望遠(yuǎn)鏡：打開通向宇宙的窗戶

蒲琳

自古以來，人類就對浩瀚的宇宙感到好奇。然而，人類肉眼所見有限，世界上存在著無數(shù)人的肉眼看不到的世界。

1609年，從意大利科學(xué)家伽利略第一次把他的簡陋的5厘米望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)向天空的那一刻起，人類對宇宙的認(rèn)識便提升到了全新的高度。其中打開通向宇宙的窗戶、使“望遠(yuǎn)”的極限得以擴(kuò)大的就要數(shù)射電望遠(yuǎn)鏡。

1957年10月11日，當(dāng)時世界上最大的可動射電望遠(yuǎn)鏡在英國約德雷爾河岸建成。最初它被命名為MARK I望遠(yuǎn)鏡，人們估計它的工作壽命只有十年。但在之后的數(shù)十年內(nèi)，它依然堅持工作。

宇宙是安靜的，仰望是孤獨的。如今，隨著人類制造工藝的發(fā)展，望遠(yuǎn)鏡技術(shù)也得以突飛猛進(jìn)，使得科學(xué)家能夠觀測太空中更廣袤的區(qū)域。

讓人類看到了“看不見的”宇宙

當(dāng)?shù)貢r間2019年7月9日，第43屆世界遺產(chǎn)大會在阿塞拜疆巴庫閉幕，在這次大會上，總計有29項申報項目列入《世界遺產(chǎn)名錄》。與中國的良渚一樣，英國卓瑞爾河岸天文臺（Jodrell Bank Observatory）的順利入選顯得相當(dāng)與眾不同，因為在這個遺產(chǎn)中，陪伴人類探索遠(yuǎn)方的不是詩歌，而是屬于我們這個時代的高科技。

卓瑞爾河岸天文臺隸屬于英國曼徹斯特大學(xué)，位于曼徹斯特大學(xué)以南20余公里柴郡的鄉(xiāng)村中。建成之初，這里只有一些簡單的天文觀測設(shè)備，直到1952年開始建造射電望遠(yuǎn)鏡。

1957年10月11日，MARK 1望遠(yuǎn)鏡竣工，其口徑達(dá)到67米，是當(dāng)時世界上最大的可動射電望遠(yuǎn)鏡。后來，它被更名為洛弗爾射電望遠(yuǎn)鏡，以紀(jì)念其建造者曼徹斯特大學(xué)的天文學(xué)教授洛弗爾·伯納德爵士（Sir Bernard Lovell）。

據(jù)記載，洛弗爾射電望遠(yuǎn)鏡建造完成后便迅速投入使用，它的第一項任務(wù)是追蹤蘇聯(lián)于1957年10月4日發(fā)射的全世界第一顆人造衛(wèi)星“斯普特尼克一號”。作為當(dāng)時世界上唯一能夠準(zhǔn)確對在軌衛(wèi)星進(jìn)行軌道跟蹤的設(shè)備，該望遠(yuǎn)鏡在距離“斯普特尼克一號”數(shù)百公里的地表，用它碩大的“眼睛”注視著人類邁向太空的第一步。

1990年發(fā)射升空的哈勃望遠(yuǎn)鏡。

在隨后的一段時間里，出現(xiàn)了一個“有趣”的現(xiàn)象，洛弗爾射電望遠(yuǎn)鏡在其進(jìn)行天文觀測之余的一項重要任務(wù)便是，作為巨型雷達(dá)，為處于太空競賽的美國和蘇聯(lián)提供各種探測器的軌道跟蹤工作。這是科技在那樣的國際環(huán)境下促成的“交流”。

如今，老當(dāng)益壯的洛弗爾射電望遠(yuǎn)鏡是世界上第三大的全動式射電望遠(yuǎn)鏡，仍在為曼徹斯特大學(xué)的學(xué)生、天文學(xué)家和工程師的教學(xué)和研究提供幫助。

而作為世界上第一臺大型射電望遠(yuǎn)鏡的擁有者，卓瑞爾河岸天文臺在射電天文學(xué)領(lǐng)域初期的研究成果都是突破性的，其貢獻(xiàn)包括發(fā)現(xiàn)了天體微波激射，確認(rèn)了脈沖星的存在，參與了第一例引力透鏡的觀測工作，發(fā)現(xiàn)了第一例位于球狀星云中的脈沖星等等。

作為近當(dāng)代高科技成就的典型案例，射電望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)徹底顛覆了人們對宇宙的理解——通過對電磁波的探測，讓人類看到了“看不見的”宇宙，這是傳統(tǒng)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡所難以企及的。

哈勃：從地面到太空

隨著航天技術(shù)的發(fā)展，想要得到直接清晰的宇宙圖像，科學(xué)家們認(rèn)為，將望遠(yuǎn)鏡直接放在大氣層外的太空是最好的辦法。

事實上，早在1946年，普林斯頓大學(xué)的天體物理學(xué)家萊曼·斯皮策在論文《在地球之外的天文觀測優(yōu)勢》中就曾提出太空望遠(yuǎn)鏡相比于地面望遠(yuǎn)鏡的兩大優(yōu)勢——第一，太空望遠(yuǎn)鏡不受大氣影響，能夠極大提升角分辨率;第二，太空望遠(yuǎn)鏡可以觀測到被大氣層吸收殆盡的紫外線和紅外線。

于是，美國從上世紀(jì)90年代初起，在十余年時間內(nèi)先后發(fā)射了四臺工作波段不同的大型太空望遠(yuǎn)鏡。其中，最著名的當(dāng)屬哈勃太空望遠(yuǎn)鏡。

1990年4月24日，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡搭乘著發(fā)現(xiàn)號航天飛機一飛沖天，開啟偉大的太空探索傳奇。但哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的故事實際始于發(fā)射前20多年：美國國家航空航天局（NASA）最初在1968年就確定了在太空建造3米口徑反射望遠(yuǎn)鏡計劃，暫時命名為大型太空望遠(yuǎn)鏡（LST），預(yù)計1979年發(fā)射。然而，由于經(jīng)費等問題，該計劃一拖再拖。1980年，大型太空望遠(yuǎn)鏡正式被命名為哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，用以致敬偉大的天文學(xué)家埃德溫·哈勃。

在經(jīng)過多年努力后，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡終于在1985年組裝完畢，準(zhǔn)備發(fā)射。但1986年，挑戰(zhàn)者號航天飛機在發(fā)射升空時突然爆炸墜毀，7名宇航員全部罹難，NASA航天飛機被迫停飛兩年，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射任務(wù)也隨之?dāng)R淺。在此期間，NASA也沒閑著，對哈勃太空望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行一系列改進(jìn)與測試。隨著航天飛機1988年再度升空，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)射時間被安排在1990年。

在過去30年里，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡環(huán)繞地球飛行超過60億公里，進(jìn)行的觀測超過140萬次，天文學(xué)家利用哈勃的觀測數(shù)據(jù)發(fā)表了超過17000篇科學(xué)論文，而這些論文又被引用超過80萬次……

在此之前，人類能夠觀測到的宇宙范圍只有70億光年。而哈勃通過無與倫比的觀測能力，將人類的視野擴(kuò)展到130億光年以外。哈勃望遠(yuǎn)鏡的工作帶來了許多難以置信的科學(xué)突破，其中最有名的一次可能是在20世紀(jì)90年代末，當(dāng)時天文學(xué)家通過研究哈勃觀測到的超新星爆炸，發(fā)現(xiàn)宇宙的膨脹速度正在加快。這一發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了一種被稱為暗能量的神秘力量的提出，暗能量顯然占了宇宙的70%，這一發(fā)現(xiàn)為三位科學(xué)家贏得了2011年諾貝爾物理學(xué)獎。

除非望遠(yuǎn)鏡遭受災(zāi)難性故障，導(dǎo)致其所有儀器無法使用或消除望遠(yuǎn)鏡指向目標(biāo)的能力，否則哈勃太空望遠(yuǎn)鏡至少將持續(xù)運行到2021年6月30日。

宇宙浩瀚無窮，探索永不停止。據(jù)外媒報道，2023年，NASA將發(fā)射一臺新的太空望遠(yuǎn)鏡。該任務(wù)的全稱是“研究宇宙歷史和再電離時期的光譜光度計和冰探測器”，簡稱為SPHEREx。它將致力于解決兩個關(guān)鍵問題：宇宙是如何演化的，以及一些重要的生命基礎(chǔ)分子在銀河系中分布的情況。

歷史上的這一周