文/ 葉楠

新世紀(jì)的大型天文望遠(yuǎn)鏡

進(jìn)入21 世紀(jì)以來(lái)，大型光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡的建造不再是發(fā)達(dá)國(guó)家的專利，許多發(fā)展中國(guó)家也開(kāi)始加大對(duì)天文學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入。和平年代里的世界各國(guó)在空間和天文領(lǐng)域開(kāi)展友好的競(jìng)爭(zhēng)與合作，讓人耳目一新的技術(shù)層出不窮，液態(tài)金屬可以用來(lái)制造望遠(yuǎn)鏡，新的光路結(jié)構(gòu)可以兼具大口徑與大視場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)，超越10 米量級(jí)的更大口徑的望遠(yuǎn)鏡也在各國(guó)的合作下開(kāi)始建設(shè)。在不久的未來(lái)，人類將通過(guò)這些新設(shè)備逐步解開(kāi)宇宙中更多的奧秘。

麥哲倫望遠(yuǎn)鏡

麥哲倫望遠(yuǎn)鏡位于智利的拉斯坎帕納斯天文臺(tái)，由兩臺(tái)口徑6.5 米的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡組成。兩架望遠(yuǎn)鏡相距60 米，分別以天文學(xué)家沃爾特·巴德和慈善家蘭頓·克萊的名字命名，于2000 年和2002 年先后建成。2013 年，隨著自適應(yīng)系統(tǒng)的升級(jí)改造，麥哲倫望遠(yuǎn)鏡可以拍攝到最清晰的可見(jiàn)光圖像，角分辨率可以達(dá)到0.02 角秒，相當(dāng)于從160 千米外分辨出一枚硬幣的直徑。為其配備的自適應(yīng)副鏡名為MagAO，原本是為大雙筒望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)備的，不過(guò)由于意外，這面鏡子的邊緣在安裝前破碎了，便經(jīng)過(guò)切除邊緣破損部分后裝配到了麥哲倫望遠(yuǎn)鏡上，也算是因禍得福。

大天頂望遠(yuǎn)鏡

400 年來(lái)，所有的望遠(yuǎn)鏡主鏡都是由金屬或玻璃磨制而成。但是早在數(shù)百年前，牛頓曾經(jīng)指出，旋轉(zhuǎn)液體的表面可以形成一個(gè)拋物面，這一特性正好可以用來(lái)制作望遠(yuǎn)鏡。不過(guò)受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平無(wú)法制造出能保持穩(wěn)定速度旋轉(zhuǎn)的裝置，同時(shí)另一個(gè)困難是受重力影響，液體鏡面望遠(yuǎn)鏡只能面朝天頂方向。2003 年，位于加拿大的不列顛哥倫比亞大學(xué)建造完成了這臺(tái)口徑6 米的液態(tài)鏡面望遠(yuǎn)鏡，名為大天頂望遠(yuǎn)鏡，它是迄今為止液態(tài)鏡面望遠(yuǎn)鏡中最大的。它以液態(tài)汞為原料，每分鐘大約旋轉(zhuǎn)8.5 圈，角分辨率可以達(dá)到1.4 角秒。

南非大望遠(yuǎn)鏡

南非大望遠(yuǎn)鏡隸屬于南非國(guó)家光學(xué)天文臺(tái)，于2005 年建成，臺(tái)址位于開(kāi)普敦東北370 千米外的漢塔姆自然保護(hù)區(qū)，海拔1837 米，是南半球最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。南非大望遠(yuǎn)鏡由91 個(gè)六邊形鏡片拼接而成，每個(gè)鏡片直徑1 米，拼接成11.1 米×9.8 米的主鏡（右圖），等效口徑9.2 米。與其他拼接鏡面望遠(yuǎn)鏡不同的是，南非大望遠(yuǎn)鏡的反射鏡不是呈拋物面狀而是呈球面狀，這主要是為了利用激光更好的對(duì)反射面進(jìn)行校準(zhǔn)。另一個(gè)不同尋常之處在于，在觀測(cè)期間鏡子本身是不進(jìn)行跟蹤的，只有焦點(diǎn)位置的儀器進(jìn)行移動(dòng)跟蹤，這與阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)方式有異曲同工之處，不過(guò)這也大大限制了望遠(yuǎn)鏡所能觀測(cè)到的天區(qū)范圍。

加那利大型望遠(yuǎn)鏡

加那利大型望遠(yuǎn)鏡坐落于西班牙所屬的加那利群島中的拉帕爾瑪島上，這里是歐洲重要的地基光學(xué)和紅外天文觀測(cè)基地。望遠(yuǎn)鏡于2002 年開(kāi)始建造，但受限于群島地帶交通不便以及氣候狀況的影響，直到2007年才建成，2009 年開(kāi)始正式科學(xué)觀測(cè)。望遠(yuǎn)鏡的主鏡由36 片六邊形鏡片拼接而成，等效口徑10.4 米，是世界上最大的單一口徑望遠(yuǎn)鏡。重達(dá)400 噸的望遠(yuǎn)鏡和儀器漂浮在一層極薄的潤(rùn)滑油上，只需要很小的力就可以使望遠(yuǎn)鏡平穩(wěn)地改變指向和進(jìn)行跟蹤。

大雙筒望遠(yuǎn)鏡

大雙筒望遠(yuǎn)鏡位于美國(guó)亞利桑那州海拔3300米的格拉漢姆山上，由兩臺(tái)口徑8.4 米的主鏡構(gòu)成，等效口徑11.8 米。兩面主鏡分別于2004 年和2006 年建成，由于兩臺(tái)望遠(yuǎn)鏡被架設(shè)在同一臺(tái)基座上，因此被稱為大雙筒望遠(yuǎn)鏡。當(dāng)兩臺(tái)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行干涉觀測(cè)時(shí)，其分辨率相當(dāng)于一臺(tái)口徑22.8 米的望遠(yuǎn)鏡，干涉觀測(cè)主要應(yīng)用在紅外波段。大雙筒望遠(yuǎn)鏡除了有著強(qiáng)大的觀測(cè)能力之外，由于其特殊的造型，它也經(jīng)常在各類科普節(jié)目中出鏡。

甚大望遠(yuǎn)鏡

甚大望遠(yuǎn)鏡的英文名非常直接，就叫做Very Large Telescope（VLT），它由4 臺(tái)相同的8.2 米口徑望遠(yuǎn)鏡組成，位于智利北部阿塔卡馬沙漠旁的帕拉納山上，隸屬于歐洲南方天文臺(tái)。每臺(tái)望遠(yuǎn)鏡的主鏡厚18 厘米、重22 噸，采用R-C 光學(xué)系統(tǒng)，焦比為F/2。每臺(tái)主鏡還配備了由150 個(gè)促動(dòng)器組成的主動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)。從1999 年至2000 年，4 臺(tái)望遠(yuǎn)鏡陸續(xù)建成，它們可以單獨(dú)進(jìn)行觀測(cè)，也可以進(jìn)行光學(xué)干涉觀測(cè)以獲得更高的角分辨率。單臺(tái)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)角分辨率為0.05 角秒，進(jìn)行光學(xué)干涉時(shí)可達(dá)到0.002 角秒。甚大望遠(yuǎn)鏡是地基天文臺(tái)中最具有生產(chǎn)力的設(shè)施，在可見(jiàn)光波段的觀測(cè)成果轉(zhuǎn)化成科研論文的數(shù)量?jī)H次于哈勃空間望遠(yuǎn)鏡。

伊朗國(guó)家天文臺(tái)3.4 米望遠(yuǎn)鏡

2022 年，耗資2500 萬(wàn)美元建造的伊朗國(guó)家天文臺(tái)3.4 米口徑望遠(yuǎn)鏡正式投入運(yùn)行。天文臺(tái)位于伊朗中部海拔3600 米的加爾加什山上，從選址開(kāi)始到望遠(yuǎn)鏡建成一共經(jīng)歷了22 年的時(shí)間。3.4 米望遠(yuǎn)鏡采用R-C 結(jié)構(gòu)，焦比F/11。望遠(yuǎn)鏡拍攝的第一幅照片是距離我們約3.19 億光年的Arp 282 星系，圖像分辨率為0.8 角秒。第二張圖像的分辨率達(dá)到了0.65 角秒，接近望遠(yuǎn)鏡在當(dāng)?shù)卮髿鈼l件下的分辨率極限。亞洲中西部地區(qū)一直是天文觀測(cè)的一個(gè)空白區(qū)域，3.4 米望遠(yuǎn)鏡的建成填補(bǔ)了這個(gè)空白，對(duì)于那些轉(zhuǎn)瞬即逝的天文現(xiàn)象，如伽馬射線暴的觀測(cè)有著積極意義。

印度3.6 米光學(xué)望遠(yuǎn)鏡

作為文明古國(guó)之一的印度在進(jìn)入新世紀(jì)后也在不斷加大對(duì)航天及天文的投入，相繼開(kāi)展了月球及火星探測(cè)等空間項(xiàng)目。在天文學(xué)領(lǐng)域，印度于2004 年在奈尼塔爾附近海拔2540 米的山上開(kāi)始建造3.6 米口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。該望遠(yuǎn)鏡由比利時(shí)與印度合作建造，主鏡重達(dá)4.3 噸，配備有主動(dòng)光學(xué)和自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)。2016 年3 月31 日，印度總理莫迪和比利時(shí)總理米歇爾共同遠(yuǎn)程啟動(dòng)了這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡。該望遠(yuǎn)鏡配備有光學(xué)攝譜儀、CCD 成像儀及近紅外攝譜儀等終端設(shè)備，是當(dāng)時(shí)亞洲最大的通用型天文光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。

云南2.4 米口徑望遠(yuǎn)鏡

坐落于我國(guó)云南麗江海拔3193 米的高美古觀測(cè)站中的2.4 米口徑望遠(yuǎn)鏡，是我國(guó)及東亞地區(qū)口徑最大的通用型天文光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。望遠(yuǎn)鏡于2007 年由云南天文臺(tái)的工程技術(shù)人員完成安裝，2008 年通過(guò)驗(yàn)收投入使用。望遠(yuǎn)鏡主鏡口徑2.4米，采用微晶玻璃材質(zhì)制作，其近乎于零的熱膨脹性能確保望遠(yuǎn)鏡在-10℃～35℃的工作環(huán)境中不會(huì)發(fā)生形變。望遠(yuǎn)鏡整體由液壓支撐，機(jī)械驅(qū)動(dòng)和圓頂全部由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。其分辨率、指向精度、跟蹤精度等指標(biāo)均為國(guó)內(nèi)最高水平。2.4米望遠(yuǎn)鏡雖然口徑在國(guó)際上不算很大，但其填補(bǔ)了地理經(jīng)度上的空白，并具有先進(jìn)的控制和觀測(cè)系統(tǒng)，為我國(guó)光學(xué)、精密機(jī)械、電子及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展提供了有益的借鑒。

郭守敬望遠(yuǎn)鏡

郭守敬望遠(yuǎn)鏡的全稱為大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡（LAMOST），位于中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)興隆觀測(cè)基地，于1997 年立項(xiàng)，2001 年開(kāi)始動(dòng)工，2009 年通過(guò)驗(yàn)收，2012 年開(kāi)始正式巡天觀測(cè)。這是一架新類型的大視場(chǎng)兼?zhèn)浯罂趶酵h(yuǎn)鏡，光路結(jié)構(gòu)為“王-蘇反射施密特望遠(yuǎn)鏡”。其主要構(gòu)造分為三部分：球面主鏡由37 塊對(duì)角線長(zhǎng)1.1 米、厚75 毫米的六邊形球面子鏡拼接而成，大小為6.67 米×6.05 米；反射施密特改正鏡由24 塊對(duì)角線長(zhǎng)1.1 米、厚25 毫米的六邊形平面子鏡拼接而成，大小為5.72 米×4.40 米；第三部分是放置在焦平面處的4000 根光纖。天體的光經(jīng)過(guò)光纖傳輸?shù)焦庾V儀上，可以同時(shí)獲得4000 個(gè)天體的光譜，這使其成為世界上光譜獲取效率最高的望遠(yuǎn)鏡。

現(xiàn)在世界上已經(jīng)有了數(shù)臺(tái)10 米級(jí)的望遠(yuǎn)鏡，新技術(shù)以及新方法的應(yīng)用也在不斷豐富著望遠(yuǎn)鏡的類型。但人類對(duì)于更大口徑望遠(yuǎn)鏡的向往依然如舊，我國(guó)正在籌劃12 米口徑光學(xué)紅外望遠(yuǎn)鏡的建造；位于智利拉斯坎帕斯口徑25.4 米的巨型麥哲倫望遠(yuǎn)鏡正在建造之中；位于夏威夷口徑30 米的TMT 望遠(yuǎn)鏡受到了當(dāng)?shù)厝说淖璧K，能否繼續(xù)修建還是未知數(shù)；歐洲南方天文臺(tái)口徑39.3米的ELT 望遠(yuǎn)鏡在建成后將會(huì)成為世界上最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。伽利略第一次將望遠(yuǎn)鏡指向夜空時(shí)讓人類看到了許多前所未知的東西，這些更大口徑的望遠(yuǎn)鏡又能帶來(lái)什么驚喜，讓我們拭目以待。