1. 首頁 > 生活百科 >

地面上的望遠鏡，比太空里的哈勃還強？( 二 )


作為巨人家族其中一員，巨型麥哲倫只能排老三。
GMT 包含七個直徑 8.4 米的主鏡，一片中央主鏡片，6 片離軸鏡片，像花朵一樣的排列方式，6 個環繞在四周的鏡片能夠觀察到中心鏡片不能觀察到的任何角度的光線。因此，這種設計令這臺望遠鏡將形成 24.5 米直徑的集光區域，這樣的集光能力足以在近 160 公里（100 英里）外看到刻在硬幣上的火炬。而如今地面上最大的光學望遠鏡是凱克 10 米級望遠鏡，可以從 10 公里外讀出報紙上的標題文字。
地面上的望遠鏡，比太空里的哈勃還強？
文章插圖

麥哲倫巨型望遠鏡片排列方式效果圖｜GMT 官網
如此大的鏡片，制造時間相當漫長，剛鑄造完成的第六面鏡子，站在邊緣時約有兩層樓高，為 GMT 進行鏡子制作的是亞利桑那大學鏡頭實驗室——世界上最大的望遠鏡鏡頭制造領軍者。純手工制作的每一面鏡子，都需要 20 噸硼硅鹽酸玻璃來鑄造，耗費將近三個月的時間鑄造完成后，還需要大約 6 個月的時間來冷卻。隨后需要經歷耗時兩年的拋光過程，彎曲成一個精確的形狀。最終使得每一面鏡子的表面光學精度小于人類頭發寬度的千分之一，新冠病毒顆粒的 5 分之一。
其實從 17 世紀開始，人們一直在追求更大的口徑。
但傳統方法下的大口徑受到當時的技術限制，制作出的鏡片十分厚重，為了維持表面形狀，避免自重過大等原因帶來的變形，口徑也相應受到限制。
80 年代后，更輕薄的鏡面制作、分割鏡面以及主動光學技術出現。薄鏡面主動光學就是用一個動態支撐系統來進行控制主鏡形狀，通過改變主鏡形狀來補償由于外界力量，像風、重力等帶來的扭曲，從而維持最佳成像狀態。從此，光學望遠鏡有了向更大口徑前進的條件。
躲過了口徑上的限制，是所有地面望遠鏡都會遇到的問題——大氣。同樣的，口徑越大，集光過程中受大氣湍流的影響也就越大，眼前的「霧霾」會更重。對此，自適應光學系統的出現則相當于給望遠鏡戴上了一副矯正「眼鏡」。自適應光學是一種智能的精密儀器，系統中的波前傳感器可用于檢測光波的失真，然后再對圖像實時計算和校準，鏡片的厚度可以自動變形，用來應對地面望遠鏡遇到的大氣湍流問題。
地面上的望遠鏡，比太空里的哈勃還強？
文章插圖

巨型麥哲倫望遠鏡其中一面鏡子正在制作中｜GMT 官網
極大望遠鏡計劃中的這些「巨人」全都采用分割式鏡片來組成主鏡，配備更強的自適應光學系統，用來減少由于大氣層干擾引起的圖像失真，捕捉到比目前更清晰的星體圖像。
目前 39 米口徑的歐洲極大望遠鏡和位于夏威夷的 30 米望遠鏡都正在建造中，因為工程量巨大，加上新冠疫情的影響，預計完工時間在不斷推遲。雖然排行老三，但作為巨人家族中第一臺開始施工，也是完成進度最高的超大型地面望遠鏡，巨型麥哲倫如果按計劃順利投入使用，將成為世界上最大的光學望遠鏡。
仰望星空距離人類第一臺望遠鏡發明至今，已經有 400 多年。
在漫長的發展過程中，從單片發展到多片，從地面觀測發展到上天巡視，從最初只有 4.2 厘米，到如今"世界上最大的天文望遠鏡"的稱號數易其主。不僅是利用人眼可見的可見光進行觀測，現代望遠鏡同時利用了射電波和×射線來探測宇宙的奧秘，但不論是地面望遠鏡還是太空望遠鏡，射電望遠鏡還是光學望遠鏡等等，它們最終的目標都是浩瀚的宇宙。
告別過去人們只能用肉眼進行天文觀測，望遠鏡成了人類探索宇宙最有效的電子「眼睛」。
太空望遠鏡曾經一度打破了人類對宇宙的認知，那些夜空中人眼無法觀測到的灰暗部分，被拍攝成清晰的圖片傳回地球，引來一片驚呼，但是這還遠遠不夠。
3 月 7 日，NASA 對外官宣稱哈勃望遠鏡在再一次進入了安全模式。外界一直好奇哈勃究竟還能正常運行多久，可以肯定的是已經超額完成任務的它離退休不遠了。與此同時，詹姆斯韋伯望遠鏡迎來好消息：已經完成了最終的功能測試，預計將在今年 10 月份發射。這個 NASA 和歐空局最初預算 5 億，最終完工耗資將近 100 億美元的太空望遠鏡項目，盡管發射時間一再推遲，但它將會幫助我們洞察宇宙的過去：從大爆炸之后的第一縷光，到銀河系的形成和演變。
地面上的望遠鏡，比太空里的哈勃還強？
文章插圖

巨型麥哲倫望遠鏡渲染圖｜GMT 官網
而目前預計 2029 年投入使用的 GMT 也將會透過朦朧的大氣層，在加速膨脹的茫茫宇宙中，擔負探尋宇宙中恒星和行星系的生成、黑洞和暗物質的奧秘，以及銀河系的起源等重任。

推薦閱讀