根据观测目标和方法的不同，它的探测深度将是当代望远镜的10-100倍，可以观测距离地球130亿光年的宇宙区域景象以及宇 宙早期形成的星体和星系，有望帮助科学家在揭示暗物质和暗能量的本质、探测宇宙第一代天体、理解黑洞的形成与生长、探察地外行星等前沿科学领域取得重大突破。
激光导星子系统是TMT项目精确观测的重要保障。由于大气中存在湍流、密度分层等现象，会对天文观测形成干扰，导致影像变得模糊，这就需要自适应光学系统进行矫正、还原。纠正的具体方式为向空中发射高能激光，在海拔90公里处制造人工“导星”，通过不断对其检测，实时测得大气湍流的具体情况，再借助变形镜高速精密的调整，让图像恢复得清晰锐利。
形成人工“导星”的高能激光，由中科院理化所承担的高功率全固态脉冲纳信标激光器来发射。这是国产激光器首次在国际顶尖科研装备中应用。新研制的高性能钠导星激光器具备谱线高精度、高平均功率、高光束质量等特点。在光谱方面，激光器波长与钠原子吸收谱线稳定、精确对准，精度达到0.2皮 米;在频域方面，激光谱线宽度达到亚GHz，可谓“不胖不瘦”。此外，由于其采用1064nm、1319nm固体激光和频技术，科研人员还突破了高功率下 两台激光器时域与空域同步技术、激光线宽压窄技术、高效率和频技术等多项难点。
除了TMT激光导星子系统，国家天文台及南京天光所还联合中科院长春光机所，承担了TMT主镜子镜单元高精度磨制技术的研发，部分子镜的加工任务以及TMT第三镜及其驱动机构的设计、制造工作。
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