巡天空间望远镜（Chinese Space Station Telescope, CSST）是中国载人航天工程为空间站配套研制的大型空间光学天文设施，计划于2027年发射，运行于与天宫空间站共轨但保持相位差的低地球轨道。作为中国未来十年空间光学天文的旗舰级项目，CSST以大规模巡天为主任务，兼具高空间分辨率与大视场特性，旨在在暗能量与暗物质本质、宇宙大尺度结构、星系形成与演化、系外行星探测等前沿方向产出系统性科学成果。
一、设计定位：以视场换效率的巡天范式
CSST与哈勃空间望远镜的设计哲学存在根本差异。哈勃是一台通用型观测望远镜，凭借极高的指向精度和深场曝光能力对特定目标进行精细观测；CSST则是一台专用巡天设施，其核心优势不在于比哈勃“看得更深”，而在于同等像质下实现“看得更广”。CSST主镜口径为2米，略小于哈勃的2.4米，但其有效视场达到约1.1平方度，是哈勃望远镜视场的300倍以上。这一选择意味着，哈勃需要一年时间才能完成的大面积天区覆盖，CSST可以在更短时间内以同等深度完成，从而使系统性的统计研究——如数十亿星系的形态统计与弱引力透镜测量——从“时间成本过高而不可行”变为“工程上可执行”。
在光学设计上，CSST采用Cook型离轴三反射系统，无中心遮挡，通光效率较高，最高角分辨率达0.15角秒。观测波长覆盖255至1000纳米，以近紫外至可见光波段为重点，这与侧重红外观测的欧几里得望远镜和罗曼空间望远镜形成波段互补。
二、科学目标与巡天规划
CSST的核心科学驱动来自对暗能量与暗物质本质的追问。要将暗能量的状态方程约束到有意义的精度，单一观测手段的统计误差不足以支撑结论，需要弱引力透镜、重子声学振荡、超新星等多探针的交叉验证。其中弱引力透镜对样本量的要求尤为苛刻：前景大尺度结构的引力扭曲背景星系形状的效应极其微弱，必须对海量星系进行形状测量才能提取统计信号。CSST在十年任务期内计划覆盖约17,500平方度天区（约占全天面积的43%），预计积累近20亿星系的高质量图像数据，这一样本量级使其弱引力透镜宇宙学约束力足以与超新星等方法形成实质性对话。
巡天规划分为四个相互关联的部分：17,500平方度多色成像巡天、同天区的无缝光谱巡天、400平方度多色成像深场，以及对应的深场无缝光谱观测。无缝光谱与成像同步获取的设计尤为关键：传统成像只能给出天体的亮度和颜色，而光谱才能揭示距离、化学组成与运动状态。CSST在成像巡天的同时用另一组探测器获取同一天区的无缝光谱，意味着数十亿星系的三维位置信息可在一次巡天中同时获得，大幅降低了对地面光谱后续观测的依赖。
| 巡天组件 | 天区面积 | 主要数据产品 | 核心科学用途 |
|---|---|---|---|
| 多色成像巡天 | 17,500平方度 | 约20亿星系图像 | 弱引力透镜、星系演化统计 |
| 无缝光谱巡天 | 同天区 | 星系红移与谱特征 | 宇宙大尺度结构、星系三维分布 |
| 多色成像深场 | 400平方度 | 更深曝光图像 | 高红移星系、暂现源发现 |
| 无缝光谱深场 | 同天区 | 深场光谱 | 高红移宇宙学、星系物理 |
三、科学载荷配置
CSST搭载五台科学仪器，形成“普查—详查”衔接的观测能力。
巡天相机（SC） 是主载荷，承担绝大部分巡天观测时间。其焦面由30块探测器拼接而成，像素规模达26亿，是在轨最大天文相机的近三倍。单次曝光约150秒，对同一天区进行两次曝光，总计300秒即可获得低至26星等左右的天体图像，比人眼可见最暗恒星暗约一亿倍。在此深度下，每个平方角分可探测约30个星系。相机配备多组滤光片，实现多色成像与无缝光谱的同步获取。
多通道成像仪（MCI） 提供更高分辨率的多波段成像能力，用于对巡天中发现的重点目标进行精细形态与颜色测量。积分视场光谱仪（IFS） 则对选定天体进行空间分辨的光谱观测，获取星系内部运动学与化学丰度的二维分布信息。
系外行星成像星冕仪（CPI-C） 代表了从“普查”到“详查”的衔接逻辑。凌星法和视向速度法发现的系外行星提供的是间接证据，星冕仪通过遮挡母恒星强光，使行星本身的光进入探测器，从而对邻近恒星系统中的巨行星进行直接成像与低分辨率光谱测量，获取大气成分的初步约束。太赫兹谱仪（TS） 则拓展了CSST的观测波段至太赫兹频段，用于特定天体物理过程的谱线探测。
| 仪器名称 | 功能定位 | 关键能力 |
|---|---|---|
| 巡天相机（SC） | 主巡天载荷 | 26亿像素，1.1平方度视场，多色成像+无缝光谱 |
| 多通道成像仪（MCI） | 精细成像 | 多波段高分辨率成像 |
| 积分视场光谱仪（IFS） | 二维光谱 | 空间分辨的光谱与运动学信息 |
| 系外行星成像星冕仪（CPI-C） | 系外行星直接成像 | 遮挡恒星强光，行星大气初测 |
| 太赫兹谱仪（TS） | 太赫兹波段探测 | 特定谱线观测 |
四、平台设计与在轨维护能力
CSST的一个结构性优势来自其与空间站的共轨关系。望远镜发射后与天宫空间站保持相近轨道但存在相位差，既可避免空间站结构遮挡观测视场，又能定期与空间站对接进行推进剂补加、设备更换与维护升级。这一设计使CSST的仪器配置在十年任务期内具备迭代可能，而非“发射时是什么配置，退役时还是什么配置”。相比之下，欧几里得望远镜与罗曼空间望远镜均不具备在轨维护能力，其载荷配置在发射时即固定。这一差异对长期科学产出的影响值得关注：十年周期内探测器技术、数据处理方法乃至科学问题的优先级都可能发生显著变化，可维护性赋予了CSST适应这些变化的弹性。
平台设计追求“超静、超精、超稳”，指向精度与稳定度指标满足弱引力透镜测量对图像系统误差的严苛要求。主动光学技术被用于通过调整次镜形变进一步优化成像质量。
五、数据仿真与科学准备
在望远镜发射之前，科学产出的准备工作已在推进。2026年初，中国科学院国家天文台组织的CSST科学数据仿真研究以专刊形式发表了12篇论文，系统仿真了主光机与各后端模块的性能，涵盖光学设计残差、重力场与温度场导致的光学系统变化、滤光片与光栅等组件对观测的影响，实现了像素级的高质量观测数据仿真。这些仿真数据为科学数据处理系统的研发测试与发射后的科学运行提供了基准。中国科学院院士常进将这一工作称为“CSST科学生命的预演”。
在数据政策方面，按国际惯例规划，CSST正式投入使用后的一段时间内中国研究团队拥有优先使用权，此后数据将按制定政策向国际研究团队开放。
六、客观评估：优势与局限
CSST的独特价值在于其视场效率与光谱同步能力的结合。在2米口径级别上实现1.1平方度视场，并同时获取成像与无缝光谱数据，使它在第四代巡天设施中占据了差异化的生态位。与欧几里得（侧重可见—近红外成像与光谱，视场较小）和罗曼（2.4米口径，红外优化，视场约为哈勃100倍）相比，CSST的巡天面积规划最大，波段偏向紫外—可见光，与两者形成互补而非替代关系。可维护性则是另一项结构性优势，为长期科学产出的适应性提供了制度性保障。
需要客观看待的局限同样存在。2米口径在极限深度上不及2.4米级设施，CSST的定位本就不是“最深”，而是“最广且可统计”。紫外—可见光优化意味着它对高红移宇宙的rest-frame红外特征探测能力弱于专门的红外望远镜，在系外行星大气表征方面也不具备韦伯望远镜那样的红外灵敏度。此外，CSST的发射时间表经历过调整，2027年的发射计划仍需以工程实际进展为准。
归根结底，CSST的科学价值不取决于它是否在每一项指标上超越某个特定望远镜，而取决于它能否以独特的数据集回答那些此前因样本量不足而无法回答的问题。二十亿星系的图像与光谱、四万平方度量级的天区覆盖、十年周期内可迭代的仪器配置——这些能力的组合，构成了中国空间天文从“参与”走向“体系化产出”的关键一步。