月球液體望遠(yuǎn)鏡

在月球上建立太空望遠(yuǎn)鏡是天文學(xué)家長久以來的夢想，因?yàn)樵跊]有大氣和人為干擾的月面環(huán)境下，望遠(yuǎn)鏡能更好地捕捉到宇宙深處恒星的微弱光線。不過，通常情況下，對望遠(yuǎn)鏡鏡片精確度的要求很高，成本昂貴，而且即使造成，還有如何把它搬運(yùn)到月球上去的問題。2008年10月，一組國際知名天文學(xué)家和光學(xué)家宣稱，他們或許已經(jīng)找到了在月球上建造“大得令人難以置信”的望遠(yuǎn)鏡的“很簡單”的方法。

牛頓早就指出，置于轉(zhuǎn)速恒定的淺容器中的任何液體，都會(huì)自然形成拋物面形狀——這與望遠(yuǎn)鏡鏡面將星光匯聚到焦點(diǎn)所需的形狀是一樣的。對于建造巨型月球望遠(yuǎn)鏡來說，這可能就是關(guān)鍵之所在。

在地球上，只要保證盛液體的容器嚴(yán)格地處于水平狀態(tài)，并置于一個(gè)由轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的同步電機(jī)帶動(dòng)的低震動(dòng)、低空氣阻尼機(jī)構(gòu)上，就可以制造出液面非常完美的液體望遠(yuǎn)鏡。旋轉(zhuǎn)速度無需很快。科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)制造出了直徑為4米的液體望遠(yuǎn)鏡，其轉(zhuǎn)速大約為每小時(shí)5千米，和人快步行走的速度差不多。在月球的低重力環(huán)境下，液體望遠(yuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)速度可以更慢。

在地球上，大多數(shù)液體望遠(yuǎn)鏡都使用水銀。水銀在室溫下為液態(tài)，可以反射大約75％的入射光，效果幾乎和銀一樣好。目前世界上最大的液體望遠(yuǎn)鏡是加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)的“大型天頂望遠(yuǎn)鏡”，直徑為6米，建成于2005年，造價(jià)不到100萬美元，只相當(dāng)于一架同樣直徑的固體望遠(yuǎn)鏡造價(jià)的百分之幾。事實(shí)上，成本低廉正是促使科學(xué)家下決心建造月球液體望遠(yuǎn)鏡的最大動(dòng)因。

不過，使用水銀建造月球液體望遠(yuǎn)鏡卻是行不通的，因?yàn)樗y的密度很大，使得發(fā)射載荷太大，而且水銀還很昂貴。更重要的是，水銀在月面的真空環(huán)境中會(huì)很快蒸發(fā)。近年來，科學(xué)家一直在嘗試用被稱為“離子液體”的有機(jī)化合物代替水銀來制作液體望遠(yuǎn)鏡。所謂離子液體，基本上就是融解的鹽，其蒸發(fā)率幾乎為零，即便在月面的真空下也不會(huì)蒸發(fā)。此外，離子液體在極低的溫度下也能保持液態(tài)。目前，科學(xué)家還在設(shè)法合成能在液氮溫度下保持液態(tài)的離子液體。

離子液體的密度比水銀低得多，比水略大。盡管離子液體本身的反射率不高，但卻可以在離子液體望遠(yuǎn)鏡的表面形成一層超薄的銀，厚度僅為50～100納米(1納米等于10億分之一米)，如此薄的厚度實(shí)際上使銀固化了。在太空的真空環(huán)境中，具有極薄銀層的液體望遠(yuǎn)鏡既不會(huì)蒸發(fā)，也不會(huì)生銹。如此一來，液體望遠(yuǎn)鏡不就成了“固體望遠(yuǎn)鏡”。

為了保持液體鏡面的形狀，現(xiàn)在的液體望遠(yuǎn)鏡還只能水平放置，否則液體就會(huì)流出來。這是否意味著液體望遠(yuǎn)鏡不能調(diào)整方向?實(shí)際上，科學(xué)家已經(jīng)提出了幾種使液體望遠(yuǎn)鏡能夠傾斜的方案，比如在液體望遠(yuǎn)鏡的上方懸浮二級固體望遠(yuǎn)鏡，又比如讓液體望遠(yuǎn)鏡的鏡面本身略微彎曲。這些方法聽起來匪夷所思，但類似技術(shù)已被應(yīng)用于波多黎各阿雷希伯射電望遠(yuǎn)鏡。

只要望遠(yuǎn)鏡不被放置在地球或月球的極點(diǎn)，那么地球或月球每自轉(zhuǎn)一次，望遠(yuǎn)鏡就會(huì)隨之掃描天空中的一個(gè)環(huán)帶。月球的自轉(zhuǎn)軸以18.6年的周期發(fā)生擺動(dòng)，因此，月球望遠(yuǎn)鏡實(shí)際上能觀測一大片天空。

一個(gè)非常誘人的想法，是將大型液體望遠(yuǎn)鏡放置在月球極地附近。可以把望遠(yuǎn)鏡放置在一個(gè)永久無光照的隕擊坑的底部附近，那里的溫度很低，對于紅外(熱量)天文學(xué)觀測來說很理想。當(dāng)然，還需要在永久有光照的附近山頂上架設(shè)太陽能電池板，為望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)提供能量。

相對于傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡，總是往上看的液體望遠(yuǎn)鏡省去了承重支架、齒輪以及指向控制系統(tǒng)等，因而大大簡化了制造，重量也大為減輕。液體望遠(yuǎn)鏡所需的只有液體容器(或許是雨傘狀的，能自行展開)，外加幾乎無摩擦的超導(dǎo)軸承及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)。據(jù)估計(jì)，建造一部直徑20米的月球液體望遠(yuǎn)鏡所需的全部材料只有幾噸重，對于美國宇航局計(jì)劃在2l世紀(jì)20年代發(fā)射的“阿雷斯5號”系列飛船來說，往月球飛一次就足以運(yùn)送這些材料了。

未來的月球液體望遠(yuǎn)鏡的直徑有可能達(dá)到100米，也就是比一個(gè)足球場還大。如此巨大的望遠(yuǎn)鏡，可以一直回望到宇宙的年輕時(shí)期，即大約50億年前，那時(shí)第一批恒星和星系正在形成。或許還會(huì)發(fā)現(xiàn)一些意想不到的天體。這真激動(dòng)人心!

科學(xué)家指出，“在月球上架設(shè)巨型望遠(yuǎn)鏡”這一科幻理念，也許很快就能成為現(xiàn)實(shí)!