镜（其中质量巨大的前景星系可以拉伸来自点状背景星系的光，使其看起来像一条曲线）不同，弱引力透镜只会将星系的图像扭曲千分之一或更少，这使得测量极具挑战性。
詹说，巡天的光学系统在这方面具有优势，因为它的副镜将放置在侧面，而不是直接放置在主镜的前面，以避免阻挡任何入射光并在图像中产生衍射图案。这种所谓的离轴设计将巡天与哈勃、欧几里得和罗曼区分开来，后者都使用不可避免地将衍射“尖峰”和其他视觉伪像投射到结果图像上的同轴结构。詹说，巡天无尖峰的图像将有助于减少弱引力透镜分析中的误差。
虽然巡天将花费绝大部分时间通过勘测遥远的星系来追逐暗物质和暗能量，但它还有一长串次要科学目标要通过相同的勘测数据和其他四种仪器的观测来实现。例如，它将使用可以观察到恒星周围较暗淡的行星的阻挡星光的日冕仪，在附近恒星的样本中搜索系外行星。此外，该望远镜还将包括一个高灵敏度的太赫兹接收器，以研究银河系和邻近星系中巨型分子云和其他复杂物体的化学成分；一个多通道成像仪，用于进行更集中的超深场观测，并监测快速变化的现象，如翻滚的小行星和爆炸的超新星；以及一个积分场光谱仪，用于探测在黑洞周围和进入黑洞的物质的极端物理性质。
詹说，在所有五种仪器都组装到望远镜平台上后，还将有一个空槽，供天宫空间站的宇航员以后安装国内、国外或联合开发的设备使用。
在巡天运行的第一个十年中，计划在望远镜和近地轨道空间站之间进行多次交会对接操作，以便进行加油、维护和升级。借鉴哈勃望远镜的经验，巡天的设计者认为这种维修对于确保天文台持久的科学竞争力至关重要。
哈佛-史密森天体物理中心的天文学家乔纳森·麦克道尔说，“关于同轨道运行有很多值得喜欢的地方”。例如，在欧几里得或罗曼上修复或更换仪器将非常困难，因为这两台望远镜都位于拉格朗日点 2，这是太阳和地球之间的一个位置，距离地球约 150 万公里。
但是，巡天在近地轨道上的位置也意味着我们迫在眉睫的地球将不断阻碍它对几乎一半天空的视野，从而限制了望远镜的观测效率，麦克道尔说。此外，巡天的轨道将导致望远镜大约每 90 分钟在白天和夜晚之间过渡，从而产生可能影响其仪器的热不稳定性，罗兹指出。
然而，这些问题可能证明是巡天轨道上最不担心的问题。“我对巡天的最大担忧是，由于它具有大而宽的视野，而且由于它位于（SpaceX 的）星链卫星之下，它将在其所有图像中看到大量可怕的星链卫星轨迹，”麦克道尔说。
詹的团队使用模拟来估计星链和其他卫星星座将对巡天产生的不利影响。詹说，一旦 40,000 多颗星链卫星和类似的即将推出的项目在轨道上全面投入运营，巡天巡天相机通常会在其主相机的每次 150 秒曝光中至少看到一颗卫星。“但它们似乎相对容易识别并从数据中删除，”他补充说。
到目前为止，中国天文学界已经获得资金，建立了四个中心，一旦望远镜投入使用，将协调和支持巡天的研究。还有专门用于巡天相关准备研究的拨款，包括望远镜成像、运行和数据处理的模拟。这种深入、影响深远的支持工作在中国空间任务中是前所未有的。
王说，“巡天团队已经获得了技术雄心，而且他们已经走了这么远”。通过巡天、欧几里得和罗曼共享观测数据甚至协调其勘测，科学家们有望很快对暗能量理论施加更强的约束。“我们可能不会得到最终答案，但它们会为我们提供继续前进的线索。我想说我们可以期待在 10 年内取得突破，”她说。