望远镜的巡天观测是天文学家快速获得大量不同类型数据的重要方式，巡天观测主要包括测光与光谱巡天观测。现有的较大型巡天望远镜已经为天文学家带来了大量的观测数据并产出了很多的科学研究成果，例如望远镜口径2.5米的斯隆数字化巡天（SDSS）和口径约为4米的大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜（LAMOST，郭守敬望远镜）。但天文学家仍希望借助更好的巡天望远镜来获得更多、更高质量的观测数据，从而解决之前遗留下来的科学难题，其中薇拉·鲁宾天文台的时空遗珍巡天（LSST）和载人空间站工程巡天空间望远镜（CSST）就是在建大型巡天望远镜中的佼佼者。
薇拉·鲁宾天文台的时空遗珍巡天
时空遗珍巡天（Legacy Survey of Time and Space, LSST）是西蒙尼巡天望远镜（Simonyi Survey Telescope）将要执行的为期十年的巡天项目。西蒙尼巡天望远镜是目前正在建设中的广视野巡天望远镜，预计2023年左右建成初光。这架望远镜坐落在智利北部科金博大区帕穹山的伊尔佩恩峰的薇拉·鲁宾天文台（Vera C. Rubin Observatory, VRO），海拔2682米，与双子望远镜（Gemini Telescope）和南方天体物理研究望远镜（SOAR）相邻。
薇拉·鲁宾天文台以薇拉·鲁宾（Vera C. Rubin）命名，以纪念这位已故的卡内基科学研究所女天文学家，她证实了星系中有暗物质的存在。西蒙尼巡天望远镜的名称是为了感谢查尔斯·西蒙尼在望远镜建造早期阶段的一笔重大私人捐赠。2019年以前，这架望远镜的名字是大口径全天巡视望远镜（Large Synoptic Survey Telescope，LSST）。此望远镜将开展为期十年的时空遗珍巡天项目，此项目名称的缩写LSST也是望远镜最初名字的缩写，不同的是，现在的LSST是指时空遗珍巡天。
图1 西蒙尼巡天望远镜概念图，https://baike.baidu.com/item/lsst/1547711?fr=aladdin
西蒙尼巡天望远镜主镜直径为8.4米，其视场直径高达3.5度，视场面积达到了9.6平方度，相比之下在地球所见太阳和月球的视直径是0.5度（视面积0.2平方度）。建成后，它可以每三天拍摄全天一次，它宽广的视场而格外引人注目。同时得益于LSST的巨大口径，望远镜拥有极为强大的汇集光线的能力以及很高的分辨率。望远镜配备了一个32亿像素的CCD相机，这是迄今为止建造过的最大的CCD 。
LSST的科学目标包括：
- 观测深空中的弱引力透镜以探测暗能量和暗物质
- 搜寻太阳系中的小天体，尤其是近地小行星和柯伊伯带天体
- 侦测光学瞬变现象，尤其是新星和超新星
- 观测银河系的精细结构
因为LSST将会产生大量观测资料，所以也可能会有其它意外的科学发现。同时部分来自LSST的资料（最多30 TB）将可被Google用于制作及时互动式星图。
从LSST巡天的速度和星等深度，预计每个观测夜能够产生2TB原始数据，十年的巡天将产生60 PB原始数据，经过处理后产生20PB星表数据。管理和有效分析LSST这些前所未有的海量观测数据将是该项目的一个巨大挑战。2010年，最初的计算机需求估计为100 teraflops的计算能力和15 PB的存储，随着项目收集数据而增加，到2018年估计已上升到250 teraflops和100 PB的存储空间。LSST拍摄图像后，将根据60秒内、每日和每年三种不同的时间尺度对其进行处理。
载人空间站工程巡天空间望远镜
载人空间站工程巡天空间望远镜，又称巡天空间望远镜或巡天号空间望远镜（Chinese Space Station Telescope，CSST），是中国天宫空间站的组成部分之一。但其不会与空间站保持连接，而是将和空间站的主体部分长期共轨飞行，具备在轨维护升级的能力。CSST预计将在2023年前后在海南文昌航天发射场发射升空，其将是中国首个设置于地外空间的大型光学天文望远镜。
图2 载人空间站工程巡天空间望远镜概念图
CSST口径约为2米，其视野极为宽阔，视场达到了1.1×1.2平方度。为了能够接收广阔视场的信息，巡天空间望远镜的相机上安置了30块探测器，总像素达到25亿。其中18块探测器上设置有多波段的滤光片，这使得它可以获得观测目标在不同波段的图像，带给我们彩色的宇宙样貌；另外12块探测器则用于无缝光谱观测，每次曝光可以获得大量天体的光谱信息。
CSST的观测波段为255~1000纳米，覆盖了从近紫外、可见光到近红外波段。从角分辨率或成像质量上讲，CSST光学舱的望远镜最高达0.15角秒，接近哈勃空间望远镜的0.1角秒。望远镜配备有库克型离轴三反射光学系统，还增加了一个折转镜便于实现不同光学载荷之间的切换、调焦和精密稳像等功能。
它的多色成像和无缝光谱巡天模块，每次曝光时间约为150秒，对于巡天中的每个观测天区会进行两次，这两次曝光后可以获得低至26星等左右（一般曝光共计300秒，但不同波段具体数值有差别）的天体图像，比人眼能够看到的最暗的恒星还要暗上1亿倍。在这样的观测深度上，研究者可以在每个平方角分看到30个左右的星系。在整个巡天周期里，巡天模块将会覆盖17500平方度的天区，占整个天空面积的40%。
CSST还将配备一系列其它探测模块，包括高灵敏度太赫兹模块、多通道成像仪、积分视场摄谱仪和系外行星成像星冕仪。这些仪器将依托各自特点开展系外行星探测、活动星系核空间可分辨光谱观测、近邻星系中性碳研究、宇宙超级深场观测等众多特色科学观测。同时巡天号空间望远镜还会研究暗物质的引力作用、宇宙膨胀历史、引力透镜等科研主题。预计在巡天过程中，它将会产生至少几十PB的科学数据。
这两架巡天望远镜有一个共同点，都会生产非常大量的高质量天文观测数据，预计会将数据驱动的科研推向一个新的台阶。它们的建成和运行的时间预计都是在2023年左右，具体时间也可能会推后。总之，让我们翘首期待它们产生的丰富数据给我们带来的认识宇宙的新契机吧！
更多这两架望远镜的细节请参考网站：
- https://www.lsst.org/ （LSST）
- http://www.nao.cas.cn/csst（CSST）