今年對于望遠(yuǎn)鏡來說是特別重大的一年，不僅因為今年是聯(lián)合國確定的國際天文年——紀(jì)念伽利略首次用望遠(yuǎn)鏡觀測天體400周年；而且。新的“開普勒”軌道望遠(yuǎn)鏡已在3月發(fā)射升空，目的是了解隱藏在遙遠(yuǎn)恒星光芒背后的類地行星。5月，宇航員將為服役近20年的“哈勃”太空望遠(yuǎn)鏡安裝一臺新相機，以便她在完成歷史使命前施展再多一點的魔力。

指向星空

為了把握播種、收獲的時節(jié)，安排一年四季的生產(chǎn)、生活，人類仰望星空關(guān)注天象由來已久。古代天文學(xué)家修建觀象臺，借助各種儀器，記錄他們所看到的日月星辰的位置、運動以及日食、月食、彗星光臨等各種天象。但在伽利略之前，人類只能用自己的眼睛觀測天空。

1608年，荷蘭人里帕席發(fā)明了一種奇妙的“光管”，能夠把遠(yuǎn)處物體放大，使觀察者看得更清楚，并為此申請了專利。1609年，意大利物理學(xué)家伽利略聽說此事后，經(jīng)過研究，獨立制成了一架口徑4.4厘米，長1.2米，放大率32倍的望遠(yuǎn)鏡。當(dāng)他把望遠(yuǎn)鏡指向星空后，很快發(fā)現(xiàn)銀河原來是由數(shù)不清的星球組成的：月亮并不如亞里士多德說的那樣完美，而是有山有谷；金星有盈虧；太陽有黑子；木星有4個圍繞著它運轉(zhuǎn)的衛(wèi)星，而不是“地心說”主張的那樣，所有天體都圍繞著地球在運行。

望遠(yuǎn)鏡的威力來源于它收集光線的面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人眼的瞳孔：望遠(yuǎn)鏡口徑越大，你就能看得越遠(yuǎn)，也越清楚。這就是400年來望遠(yuǎn)鏡越做越大的原因。伽利略自制的望遠(yuǎn)鏡的放大倍率在今天看來小得可憐，但取得的成果卻開創(chuàng)了天文學(xué)研究的新時代。從那以后，望遠(yuǎn)鏡口徑的每一次增大，都擴(kuò)展了我們認(rèn)識宇宙的眼界。

天外有天

借助望遠(yuǎn)鏡，荷蘭人惠更斯發(fā)現(xiàn)了土星的最大衛(wèi)星，而且正確地觀測到土星的光環(huán)是與土星分開的：借助望遠(yuǎn)鏡，法國天文學(xué)家卡西尼在1675年發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)了土星光環(huán)中有個縫，這個環(huán)縫今天就以他的名字命名為卡西尼環(huán)縫。

英國科學(xué)家牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律和光的色散，并發(fā)明了鏡簡短、無色差、后來成為主流的反射式望遠(yuǎn)鏡。100年以后。英國人威廉·赫歇爾用自制的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了天王星，也正是他在建成了當(dāng)時世界上最大的反射式望遠(yuǎn)鏡后。首次通過觀測證實了銀河系的恒星呈扁平狀分布。1845年，愛爾蘭的羅斯伯爵三世，將一架更大的望遠(yuǎn)鏡建在了比爾城堡的兩面石墻之間：正是這架望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了第一個不是模糊一團(tuán)，而是有結(jié)構(gòu)的星云。

19世紀(jì)末20世紀(jì)初，天文學(xué)得到了兩個革命性的工具：一個是光譜學(xué)——通過分析天體的光譜就可以知道它的物理性質(zhì)、化學(xué)組成和運動速度。另一個是照相術(shù)，它比目測更具積累性和客觀性。19世紀(jì)20年代，美國人埃德溫·哈勃正是借助這兩種工具，從威爾遜山的2，5米望遠(yuǎn)鏡中發(fā)現(xiàn)仙女座星云其實是由大量恒星組成的，而且距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過銀河系的尺度；人類終于知道了銀河系外“天外有天”的事實。

打開大天窗

1929年，哈勃利用反射式天文望遠(yuǎn)鏡觀察了18個星系的光譜，發(fā)現(xiàn)所有的星系光譜都明顯向紅端移動，說明這些星系都在以極大速度離我們而去，而且星系離我們越遠(yuǎn)，運行速度越快，這意味著宇宙正在膨脹。哈勃的這一重要發(fā)現(xiàn)，為宇宙大爆炸學(xué)說奠定了觀測基礎(chǔ)。哈勃的成就激勵了全世界科學(xué)家建造更大望遠(yuǎn)鏡的決心，可是一個偶然的發(fā)現(xiàn)。改變了人們建造望遠(yuǎn)鏡的思路。

1932年，美國貝爾電話公司的科學(xué)家在尋找無線電長途電話的干擾來源時，無意中發(fā)現(xiàn)了來自銀河系中心的無線電波；天文學(xué)家立即對來自宇宙的無線電波產(chǎn)生了興趣。在不久后爆發(fā)的第二次世界大戰(zhàn)中，英國人為了預(yù)警德國飛機的襲擊發(fā)明了雷達(dá)。1942年2月，他們發(fā)現(xiàn)雷達(dá)信號也會受到來自太陽黑子和耀斑的干擾。二戰(zhàn)結(jié)束后，雷達(dá)變身為射電望遠(yuǎn)鏡，給天文望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展帶來了一次質(zhì)的飛躍。

在此前的長達(dá)幾百年的時間內(nèi)，天文觀測始終脫離不了“可見光”的范圍。但事實上除了可見光之外，宇宙中還存在著各種人眼看不見的射線，例如紅外線、紫外線、x射線、r射線，以及包括長波、短波、超短波等在內(nèi)的無線電波。其中，僅無線電波可以觀測的有效波長范圍就是可見光的109倍。因此，人們形容用可見光來觀測宇宙，就如同被關(guān)在黑屋子里的人從門縫看房子外面的一切。而射電望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明，猶如給這間黑屋開了一扇大窗子。在短短幾十年時間里，射電望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)取得了類星體、脈沖星、宇宙微波背景、星際分子等一系列卓越的發(fā)現(xiàn)。

太空望遠(yuǎn)鏡

由于地球大氣的影響，來自宇宙的大部分短波長的紫外線及x射線無法到達(dá)地面。為了要觀測它們，唯一的辦法是把天文望遠(yuǎn)鏡架設(shè)到大氣層外去。1970年12月，美國成功發(fā)射了“自由號”X射線衛(wèi)星，隨著它和后來的“愛因斯坦天文臺”發(fā)射升空，數(shù)千個新的x射線源被發(fā)現(xiàn)。而這些發(fā)射x射線的天體中，便包含著宇宙中最神秘的“黑洞”。

1990年4月25日，口徑2.4米，工作波長從紫外到近紅外，耗資30億美元的“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”，由航天飛機運載升空。盡管由于人為的差錯，不得不在1993年12月2日對它進(jìn)行了規(guī)模浩大的修復(fù)工作，但成功修復(fù)的哈勃望遠(yuǎn)鏡。性能甚至超過了原先設(shè)計的目標(biāo)。近20年來，分辨率比地面的大型望遠(yuǎn)鏡高出幾十倍的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，不僅取得了豐碩的科學(xué)研究成果。還以它拍攝的令人稱奇的宇宙照片激發(fā)了無數(shù)人對探索宇宙的渴望。

被指定接替“哈勃”的，是定于2013年發(fā)射的“詹姆斯-韋布太空望遠(yuǎn)鏡”。它將能接收到宇宙中最古老、最微弱的光線：這些光線在星系誕生之前就已經(jīng)發(fā)出，當(dāng)時宇宙剛開始變得透明，光線剛剛能夠自由傳播——這幾乎要追溯到時間的起點了。

迎接“巨無霸”

在太空望遠(yuǎn)鏡大發(fā)展的同時，在得到名為“自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)”的支撐后，21世紀(jì)的人類，將迎來地面天文望遠(yuǎn)鏡競相發(fā)展的“巨無霸”時代。其中包括，美國和澳大利亞合作研制。計劃2016年落成?？趶?4.5米的大麥哲倫望遠(yuǎn)鏡。美國和加拿大合作研制。計劃十年內(nèi)完成，口徑30米的大型望遠(yuǎn)鏡。此外。還將有鏡面跨度42米，由906塊六邊形的小鏡片組成的歐洲超大望遠(yuǎn)鏡和歐洲空間局計劃投資10億歐元建設(shè)的，口徑100米，聚光面積大于6000平方米的世界上最大的光學(xué)紅外望遠(yuǎn)鏡。

目前世界上最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡是美國建造的口徑305米阿雷西博望遠(yuǎn)鏡。咱們中國正在利用貴州的“天坑”建設(shè)口徑500米，比阿雷西博更大、技術(shù)更先進(jìn)的FAST望遠(yuǎn)鏡。建成后將成為世界上規(guī)模最大、靈敏度最高的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，預(yù)計2014年投入使用。

月基望遠(yuǎn)鏡

對天文學(xué)家來說，在不遠(yuǎn)的將來。再沒有比把天文望遠(yuǎn)鏡架設(shè)到月球表面更理想的了。月球表面沒有大氣，處于超真空狀態(tài)。在地球上進(jìn)行天文觀測時，由地球大氣層造成的一切干擾，對于月基望遠(yuǎn)鏡將不復(fù)存在。月球上沒有地殼那樣的板塊運動，月球的內(nèi)核也已經(jīng)凝結(jié)成固態(tài)。因此，月球上幾乎沒有“月震”活動。對大型天文望遠(yuǎn)鏡而言。這是一個巨大、穩(wěn)定而且極其堅固的平臺。月球上絕對無風(fēng)，尤其適宜建立基線長達(dá)幾十千米甚至幾百千米的光學(xué)、紅外和射電干涉等天文觀測系統(tǒng)。它面臨的技術(shù)問題要比處于失重狀態(tài)下的太空望遠(yuǎn)鏡簡單得多，造價亦遠(yuǎn)為低廉。

地球每24小時自轉(zhuǎn)一周，造成了天體的東升西落，所以在地球上通常很難長時間地跟蹤觀測同一個天體。月球大約每27天才自轉(zhuǎn)一周，月球上的每個白晝或黑夜差不多都有地球上的兩個星期那么長，因而在那里持續(xù)跟蹤觀測一個目標(biāo)可以長達(dá)300多個小時。而且。月球上沒有大氣。太陽光不會遭到散射，所以縱然烈日當(dāng)空，照樣還是繁星滿天。依然可以用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡觀測天體。如今，要把望遠(yuǎn)鏡送上月球，在技術(shù)上并沒有不可逾越的障礙。