打造一雙「慧眼」去看星光璀璨

2020-09-22 光明科普

仰望星空，人類經歷了從只用眼睛觀測，到使用先進科學儀器的過程。

觀測工具的大飛躍，讓我們不斷認識宇宙，感知無限的空間與時間。

人眼的瞳孔調節範圍是2-8毫米，能看到的最暗天體只到6.5等，用裸眼觀測土星時，我們看不到它的美麗光環，更看不到木星由4個大衛星圍繞旋轉的畫面，所以地心說統治了地球兩千年。直到1609年，一臺小望遠鏡指向夜空，清晰的畫面映入人間：月球上的環形山、土星的光環、木星的四顆衛星、金星的盈虧變化……原來天空如此奇妙，這使人們意識到日心說比地心說更正確。

兩年後，德國天文學家克卜勒對望遠鏡進行了優化，用兩片凸透鏡分別作為物鏡和目鏡，放大倍數顯著提高，不過視野裡看到的物體卻全部倒立了。它被後人稱為克卜勒式望遠鏡。

好奇心驅動人類去觀測更暗的天體，想看到更清晰的畫面，就需要更大口徑的望遠鏡。不過，技術難題也隨之出現，世界最大的折射望遠鏡——葉凱士望遠鏡，口徑1.02米，鏡筒達到了19米之長。另外，製造鏡片，要求材料均勻且透明度高，它的生產非常困難，並且折射材料會產生色差。

天文學家繼而轉向研究反射式望遠鏡，並不斷革新製造技術：鏡面拼接技術採用較小的子鏡拼接代替一整塊主鏡；薄鏡面技術讓鏡面厚度由米級下降為釐米級，重量大大減輕；主動光學技術與自適應光學技術，則讓成像的像質更加精細。

科學家們還發明了幹涉技術，將多臺望遠鏡通過幹涉技術，達到更高的解析度。人類拍攝第一張黑洞照片，使用射電望遠鏡觀測時，幹涉的最大基線幾乎接近地球的直徑。

在幹涉技術中，射電幹涉技術的成功應用，也激發了天文學家攻克光學波段幹涉技術的動力。目前最成功的幹涉儀——甚大望遠鏡幹涉儀，由4臺完全相同的8.2米口徑光學望遠鏡，和4臺1.8米口徑輔助望遠鏡組成，基線長度可達140米，能夠對黑洞附近的恆星進行引力紅移效應觀測，還能被用於地外行星大氣的光譜觀測。

新技術的出現，讓人類觀測宇宙的能力今非昔比。不過，以往的小問題卻升級成了大問題，厚厚的大氣層制約了天文觀測。於是，天文學家們不再滿足於在地面上看星星，天文觀測進入了在太空看星星的新時代。

空間望遠鏡被製造、發射、在軌觀測運行，人類取得了大量前所未有的科學成果。2020年，我們熟悉的哈勃已服役滿30周年。我國的空間天文觀測亦亮點紛呈，2017年「慧眼」硬X射線調製望遠鏡發射成功，多臺空間望遠鏡也在研製之中。

未來，望遠鏡還將更加神通廣大。更多激動人心的新發現將繼續推動人類文明發展的進程。望遠鏡的鏡片中，未來可期，星空將更加絢爛！

科學審核：李正陽、範舟、苟利軍、袁鳳芳

策劃監製：萬昊宜、宋雅娟

統籌：張佳興

編輯：趙宇豪

[ 責編：蔡琳 ]

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