改变人类宇宙观的望远镜


   
未来“巨无霸”
   
    现在仍在空间轨道上运转的望远镜,如哈勃、斯必泽、钱德拉等,仍然会不断取得令人惊叹的数据。而未来的太空望远镜,在得到“自适应光学技术(AO)”支撑的时候,将迎来巨无霸时代。
   
    400年来,望远镜的巨大进步不断扩展着我们的视野,引导了人类宇宙概念的革命,推动了科学技术和社会的发展。
   
    21世纪,人类又有了更新更宏伟的望远镜建造计划:
   
    大麦哲伦望远镜(GMT)
   
    由美国的华盛顿卡内基研究所等8个单位与澳大利亚国立大学合作的望远镜计划,由7面8.4米口径反射镜片构成,每一个镜片的大小都与已在使用的大双筒望远镜(LBT)的相同。
   
    当24.5米口径的GMT把所有的光都集中起来时,其光力相当于其前辈、智利拉斯康帕纳斯天文台6.5米口径Walter Baade望远镜和Landon Clay望远镜所能达到聚光力的11倍。使用了自适应光学技术后,其探测暗弱天体的速度要快出130倍。
   
    GMT望远镜最后也将落户于拉斯康帕纳斯,台址海拔2516米,计划2016年落成。
   
    30米望远镜(TMT)
   
    下一个十年的中期,拥有492个巨大组件的30米望远镜(TMT)睁开它的巨眼的时候,它能收集到比10米凯克望远镜强9倍的星光,拍摄的天体星等更要暗上2.5等(也就是10倍),分辨率则要高出3倍。
   
    TMT的主要目标是在近红外波段用前所未有的精度穿透宇宙深处。巨大的薄镜面阵列将巧妙排列以便可以使用自适应光学技术。TMT的分辨率将达到哈勃望远镜的10倍。
   
    该项目由美国加州理工学院和加拿大大学天文研究协会合作,估计总投资约10亿美元。
   
    欧洲超大望远镜(E-ELT)
   
    它巨大的镜面跨度42米,由906块六边形的小镜片组成。它是100多位欧洲南方天文台(ESO)天文学家集体智慧的结晶,估计“开光”要到2017年。
   
    欧空局100米望远镜计划
   
    欧洲空间局计划投资10亿欧元建设口径100米,聚光面积大于6000平方米的世界上最大的光学/红外望远镜。
   
    中国研制中的大型望远镜
   
    目前世界上最大的单口径射电望远镜是美国建造的口径305米阿雷西博望远镜,而中国准备利用贵州天坑建设口径500米,比阿雷西博更大、技术更先进的FAST望远镜。建成后,它将成为世界上规模最大、灵敏度最高的单口径射电望远镜,预计2014年投入使用。
   
睁开巨眼  坐观星河
   
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望远镜的诞生
   
    英语“望远镜”(telescope)一词,由tele和scope两个部分组成,它们分别源自希腊语中的tele(意为“遥远”)和skopein(意为“注视”、“视野”等)。
   
    人类很早就注意到了光的折射现象。一根笔直的棍子斜着插进水里,它仿佛就在空气和水的分界面上弯折了。但事实上,弯折的并不是棍子,而是光。
   
    把玻璃抛光成两面凸起的形状,它就成了一块凸透镜。光线通过凸透镜就会朝中心方向弯折,向焦点或焦点附近会聚。相反,凹透镜则会使通过它的光线往外发散。
   
    1608年,荷兰眼镜商汉斯·利帕希将两块透镜固定在一个金属管子里,制成了最早的望远镜。
   
    1609年,消息传到伽利略那里,他很快就研制出望远镜,并用它开始了对天体的观测。到1609年底或1610年1月初,伽利略先后制造过4架望远镜,都是折射望远镜,物镜是正透镜,目镜是负透镜,成正像,视场小,最后一架物镜有效口径3.8cm,焦距169cm,30倍。从1609年到1611年间,伽利略用这些望远镜先后发现了月面是粗糙的且有山和谷、木星有4颗卫星、银河中有许多星星、金星有盈亏、太阳有黑子等,开创了天文学研究的新时代。
   
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月基望远镜
   
    以月球为基地的天文台称为“月基天文台”,安装在那里的望远镜则称为“月基望远镜”。
   
    月球表面没有大气,那里处于超真空状态。在地球上进行天文观测时地球大气层造成的一切干扰,对于月基望远镜已然不复存在。
   
    月球如地球一样,对天文望远镜而言,是一个巨大、稳定、而且极其坚固的“平台”,它面临的技术问题要比处于失重状态下的空间望远镜简单得多,造价亦远为低廉。
   
    月球上绝对无风,这对建造巨型设备也更加有利。月球上没有像地壳那样的板块运动,月球的内核也已经凝结成固态。因此,月球上“月震”活动的强度仅约为地球上地震活动的亿分之一。那里对于天文观测十分安全,尤其适宜建立基线长达几十千米甚至几百千米的光学、红外和射电干涉系统。
   
    地球每24小时自转一周,造成了天体东升西落的周日运动,所以通常很难长时间地跟踪观测同一个天体。月球大约每27天才自转一周,月球上每个白昼或黑夜差不多都有地球上的两个星期那么长,因而在那里持续跟踪观测一个目标可以长达300多个小时。而且,月球上没有大气,太阳光不会遭到散射,所以纵然烈日当空,照样还是繁星满天,依然可以用光学望远镜观测天体。
   
    当然,月基望远镜的优越性还远远不止于此。如今,要把望远镜送上月球,在技术上并没有不可逾越的障碍。在未来的岁月中,随着月球资源开发利用水平的不断提高,月基实验室和月基工厂将会越来越多。迟早会有一天,人们将能在月球上就地取材,利用月球本身的资源来兴建月基望远镜和月基天文台。
   
    21世纪伊始,欧洲天文学家们就曾构想如何建造口径大到100米的光学天文望远镜。这架设想中的望远镜英文名缩写为OWL,而英语单词owl的原意为“猫头鹰”。将来,人类如果能在月球上就地取材,造出一大群“月基猫头鹰”来,它们为揭示宇宙奥秘作出的贡献,必将比自从伽利略时代以来人类业已兴建的所有望远镜更加宏伟,更加辉煌!
   
   
来源:文汇报 中科院国家天文台资料提供,卞毓麟、苏定强等执笔





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