人类视野的拓展

天文台和望远镜的功劳

　　

　　16世纪，尼古拉·哥白尼提出了日心说挑战托勒密的地心说，正当他们争执不下的时候，丹麦天文学家第谷认为，要解决这个问题，就要创立一个满意的星体运行理论，精确掌握星体的运行位置。第谷在哥本哈根海峡的一个荒岛上建立了一座完善的天文台——乌伦堡天文台，并着手改进了仪器设备。他增大了观测仪器的尺寸并将其安装在坚固的基础上，对仪器进行了精密的刻度，从而提高了仪器的精密度、稳定性和长期反复观测读数的可靠性。

　　德国科学家开普勒仔细整理了第谷留下的观测资料，并进行了仔细的分析，通过多次的探索计算，归纳出了开普勒三定律，很快得到了天文学家们的公认。而开普勒也得到了“天空的立法者”的光荣称号。1608年荷兰的眼镜匠利佩希在制造眼睛镜片时，把一块凸透镜和凹透镜合在一起往外看，远处的物体变近了，他偶然地造出了第一架望远镜，它的目镜为凹透镜。发明望远镜的消息迅速在欧洲传开。伽利略在1609年发明了世界上第一架能放大32倍的望远镜。牛顿经过多年的研究，于1668年完成了自己的设计，成功地制造了第一架反射望远镜，全长只有15厘米，口径为2.5厘米，而放大倍数和当时的2米长的折射望远镜相同。1672年，牛顿又制造了第一架更大的反射望远镜，全长为1.2米，口径为2米。

　　望远镜的诞生，标志着现代天文学的诞生。它拓展了人类的视野。

　　1924年，美国天文学家埃德温。哈勃在加利福尼亚州的威尔逊天文台，将一架口径254厘米的望远镜指向仙女座星云。这片云状物立即在望远镜里分解成许多的恒星，使人类认识到，不仅地球不是宇宙的中心，太阳也不是银河系的中心，银河系是直径达10万光年，内有1000多亿颗恒星的大圆盘，这样的巨大星系在浩瀚的宇宙中也只是沧海一粟。地球在宇宙中的地位越来越低，而人类的视线和理性不断地突破新的疆域，投向更高更远的地方。从某种意义上讲，望远镜的发展也就是现代天文学的发展。

　　近期，我国将建造LAMOST光学望远镜，建成后的望远镜，两块大镜面的子镜数达到24块和37块，光纤数达到4000根，光谱仪数量达到16台，它的建成打破了大视场望远镜不能兼有大口径的瓶颈，被国际上誉为“建造地面高效率的大口径望远镜最好的方案”，将使人类观测天体光谱的数目提高一个数量级(至千万量级)。

　　

　　太空天文台

　　

　　地球被一层大气包围着，来自于遥远星系的光要通过厚厚的大气层才能到达天文望远镜，这就好比潜水员在水下看岸上的物体模糊不清，加之大气中的烟雾、尘埃以及水蒸气的波动、地面的振动和超大镜片受重力作用而引起的形变等，对天文观测都有影响，为了排除以上的干扰，人类试图将天文台建在大气层外的太空中。

　　1990年4月25日，美国航天飞机将“哈勃”空间望远镜送到离地面575千米的环地轨道上，建造了世界上第一个完整的性能卓越的太空天文台。“哈勃”空间望远镜总长12.8米，镜筒直径4.27米，主镜直径2.4米，全重11.5吨。

　　“哈勃”空间望远镜包括全部自动化仪器设备，所携带的最先进设备有6种：

　　宽视场行星照相机。它灵敏度高，观测波段极宽，从紫外一直到红外，不仅可观测到太阳系行星，还可对银河系和河外星系进行观测，且照片清晰度非常高。

　　暗弱天体照相机。它是两个既独立又相似的完整天体和探测系统，可探测到很暗的星体。

　　暗弱天体摄谱仪。可对从紫外到近红外波段的辐射进行光谱分析，又可测算它们的偏振。

　　高分辨率摄谱仪，能对紫外波段进行分光观测，能观察更暗弱、更遥远的天体。

　　高速光度计，可在可见光波段和紫外波段范围内对天体作精确测量，可确定恒星目标的光度标准，又进一步识别过去人们观测到的天体情况。

　　精密制导遥感器，共有3台，分别用于望远镜定向系统和天体位置精密测量定位。

　　“哈勃”空间望远镜是有史以来最大、最精确的天文望远镜，它上面的广角行星相机可拍摄几十到上百个恒星照片，其清晰度是地面上天文望远镜的10倍以上，其观测能力等于从华盛顿看到1.6×10⁷m外悉尼的一只萤火虫。“哈勃”空间望远镜所收集的图像和信息，经人造卫星和地面数据传输网络，最后到达美国的太空望远镜科学研究中心，这些极其珍贵的太空图像和宇宙资料，展露了宇宙中许多不为人知的物体与事件，使天文学取得了突破性的进展。它证实了一些理论，也推翻了另一些理论，还发现了一些人们对之毫无准备却需要创立新的物理理论来解释的现象。

　　“哈勃”空间望远镜预计 2010年“退休”，21世纪的太空望远镜研制计划正紧锣密鼓地在全世界范围内展开，21世纪初叶，将有数台大型天文观测设备被送入外层空间，它将是继“哈勃”空间望远镜取得的辉煌成就之后，人类探测太空的又一次大手笔。

　　美国正在积极筹划研制“詹姆斯·韦伯”太空望远镜，预计在2013年升空，旨在接替目前在空间运行的“哈勃”望远镜。

　　“韦伯”空间望远镜六边形主镜直径达6.5米，它的视力为“哈勃”的6倍，清晰度却不亚于“哈勃”。

　　“韦伯”望远镜将被发射到地球公转轨道的外侧距离地球150万千米的太空中绕太阳转动，它将背对地球，同时还保持与地球相同的角速度，永远藏在地球的背面，成为与地球同步绕太阳运行的一颗人造小行星。这就能躲避太空中其他星体的碰撞。

　　“韦伯”空间望远镜进入预期轨道后将打开它那网球场般大小的“眼罩”，这样可以保证自己不被太阳光灼伤，同时将折叠的巨大镜片逐渐展开。

　　“韦伯”望远镜带有高精密红外探测装置，专门用来观测那些宇宙深处冰冷黯淡的行星，它肩负着地球人的使命，去探寻“大爆炸”后宇宙诞生早期的第一批星系，去努力寻找宇宙深处的文明。

　　

　　地下，海底天文台

　　

　　地下、海底天文台是人类观测宇宙的另一个窗口。

　　地下天文台没有光学望远镜，也不用射电望远镜，它探测的是一种宇宙中不带电的基本粒子——中微子。中微子质量小，速度快，一般不会和电子及原子核发生相互作用，所以它贯穿能力特别强，几乎能毫无阻碍地穿越宇宙中的任何天体和星际物质，而到达地球；科学家们把天文台搬到地下，目的是利用地表岩石或海水来阻断来自宇宙深处的其他粒子，专门捕获中微子，进行更深层次的天体观察。

　　地下天文台的主体是一个巨型水糟。中微子穿过水槽时，与水中带电的氢、氧原子碰撞的可能性很小，但如果它与某带电粒子发生了碰撞，带电粒子会从中微子那里得到能量，加快运动速度，并向外辐射被称作杰连科夫光的蓝绿光。当超高灵敏度的光检测仪捕捉到这种极微弱的光后，就能根据其强度、飞行距离，换算出中微子能量的大小，再根据运动方向判断出中微子的来源方向，推断出天体的位置。

　　由加拿大、美国和英国联合投资建造的位于地下2000米的加拿大萨特伯里中微子观测中心，其中央是一个球形水槽，能装1000吨重水。重水具有捕捉中微子的最理想的特性。这个球体四周有1万部光探测仪，用来记录中微子与重水碰撞时释放的微光。这个地下天文台将于2007年正式运行，有望揭开太阳内部和超新星爆炸等宇宙之谜。

　　目前全世界已建成或正在建造的地下、海底天文台还有日本东京大学宇宙射线研究所，它建在岐阜县神风矿山离地面约1000米的地下；美国“阿玛姆达”天文台建在南极冰层下2000米深处；美国的“特玛姆特”天文台建在夏威夷海面下4800米深处。它们接受天体信息的本领，是地面天文台所望尘莫及的，将为人类探测宇宙打开新的眼界。

　　随着科学技术的高速发展，人类的视野会不断向宇宙深处拓展、延伸。

　　

　　责任编辑　张田勘