人類視野的拓展

天文臺和望遠鏡的功勞

16世紀，尼古拉·哥白尼提出了日心說挑戰托勒密的地心說，正當他們爭執不下的時候，丹麥天文學家第谷認為，要解決這個問題，就要創立一個滿意的星體運行理論，精確掌握星體的運行位置。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備。他增大了觀測儀器的尺寸并將其安裝在堅固的基礎上，對儀器進行了精密的刻度，從而提高了儀器的精密度、穩定性和長期反復觀測讀數的可靠性。

德國科學家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，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。1608年荷蘭的眼鏡匠利佩希在制造眼睛鏡片時，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。發明望遠鏡的消息迅速在歐洲傳開。伽利略在1609年發明了世界上第一架能放大32倍的望遠鏡。牛頓經過多年的研究，于1668年完成了自己的設計，成功地制造了第一架反射望遠鏡，全長只有15厘米，口徑為2.5厘米，而放大倍數和當時的2米長的折射望遠鏡相同。1672年，牛頓又制造了第一架更大的反射望遠鏡，全長為1.2米，口徑為2米。

望遠鏡的誕生，標志著現代天文學的誕生。它拓展了人類的視野。

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254厘米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的恒星，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，而人類的視線和理性不斷地突破新的疆域，投向更高更遠的地方。從某種意義上講，望遠鏡的發展也就是現代天文學的發展。

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達到24塊和37塊，光纖數達到4000根，光譜儀數量達到16臺，它的建成打破了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”，將使人類觀測天體光譜的數目提高一個數量級(至千萬量級)。

太空天文臺

地球被一層大氣包圍著，來自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，為了排除以上的干擾，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575千米的環地軌道上，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12.8米，鏡筒直徑4.27米，主鏡直徑2.4米，全重11.5噸。

“哈勃”空間望遠鏡包括全部自動化儀器設備，所攜帶的最先進設備有6種：

寬視場行星照相機。它靈敏度高，觀測波段極寬，從紫外一直到紅外，不僅可觀測到太陽系行星，還可對銀河系和河外星系進行觀測，且照片清晰度非常高。

暗弱天體照相機。它是兩個既獨立又相似的完整天體和探測系統，可探測到很暗的星體。

暗弱天體攝譜儀。可對從紫外到近紅外波段的輻射進行光譜分析，又可測算它們的偏振。

高分辨率攝譜儀，能對紫外波段進行分光觀測，能觀察更暗弱、更遙遠的天體。

高速光度計，可在可見光波段和紫外波段范圍內對天體作精確測量，可確定恒星目標的光度標準，又進一步識別過去人們觀測到的天體情況。

精密制導遙感器，共有3臺，分別用于望遠鏡定向系統和天體位置精密測量定位。

“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，經人造衛星和地面數據傳輸網絡，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，還發現了一些人們對之毫無準備卻需要創立新的物理理論來解釋的現象。

“哈勃”空間望遠鏡預計 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展開，21世紀初葉，將有數臺大型天文觀測設備被送入外層空間，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，預計在2013年升空，旨在接替目前在空間運行的“哈勃”望遠鏡。

“韋伯”空間望遠鏡六邊形主鏡直徑達6.5米，它的視力為“哈勃”的6倍，清晰度卻不亞于“哈勃”。

“韋伯”望遠鏡將被發射到地球公轉軌道的外側距離地球150萬千米的太空中繞太陽轉動，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。這就能躲避太空中其他星體的碰撞。

“韋伯”空間望遠鏡進入預期軌道后將打開它那網球場般大小的“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。

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。中微子質量小，速度快，一般不會和電子及原子核發生相互作用，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，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糟。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，就能根據其強度、飛行距離，換算出中微子能量的大小，再根據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、美國和英國聯合投資建造的位于地下2000米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1000噸重水。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2007年正式運行，有望揭開太陽內部和超新星爆炸等宇宙之謎。

目前全世界已建成或正在建造的地下、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1000米的地下；美國“阿瑪姆達”天文臺建在南極冰層下2000米深處；美國的“特瑪姆特”天文臺建在夏威夷海面下4800米深處。它們接受天體信息的本領，是地面天文臺所望塵莫及的，將為人類探測宇宙打開新的眼界。

隨著科學技術的高速發展，人類的視野會不斷向宇宙深處拓展、延伸。

責任編輯 張田勘