面對廣袤天地、浩瀚的宇宙與變化萬端的大自然，地球上的先民們曾對宇宙生成、萬物本源與物質(zhì)結(jié)構(gòu)等問題進行了各種猜測與探索，中國古代有“盤古開天地”、“女媧補天”等神話傳說，對宇宙的認識有“蓋天說”、“渾天說”與“宣夜說”等等，古希臘米利都學派認為宇宙是一個大圓球(天球)，地處在圓球中央、形狀是圓盤或圓筒形，地靜止不動：畢達哥拉斯學派則用“數(shù)的和諧”觀點認為宇宙是完美的幾何圖形——球形；另外柏拉圖學派提出了“同心球?qū)幽Ｐ汀?；阿波羅提出了“本輪一均輪”結(jié)構(gòu)模型；阿里斯塔克提出“太陽中心說”……那么人類又是怎樣揭開宇宙神秘的面紗呢?

一、烏倫堡天文臺

十六世紀，尼古拉·哥白尼提出了“日心說”挑戰(zhàn)托勒密的“地心說”，正當他們爭執(zhí)不下的時候，丹麥天文學家第谷認為，要解決這個問題，要創(chuàng)立一個滿意的星體運行理論，必須精確掌握星體的運行位置，因此，首先必須解決對星體運動位置的描述，建立高度精確的多年星體位置圖表，第谷在哥本哈根海峽的一個荒島上建立了一座完善的天文臺——烏倫堡天文臺，并著手改進了儀器設(shè)備，他增大了觀測儀器的尺寸并安裝在堅固的基座上，對儀器進行了精密的刻度設(shè)計，從而提高了儀器的精密度、穩(wěn)定性和長期反復(fù)觀測讀數(shù)的可靠性，第谷還對大氣的折射效應(yīng)進行了修正，使他對各行星位置的觀測誤差小于2，這在沒有望遠鏡的年代里，真可謂將人類肉眼觀測的能力達到極限，他把千百年來的行星位置圖表中的錯誤一一糾正過來，編制了777個星體的位置圖表，這些圖表至今仍有較高的使用價值，第谷被后人譽為“星學之王”，并把天上的一顆恒星命名為“第谷星”。

德國科學家開普勒對哥白尼“日心說”描述天體運動的和諧性、簡單性十分贊賞，他認為這種和諧性一定會有數(shù)量的規(guī)律性，并在1596年發(fā)表《宇宙的秘密》一書，提出了一個宇宙模型，年邁的第谷非常賞識開普勒的豐富想像力和數(shù)學天才，為了不讓自己的畢生心血付之東流，決定接納開普勒為他的助手。

開普勒仔細整理了第谷留下的觀測資料，并進行了仔細的分析，通過多次的探索計算，歸納出了開普勒三定律，由于開普勒把第谷的宏大數(shù)據(jù)表轉(zhuǎn)化為一個簡單的可以理解的曲線和規(guī)律的體系——開普勒三定律，且與觀測資料十分吻合，所以很快得到了天文學家們的公認，而開普勒也得到了“天空的立法者”的光榮稱號。

二、望遠鏡的誕生

1608年荷蘭的眼鏡匠利佩希在制造眼鏡鏡片時，把一塊凸透鏡和凹透鏡合在一起往外看，遠處的物體就變近了，他偶然地造出了第一架望遠鏡，它的目鏡為凹透鏡，發(fā)明望遠鏡的消息迅速在歐洲傳開，伽利略對這個發(fā)明很感興趣，他用數(shù)學進行計算，研究用什么樣的鏡片，怎樣組合在一起效果比較好，最后伽利略做了兩根管子，一根管子的一端放置凸透鏡，另一根管子的一端放置凹透鏡，其中一根稍微細一點，正好可以套住另一根管子里面，可以自由滑動，這樣觀察的時候，就可以來回調(diào)節(jié)，選擇合適的距離，就這樣，經(jīng)過反復(fù)的研制和試驗，終于在1609年發(fā)明了世界上第一架能放大32倍的望遠鏡，開普勒在此基礎(chǔ)上又設(shè)計了由兩個凸透鏡構(gòu)成的開普勒望遠鏡，第一架開普勒望遠鏡由天文學家沙伊納制成，并很快就取代了荷蘭望遠鏡，這不僅是因為它的視野較寬，更重要的是它能把遙遠物體的像同放在兩透鏡共同焦點處的小物體相比較。

但是當時的折射望遠鏡存在明顯的缺陷，其透鏡產(chǎn)生的像差嚴重影響著觀察到的像的清晰度，為了解決這個問題，牛頓經(jīng)過多年的研究，于1668年完成了自己的設(shè)計，他自己磨制反射鏡，成功地制造了第一架反射望遠鏡，其全長只有15cm，口徑為2.5cm，而放大倍數(shù)和當時的2m長的折射望遠鏡相同，1672年，牛頓又制造了第二架更大的反射望遠鏡，全長為1.2m，口徑為2m，并把它獻給了英國皇家學會，這架反射望遠鏡至今仍保存在英國皇家學會圖書館內(nèi)。

望遠鏡的誕生，標志著現(xiàn)代天文學的誕生，它拓展了人類的視野，人類把發(fā)明制造的望遠鏡指向浩瀚的天空，發(fā)現(xiàn)了月亮上的山脈、火山口，發(fā)現(xiàn)了木星的四顆衛(wèi)星，發(fā)現(xiàn)了太陽黑子……它宣告了哥白尼“日心說”的勝利。

1924年，美國天文學家埃德溫·哈勃在加利福尼亞州的威爾遜天文臺，將一架口徑254cm的望遠鏡指向仙女座星云，這片云狀物立即在望遠鏡里分解成許多恒星，這使人類認識到，不僅地球不是宇宙的中心，太陽也不是銀河系的中心，銀河系是直徑達10萬光年，內(nèi)有1000多億顆恒星的大圓盤，這樣的巨大星系在浩瀚的宇宙中也只是滄海一粟，地球在宇宙中的地位越來越低，而人類的視線不斷地突破新的疆域，投向更遠的地方，從某種意義上講，望遠鏡的發(fā)展始終伴隨著現(xiàn)代天文學的發(fā)展。

近期，我國將建造LAMOST光學望遠鏡，建成后的望遠鏡，兩塊大鏡面的子鏡數(shù)達到24塊和37塊，光纖數(shù)達到4000根，光譜儀數(shù)量達到16臺，它的建成將打破大視場望遠鏡不能兼有大口徑的瓶頸，被國際上譽為“建造地面高效率的大口徑望遠鏡最好的方案\"，LAMOST望遠鏡將成為我國也是國際上最大的大視場光學望遠鏡(主鏡口徑等效圓直徑為6m)，中國人用自己的智慧將在技術(shù)上創(chuàng)造多個世界第一，使人類觀測天體光譜的數(shù)目提高一個數(shù)量級(至千萬量級)，

三、太空天文臺

地球被一層大氣包圍著，來至于遙遠星系的光要通過厚厚的大氣層才能到達天文望遠鏡，這就好比潛水員在水下看岸上的物體模糊不清，加之大氣中的煙霧、塵埃以及水蒸氣的波動、地面的振動和超大鏡片受重力作用而引起的形變等，對天文觀測都有影響，為了排除以上干擾，人類試圖將天文臺建在大氣層外的太空中。

1990年4月25日，美國航天飛機將“哈勃”空間望遠鏡送到離地面575km的環(huán)地軌道上，以2.8×10⁷m/h的速度繞地球飛行，建造了世界上第一個完整的、性能卓越的太空天文臺，“哈勃”空間望遠鏡總長12.8m。鏡筒直徑4.27m，主鏡直徑2.4m，全重11.5t。

“哈勃”空間望遠鏡包括全部自動化儀器設(shè)備，主鏡、副鏡、成像系統(tǒng)、計算機處理系統(tǒng)，中心消光圈、主副鏡消光圈、控制操縱系統(tǒng)和圖像發(fā)送系統(tǒng)，以及兩個長11.8m、寬2.3m，能提供2.4kW功率的太陽電池板，兩部與地面通信的拋物面天線等。

“哈勃”空間望遠鏡是有史以來最大、最精確的天文望遠鏡，它上面的廣角行星相機可拍攝到幾十到上百個恒星照片，其清晰度是地面上天文望遠鏡的10倍以上，其觀測能力等于從華盛頓看到1.6×10⁷m外悉尼的一只螢火蟲，“哈勃”空間望遠鏡所收集的圖像和信息，經(jīng)人造衛(wèi)星和地面數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，最后到達美國的太空望遠鏡科學研究中心，這些極其珍貴的太空圖像和宇宙資料，展露了宇宙中許多不為人知的物體與事件，使天文學取得了突破性的進展。它證實了一些理論，也推翻了另一些理論，還發(fā)現(xiàn)了一些人們對之毫無準備卻需要創(chuàng)立新的物理理論來解釋的現(xiàn)象，“哈勃”空間望遠鏡為人類深層次了解宇宙立下了汗馬功勞。

“哈勃”空間望遠鏡預(yù)計2010年“退，休”，21世紀的太空望遠鏡研制計劃正緊鑼密鼓地在全世界范圍內(nèi)展開21世紀初葉，將有數(shù)臺大型天文觀測設(shè)備送入外層空間，它將是繼“哈勃”空間望遠鏡取得的輝煌成就之后，人類探測太空的又一次大手筆。

美國正在積極籌劃研制“詹姆斯·韋伯”太空望遠鏡，預(yù)計在2013年升空，旨在接替目前在軌運行的“哈勃”空間望遠鏡。

“韋伯”空間望遠鏡六邊形主鏡直徑達6.5m，它的“視力”為“哈勃”的6倍，清晰度卻不亞于“哈勃”，“韋伯”空間望遠鏡預(yù)定重3000kg，制造這么大而又這么輕的鏡片，要求在材料上要有巨大的突破和進展。

“韋伯”望遠鏡將被發(fā)射到地球公轉(zhuǎn)軌道的外側(cè)距離地球150萬千米的太空中繞太陽轉(zhuǎn)動，它將背對地球，同時還保持與地球相同的角速度，永遠藏在地球的背面，成為與地球同步繞太陽運行的一顆人造小行星，這樣能躲避太空中的大部分殺手。

“韋伯”空間望遠鏡進入預(yù)期軌道后將打開它那網(wǎng)球場般大小的“眼罩”，這樣可以保證自己不被太陽光灼傷，同時將折疊的巨大鏡片逐漸展開。

“韋伯”望遠鏡帶有高精密紅外探測裝置，專門用來觀測那些宇宙深處冰冷黯淡的行星，它肩負著地球人的使命，去探尋“大爆炸”后宇宙誕生早期的第一批星系，去努力尋找宇宙深處的文明。

四、地下、海底天文臺

地下、海底天文臺是人類觀測宇宙的另一個窗口。

地下天文臺沒有光學望遠鏡，也不用射電望遠鏡，它探測的是一種宇宙中不帶電的基本粒子——中微子，中微子質(zhì)量小，速度快，一般不會和電子及原子核發(fā)生相互作用，所以它貫穿能力特別強，幾乎能毫無阻礙地穿越宇宙中的任何天體和星際物質(zhì)，而到達地球；科學家們把天文臺搬到地下，目的是利用地表巖石或海水來阻斷來自宇宙深處的其他粒子，專門捕獲中微子，進行更深層次的天體觀察。

地下天文臺的主體是一個巨型水槽．中微子穿過水槽時，與水中帶電的氫、氧原子碰撞的可能性很小，但如果它與某帶電粒子發(fā)生了碰撞．帶電粒子會從中微子那里得到能量，加快運動速度，并向外輻射被稱作杰連科夫光的藍綠光．當超高靈敏度的光檢測儀捕捉到這種極微弱的光后，就能根據(jù)其強度、飛行距離，換算出中微子能量的大小，再根據(jù)運動方向判斷出中微子的來源方向，推斷出天體的位置。

由加拿大、美國和英國聯(lián)合投資建造的位于地下2000m的加拿大薩特伯里中微子觀測中心，其中央是一個球形水槽，能裝1000t重水．重水具有捕捉中微子的最理想的特性．這個球體四周有1萬部光探測儀，用來記錄中微子與重水碰撞時釋放的微光．這個地下天文臺將于今年正式運行，它將有望揭開太陽內(nèi)部和超新星爆炸等宇宙之謎。

目前全世界已建成或正在建的地下、海底天文臺還有日本東京大學宇宙射線研究所，它建在岐阜縣神風礦山離地面約1000m的地下；美國“阿瑪姆達”天文臺建在南極冰層下2000m深處．美國的“特瑪姆特”天文臺建在夏威夷海面下4800m深處．用它們來觀測接受天體信息的本領(lǐng)，是地面天文臺所望塵莫及，它們將為人類探測宇宙打開新的眼界。

隨著科學技術(shù)的高速發(fā)展，人類的視野會不斷向宇宙深處拓展、延伸。