望遠(yuǎn)鏡能讓人們的目光穿越浩瀚的天空,探索到宇宙的奧秘。世界上第一架望遠(yuǎn)鏡是17世紀(jì)初由伽利略發(fā)明的,由一面凹透鏡和一面凸透鏡組成,當(dāng)時只能把物體放大3倍,改進(jìn)后也只能放大到30倍。后來,開普勒又發(fā)明了一種由兩塊凸透鏡組成的望遠(yuǎn)鏡。這兩種望遠(yuǎn)鏡都是利用光折射原理成像,經(jīng)常會有不可避免的“失真”現(xiàn)象。為此,牛頓利用光反射原理,用凹面鏡聚光,再使光線通過凸透鏡成像,從而發(fā)明了反射式望遠(yuǎn)鏡。
牛頓的第一架反射式望遠(yuǎn)鏡的凹面鏡,直徑只有12.7厘米,觀察太空的范圍極其有限。要觀測更廣泛的太空,必須要增大望遠(yuǎn)鏡的口徑?,F(xiàn)代天文望遠(yuǎn)鏡個個都是龐然大物。目前世界上最大的(單鏡頭)望遠(yuǎn)鏡是聳立在夏威夷的兩架“凱克”望遠(yuǎn)鏡,它的鏡頭直徑達(dá)10米,豎起來比3層樓還高。
建造大型天文望遠(yuǎn)鏡無疑是一項巨大的工程,耗費幾千萬甚至上億美元的巨資且不必說,天文望遠(yuǎn)鏡的鏡頭制作要求極高,凹面鏡越大,鏡面的加工就越艱辛困難。例如20世紀(jì)40年代落成于美國帕洛瑪山上的“海耳”望遠(yuǎn)鏡,口徑雖不到5米,但幾十年的制作加工過程堪稱困難重重。要澆制一塊如此巨大、絕無任何瑕疵的光學(xué)玻璃就是一大難題。光是澆制后讓它在巨型爐內(nèi)恒溫冷卻就花費了10個月,然后是長達(dá)8個月的熱處理,進(jìn)一步的精細(xì)加工更是耗去了7個春秋,被磨去的玻璃屑重達(dá)4.5噸!
制作一塊巨型玻璃凹面鏡如此困難,科學(xué)家不得不去尋找簡便的方法。于是科學(xué)家想到了用液體來代替玻璃作望遠(yuǎn)鏡的鏡頭。其原理非常簡單,一盆液體在高速旋轉(zhuǎn)時,由于離心力的作用,液面自然就會形成一個標(biāo)準(zhǔn)的拋物面,而這正是天文望遠(yuǎn)鏡所需要的形狀。
世界上第一架液體望遠(yuǎn)鏡是在20世紀(jì)50年代初,由蘇聯(lián)物理學(xué)家烏德用一盆水銀制成的。經(jīng)過不斷改進(jìn)探索,加拿大科學(xué)家阿曼羅·博拉在80年代初制造出了第一架可供天文觀測用的液體望遠(yuǎn)鏡,鏡頭直徑為45厘米。后來,博拉又用250千克水銀制成了兩臺直徑1米、一臺直徑1.6米的望遠(yuǎn)鏡,并在水銀面上加了一層特殊的透明樹脂,既解決了外界因素對水銀面的干擾,又避免了水銀蒸發(fā)從而危害人體健康的問題。
液體望遠(yuǎn)鏡的優(yōu)點是不言而喻的。首先它的成本極低,水銀可重復(fù)使用,費用不到一般望遠(yuǎn)鏡的5%。制作又特別方便,一般只要幾十分鐘就可以完成。經(jīng)過訓(xùn)練的望遠(yuǎn)鏡操作人員甚至可以在幾十秒內(nèi)“旋轉(zhuǎn)”出完全沒有孔隙的光潔的水銀薄膜凹面鏡。然后讓木盤保持恒速旋轉(zhuǎn),就可以進(jìn)行觀察。不用時,可以讓木盤保持旋轉(zhuǎn),或停止旋轉(zhuǎn)至下一次使用時重新操作。而且它也不需特別的觀測圓頂,故可以隨時搬遷到各處使用,這也是傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡無法企及的。
1995年,美國航天局造出了直徑3米的水銀望遠(yuǎn)鏡,安裝在新墨西哥州,專門監(jiān)視太空垃圾和近地小行星。其總成本不到50萬美元,而通常像這樣大小的望遠(yuǎn)鏡制作費用至少為一二千萬美元。
由于裝水銀的盤子只能水平放置,液體望遠(yuǎn)鏡只能觀測頭頂上空的一小片天空,所以也并非十全十美??v然借助電腦可以將“目力”有所擴大,但總是受很大限制。為了解決這個問題,科學(xué)家準(zhǔn)備采用硅油之類粘滯性更大的液體來代替水銀,以使它即使傾斜也不會輕易改變已經(jīng)形成的形狀。
盡管液體望遠(yuǎn)鏡還有一些技術(shù)問題有待解決,但科學(xué)家卻雄心勃勃。相信液體望遠(yuǎn)鏡的完善,必會對人類探索宇宙奧秘做出更大貢獻(xiàn)。