作者：王善钦

超新星是大质量恒星或致密的白矮星爆炸后形成的壮观现象，是天文学的最重要的研究对象之一。

在天文望远镜被发明之前，人类记载了10次左右的超新星爆发。它们都发生于银河系内。1609年，伽利略（Galileo Galilei，1564-1642）发明了望远镜，但人类却再也没有观测到银河系内爆发的超新星。

1885年8月，天文学家观测到在仙女座星系（M31）内爆发的一颗超新星。这是人类自1604年以来观测到的第一颗超新星，也是第一颗被发现的银河系外的超新星。

此后直到1935年，人类仅发现19颗超新星，兹维基（Fritz Zwicky，1898-1974）发现了其中一颗。

宽场观测模式的崛起

1930年，在德国汉堡天文台工作的施密特（Bernhard Schmidt，1879-1935）发明了一款全新的望远镜。这款望远镜的前端增加一个折射镜片（修正镜），可以大大提高望远镜的观测视野（视场）。这类望远镜被称为“施密特望远镜”。

兹维基得知消息后，开始呼吁正在修建的帕洛玛天文台建设施密特望远镜。1936年，帕洛玛天文台安装了一个施密特望远镜，其修正镜与球面镜口径分别为0.46米与0.61米；它的视场直径达到8.75度，为满月直径（约29分）的18倍；它单次观测的天空面积相当于满月面积的320倍。

兹维基利用这台0.46米望远镜反复扫描大片天区中的众多星系，寻找超新星。1937-1939年之间被人类发现的11颗超新星都由兹维基发现。

1948年，帕洛玛天文台建成了“帕洛玛施密特”望远镜，它后来被改名为奥辛（Samuel Oschin）望远镜。它的修正镜与球面镜的直径分别为1.22米与1.83米；它的视场相当于190个满月。

1949-1958，天文学家们用奥辛望远镜执行“帕洛玛天文台巡天”（POSS I），主要目标是探测大量星系与星系团，得到宇宙中物质分布的结构。

1959-1975年，兹维基领导团队用奥辛望远镜执行了“帕洛玛超新星搜寻”（PSS）项目。PSS项目共发现178颗超新星。其中的36颗超新星由兹维基在1963-1974年发现。

在PSS项目执行期间的1968-1974年间，兹维基在POSS I的底片中发现了70颗超新星，使其累计发现的超新星达到123颗。他保持的个人发现超新星的世界纪录直到2009年才被打破。

比个人发现的众多超新星更重要的是，兹威基开创了大视场巡天观测模式。这个模式影响深远，直到现在仍然是搜寻超新星的主流模式。

1985-2000年，奥辛望远镜执行第二次“帕洛玛天文台巡天”（POSS II）项目，发现了几百颗超新星。其中，穆勒（Jean Mueller）在POSS II与POSS I的底片中发现了106颗超新星，使其长期保持个人发现超新星纪录的第2名。

自动化巡天模式的崛起

从20世纪80年代中期开始，自动化超新星搜寻模式开始崛起。这种模式用计算机自动开关望远镜的圆顶、自动将望远镜逐次转向不同的观测目标，大大提高了超新星搜寻的效率。此外，自动搜寻模式还常常采用电荷耦合器件（CCD）成像，其量子效率远高于传统的照相底版。

自动巡天模式获得成功的早期代表是伯克利自动超新星搜寻、Leuschner天文台超新星巡天、北京天文台超新星巡天与Lick天文台超新星巡天。

伯克利自动超新星搜寻

伯克利自动超新星搜寻（BASS）项目由劳伦斯伯克利实验室（“劳伦斯伯克利国家实验室”的前身）、空间科学实验室与加州大学伯克利分校物理系的帕穆尔特（Saul Perlmutter）领衔，使用的位于Leuschner天文台的望远镜。

该天文台有两台望远镜，分别是1954年建成的0.5米口径的望远镜与1968年11月建成的0.76米口径的望远镜。BASS使用0.76米望远镜搜寻超新星。BASS采用的自动观测与成像分析模式在当时是非常领先的。1986-1991年，BASS共发现20颗超新星数目，其中17颗为其首先发现。

Leuschner天文台超新星巡天

1991年12月，加州大学伯克利分校天文系的里士满（Michael Richmond）、特拉菲斯（Richard Treffers）与菲利彭科（Alexei Filippenko）用位于Leuschner天文台的“伯克利自动成像望远镜”（BAIT）寻找超新星，执行“Leuschner天文台超新星巡天”（第一代LOSS）项目。

经过半年的校正，第一代LOSS在1992年夏天开始正常运行，到1994年底发现了7颗超新星，然后项目停止，设备转移到另外的地方执行新的任务。

北京天文台超新星巡天

从1994年开始，北京天文台（BAO，中国国家天文台前身）的李卫东、胡景耀、赵昭旺、裘予雷、乔琪源等天文学家改造了北京天文台的1台0.6米望远镜及其圆顶的硬件与控制软件，图像处理与超新星候选体测出软件也被应用在这个望远镜上。改造后的望远镜视场为0.5度，对应的视场面积与满月差不多大，可同时观测到几个星系。搭配的CCD相机的像素为10万。1996年3月，北京天文台超新星巡天（BOSS）启动。

从1996年4月10日发现了第一颗超新星SN 1996W到1996年末，BOSS共发现6颗超新星，其中5颗为BOSS最先发现，发现数目为年度第7。1997与1998年，BOSS发现的超新星数目分别是15（年度第4）与8（年度第7）。

1996-1998年，BOSS共发现29颗超新星，位居那3年发现总数的第4，仅次于HZT发现的90颗、SCP发现的81颗与Stromlo山天文台发现的46颗。1999-2003，BAO不再以BOSS为项目名称，但依然以BAO为名发现了17颗超新星。

BOSS/BAO发现的超新星成为那几年国际上后续观测的重要对象。哈佛大学-斯密森天文台（CfA）领衔的CfA1项目对1993-1996年间被发现的22颗Ia型超新星执行后续观测，其中2颗由BOSS发现。此后，CfA执行CfA2任务，对1997-2001年被发现的44颗Ia型超新星进行后续观测，其中11颗由BAO发现，占总数的25%。

Lick天文台超新星巡天

1995年，LOSS小组将相机与其他装置移到Lick天文台上新安装的0.76米Katzman自动成像望远镜（KAIT）上面，并于1996年开始执行Lick天文台超新星巡天（LOSS）项目，但在那一年颗粒无收。1997年，LOSS观测仅观测到一颗超新星。

图：LOSS项目使用的KAIT（上）及其圆顶（下）。图片来源：王善钦

1998年，到LOSS小组工作的李卫东改进了LOSS的软件，使其异军突起，在当年发现了20颗超新星，位居年度第4。此后李卫东一直负责KAIT的运行，直到其不幸英年早逝。

2000年-2003年，LOSS与Tenagra天文台合作形成LOTOSS小组。1999-2011年，LOSS发现的超新星数目分别是40（年度第1）、38（年度第1）、68（年度第2）、82（年度第1）、95（年度第1）、83（年度第1）、82（年度第2）、84（年度第1）、69（年度第3）、77（年度第3）、54（年度第3）、51（年度第4）、37（年度第3）。至2010年，LOSS累计发现732颗超新星。

LOSS观测到的近距离超新星迅速成为那些年其他望远镜后续观测的重要对象。CfA2执行期间，被后续观测的44个Ia型超新星中有20个是LOSS发现的，达到45%。CfA3后续观测的于2001-2008年被发现的185颗近距离Ia型超新星中的46%由LOSS/ LOTOSS发现。

KAIT上面于1998年7月被更换上去的CCD的视场是6.8角分×6.8角分，大约是满月区域的0.05倍，是窄视场CCD。

BASS、BOSS/BAO与LOSS的成功，是窄视场模式在超新星巡天领域对宽视场模式的暂时反超。反超的主要原因在于CCD相机与程序控制自动观测模式的使用。因此，当宽视场模式的望远镜也采用CCD相机与程序控制自动观测模式后，其巡天观测效率就会迅速反超窄视场模式的望远镜。

大口径、大视场望远镜巡天的强势反超

从2000年开始，大视场巡天模式开始重新成为超新星围猎运动中的优胜者。这个时期的大视场巡天充分结合了自动观测、CCD成像、成熟的数据处理流程，充分发挥出大视场巡天的优越性。特别是一些兼具大视场与相对大口径（口径超过1米）的望远镜，更具备绝对优势。

斯隆数字巡天、近距离超新星工厂与卡特琳娜实时暂现源巡天是这类大口径、大视场巡天模式取得优势的早期代表。NSNF的信息已在《百年征途：人类如何发现暗能量？》一文中被介绍，此处介绍其他几个。

斯隆数字巡天

斯隆数字巡天（Sloan Digital Sky Survey，SDSS）于2000年启动，它以其在各类星系光谱拍摄领域中的杰出成就而闻名，但在超新星领域也非常成功。SDSS的口径为2.5米。它的视场也很大，达到约6平方度，相当于30个满月面积。它在2000年只发现了6颗超新星，但在2001年，它发现21颗超新星，位居年度第4。

2005、2006与2007年，SDSS分别发现了144、232与224颗超新星，夺得三连冠。这3年时间内，LOSS分别获得年度第2、第2与第3。SDSS从2000年到2011年，共发现678颗超新星。如果算上使用SDSS发现超新星的其他项目的发现，SDSS发现的超新星数目已超过1000。

与SDSS密切相关的一个项目是1994年就开始执行的星系动物园（Galaxy Zoo）项目。该项目致力于星系形态分类。2000年开始，该项目利用SDSS得到的数据展开工作。1994-2019年，星系动物园共发现279颗超新星。

帕洛玛任务与拉西拉任务

2000-2001年，一度独占鳌头但暂时落后的奥辛望远镜也被改造成自动观测+CCD成像模式。

2003-2008年，奥辛望远镜与QUEST相机，执行“帕洛玛任务”（Palomar-Quest，PQ），致力于发现大量类星体、引力透镜现象、超新星等现象。QUEST相机的视场为8.7平方度，相当于45个满月面积。在任务期间，PQ发现了几十颗超新星。

此外，从2003年开始，奥辛望远镜的45%的观测时间还被分配给近距离超新星工厂项目，成为后者发现超新星的主力设备。

PQ结束后，QUEST相机被卸下来并安装到ESO位于拉西拉（La Silla）的1米望远镜上，于2009年9月开始执行“拉西拉任务”（La Silla-QUEST，LSQ）。LSQ项目累计发现573颗超新星。其中，2012-2014年，LSQ每年发现的超新星数目分别为176（年度第3）、135（年度第5）与172（年度第4）。

卡特琳娜实时暂现源巡天

卡特琳娜实时暂现源巡天（Catalina Real-time Transient Survey，CRTS）项目自身是卡特琳娜巡天（Catalina Sky Survey，CSS）的子项目：CRTS使用CSS得到的数据，从中发现超新星。

CSS使用口径分别为1.5米、0.68米与0.5米的3台望远镜执行巡天任务，以观测近地小行星为主要任务，因此也采用大视场模式。1.5米与0.68米望远镜分别位于亚利桑那州卡特琳娜山脉的Lemmon山与Bigelow山，它们的视场分别是5平方度与19.4平方度，CCD像素都是1.11亿。0.5米望远镜位于澳大利亚Siding泉天文台，视场是4.2平方度。3台巡天望远镜每晚上可以扫描2000平方度的天空。2013年，0.5米望远镜因为失去经费而停止运作。

2007年，CRTS发现了21颗超新星(年度第7)。2008年，CRTS发现了123颗超新星（年度第2），仅次于NSNF发现的155颗。2009年，NSNF项目停止，CRTS在2009-2013年发现的超新星数目分别是188、220、391、376与410，实现5连冠。

从2014年到2018年，CRTS每年发现的超新星的数目分别是305（年度第2）、267（年度第2）、349（年度第4）、528（年度第5）、482（年度第5），依然稳居前5名。2019-2021，CRTS进入衰落期，发现的数目分别为73（年度第10）、10与2。

全景巡天望远镜和快速反应系统（泛星计划）

2008年12月，全景巡天望远镜和快速反应系统（Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System，缩写为Pan-STARRS，进一步缩写为PS）启动。在第一个阶段（PS1），它只有1台望远镜；到第二个阶段（PS2），它拥有2台几乎一样的望远镜。

PS的望远镜的口径为1.8米，这使它（们）可以更容易观测到更远的超新星。它的视场是7.0平方度，约为满月视面积的37倍。2010年5月，PS完全运行，发现57颗超新星（年度第3），从2011-2012年，PS在超新星领域默默无闻。然而，2013年，PS1发现了380颗超新星，一举成为亚军，且仅比冠军CRTS少30颗。

2014-2017年，PS每年发现的超新星数目是712、1989、3926与3350，获得四连冠。2018-2021年，它发现的超新星数目分别为1952、4692、6719与6758，一直稳居年度第2。

盖亚卫星

盖亚（Gaia）卫星以测量银河系内恒星的精确位置与速度等重要信息为目标，但它同时是一名出色的超新星猎手。它的主镜面并不是规则的圆形，而是1.45米×0.5米的镜片，其采光面积为0.7平方米，等价于口径1米的圆形主镜。

2014-2021年，盖亚每年观测到的超新星数目分别为91（年度第6）、111（年度第7）、1045（年度第2）、1603（年度第2）、1320（年度第4）、969（年度第4）、1004（年度第4）、918（年度第4）。

王者归来：帕洛玛暂现源工厂（PTF）与兹维基暂现源设备（ZTF）

2008年，QUEST相机被卸下，执行了帕洛玛任务与近距离超新星工厂的奥辛望远镜开始被用于执行新的任务：帕洛玛暂现源工厂与兹威基暂现源设备。

帕洛玛暂现源工厂

2009年3月，天文学家利用奥辛望远镜执行帕洛玛暂现源工厂（The Palomar Transient Factory，PTF）项目。PTF使用的相机的视场是7.8平方度，约为满月视面积的41倍。2013年，PTF团队升级了制冷系统、修正镜与软件，使其成为“中等帕洛玛暂现源工厂”（The intermediate Palomar Transient Factory，iPTF）。

2009年，刚投入运行的PTF就发现了94颗超新星（年度第2），仅次于CRTS。从2010-2017年，PTF/iPTF每年发现的超新星数目分别为102（年度第2）、276（年度第2）、199（年度第2）、159（年度第3）、103（年度第5）、130（年度第6）、945（年度第3）、585（年度第4），始终名列前茅。

2017年，PTF项目停止运行，为新项目让路。尽管如此，PTF项目组还是从PTF观测到的数据中发现了新的数据，并在2019年与2020年分别宣布了其中的725与50颗超新星。至今为止，PTF观测到的超新星达到了3330颗。

兹威基暂现源设备

PTF于2017年被拆卸后，更先进的望远镜被搭配到奥辛望远镜上，执行新的项目，该项目被命名为“兹威基暂现源设备”（The Zwicky Transient Facility，ZTF），以纪念超新星巡天的先驱兹威基。ZTF相机的视场为47平方度，是满月面积的247倍。

ZTF于2018年春开始运行，到当年的年末就发现了2054颗超新星，成为那一年的冠军，终结了PS的4连冠。从2019年到2021年，ZTF分别发现了6681、8501与9983颗超新星，实现4连冠。特别是，它于2021年完成了单个望远镜一年发现接近1万颗超新星的壮举。

未来即将运行的8.4口径Simonyi巡天望远镜（LSST）每年将观测到大约30万超新星与大量其他光学暂现源。ZTF是LSST的杰出的先行者。

来源: 科普中国

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