本文转载自“北京大学新闻网”
2024年11月8日，加州理工学院帕洛玛天文台的天文学家使用一台全新的光谱仪设备——下一代帕洛玛光谱仪（NGPS）捕获并证认了一颗新发现的Ia型超新星。这颗爆发恒星的光谱图让许多自2017年以来一直研发这台仪器的中美团队成员欣喜不已。相比于海尔望远镜上已有40多年历史的双通道光谱仪（DBSP），NGPS新获得的首光光谱图展示了更加优越的性能，能够观测到更多细节和更暗的目标。
加州理工学院帕洛玛天文台的200英寸海尔望远镜。图片来自加州理工学院
“凭借创新的设计，NGPS比其他同类光谱仪更强大，其探测灵敏度甚至比安装在欧洲南方天文台甚大望远镜（VLT）上的X-shooter光谱仪还要高出50%。”北京大学科维理天文与天体物理研究所所长、北京大学团队首席科学家何子山说。
200英寸（5米）的海尔望远镜自1949年至1993年一直是世界上有效口径最大的光学望远镜，并且至今仍是世界上产出效率最高的望远镜之一。“旧的双通道光谱仪（DBSP）是帕洛玛天文台已经服务了40多年的主力设备，产生了数千篇科学论文。”加州理工学院教授兼仪器首席科学家Mansi Kasliwal说：“NGPS的效率是DBSP的三倍以上，完全超越了它。”
NGPS由北京大学科维理天文与天体物理研究所、中国科学院国家天文台（NAOC）和南京天文光学技术研究所（NIAOT）、加州理工学院以及美国喷气推进实验室（JPL）共同合作研制，并得到了北京大学、中国国家自然科学基金委员会（NSFC）、美国国家科学基金会（NSF）和Heising-Simons基金会等的经费支持。
“NGPS项目展示了中国天文机构与加州理工学院之间国际合作的价值。这种合作建立在双方积极发展长期合作伙伴关系的共同愿望之上。”中国科学院国家天文台前副台长兼NGPS合作委员会中方执委薛随建说。“NGPS的设计和制造充分利用了中美两国相关技术团队各自的专长和优势。”南京天文光学技术研究所副所长胡中文研究员对这次合作发表看法：“这一国际合作取得了巨大成功，NGPS在试运行中展现了卓越的性能，结果达到了预期。看到我们共同努力的成果，我们感到非常高兴。”
安装在海尔望远镜上的NGPS光谱仪。图片来自加州理工学院
NGPS的主体光机系统在中国制造并完成装调，然后运往加州理工学院，与探测器、像切分系统、定标系统、仪器电控和软件集成在一起。NGPS设计上采用像切分技术，可以更有效地减少星象在狭缝处的能量损失；此外，经过全局优化的体积相位全息（VPH）光栅与传统的色散器件相比，最大限度地减少了光的损失。“这一世界领先仪器的设计和制造展现了联合研制团队在天文技术领域的创新能力。”薛随建说。
NGPS的首光光谱使超新星ZTF24abrfcq归类为Ia型超新星。蓝色和橙色分别为R和I通道的光谱，U和G两个通道也将不久运行。图片来自加州理工学院
来自南京天文光学技术研究所的中方项目经理季杭馨回顾了整个仪器的研制历程：“NGPS的研制过程极具挑战性，为了实现最先进的仪器性能，整个方案融合了多项关键技术，并经过多轮迭代与优化。在这个过程中，联合研制团队的每个成员都发挥了关键作用，尤其是年轻成员，他们不仅积累了丰富的研制经验，还展现出了极高的创造力。”
天文学家将利用NGPS研究从银河系中最古老和最年轻的恒星到遥远的星系、超大质量黑洞、超新星和潮汐瓦解事件等各种天体现象。“中国拥有许多先进的设备，如爱因斯坦探针X射线卫星EP和墨子巡天望远镜WFST，并且即将拥有中国空间站巡天望远镜（CSST）。”何子山说：“这些设施将发现许多需要后随光学光谱观测才能实现科学突破的激动人心的目标。”
北京大学天文学家在NGPS的科学需求和仪器规划中发挥了主导作用。“北大的天文学家非常期待使用这台仪器研究各种科学问题，包括作为CSST的后随观测设备。”北京大学天文学系主任吴学兵教授说：“NGPS的成功得益于北京大学学科建设经费的强力支持，该经费为整个项目提供了初始启动资金。初始投资总是将项目从构想变为现实的最重要资金来源，在此基础上我们还获得了来自中国国家自然科学基金委国家重大科研仪器研制项目的重要支持。”吴学兵是该重大科研仪器研制项目的主持人。
目前，NGPS的R和I两个通道已经出光。接下来，研制团队计划将DBSP的两台探测器用于另外的U和G两个通道，以观测蓝端部分的光谱。NGPS未来也将与正在开发的海尔望远镜地表层自适应光学系统SIGHT协同工作，通过校正大气湍流提高星象的空间分辨率，从而进一步优化仪器的探测灵敏度。
加州理工学院新闻：https://www.caltech.edu/about/news/palomar-observatory-produces-new-and-improved-rainbows-for-astronomers
