那些奇形怪狀的天文望遠鏡

（原標題：天文望遠鏡）

出品：科普中國

製作：銀河路16號團隊

監製：中國科學院計算機網絡信息中心

一口幕天席地的鍋，涮著星群的波

聽說，上星期，各大媒體蜂擁到了貴州的一個山坳裡，人人都在傳：

「大鍋！」

「直徑500米！」

「面積足有30個足球場！」

美食節目？當然不是。這口架在平塘縣天然喀斯特坑谷裡，大得漫山遍野的金屬鍋，涮的並非酸筍餌塊，而是電磁波。它就是近期最耀眼的天文工程明星，國家重大科技基礎設施——500米口徑球面射電望遠鏡。雖然英文簡稱「FAST（快）」，整個項目可是慢工出細活：

1. 1994年選址，2011年開工——搞定鍋臺：

2. 去年底圈梁合龍，今年二月索網編攏——支起鍋架：

3. 今年八月初到現在，反射面單元一塊塊吊裝成功——正拼鍋殼：

等明年九月竣工，相信，比起那些給山加個蓋兒給島套個圈兒的環境雕塑，FAST也不遑多讓，堪稱又酷又深情的大地藝術（land art）吧？

難道，還有比FAST更大的？——天文望遠鏡快速分類法

世界最大的球面射電望遠鏡，FAST當之無愧。然而，去掉前綴，它是不是世界最大的望遠鏡呢？

如果你上網搜索一下，可能會發現，這個百科說：最大的在西班牙，直徑10米。那個媒體說，最大的在智利，正在建，直徑39米。還有的說，最大的在俄羅斯，直徑576米。更多的說，落伍了吧，最大的在南非和澳大利亞，也在建，據說信號收集面積1平方公裡，分布範圍超過3000公裡！

有準兒沒有？

其實，這些說法都沒有錯，但並不嚴格，這就得淺顯講講天文望遠鏡的分類。

分類法很多，最系統的，是按照望遠鏡探測的電磁波類型來區分：探測無線電的，叫射電望遠鏡；探測可見光的，叫光學望遠鏡；類推之，還有紅外線、X射線、伽瑪射線望遠鏡等。

每一類可以按照不同的標準再細分下去。

例如射電望遠鏡可以按照形態分為，球面射電望遠鏡、拋面射電望遠鏡、帶形射電望遠鏡，還有一種，是把好多單個射電鏡連起來，組成一個望遠鏡陣，再把單個採集的數據綜合起來，這個陣，就相當於一個虛擬的超大望遠鏡了。

再例如，光學望遠鏡可以按照原理分為，折射望遠鏡、反射望遠鏡、折反射結合望遠鏡，也有多個望遠鏡組成的陣。

而只有同一類，才能比大小。

不過，科學之美，既形而上，也形而下，又豈止於大？

就像音樂愛好者衍生了音響發燒友，天文愛好者也會衍生出天文工程控和天文臺旅行團。一句話：我們愛星星，但我們更愛望遠鏡！滿世界名山大川、「宮堡基廳」，全是熱門旅行團在合影，再踏上說走就走的窮遊路時，我們何不獨闢蹊徑，去看看奇形怪狀的望遠鏡？

好了，快速分類法在手，現在我們可以拿起世界地圖，訂好機票，挑想看的看了。

射電望遠鏡之美，美得波瀾壯闊，地陷天旋。先看它們。

拋面射電望遠鏡

大多數射電鏡，都是拋面的。如果看過安慰劑（Placebo）樂隊名曲《The Bitter End》的MV，也許還記得，主唱Molko帥氣得刷著吉他，鏡頭一拉，人小如蟻，竟是站在英國柴郡的洛弗爾（Lovell）望遠鏡上，拋面碟盤直徑76米，轉得白雲千載空悠悠：

如果在拋面射電鏡裡排尺寸，這個叱吒流行文化的天文工程明星只排第三，德國波恩直徑100米的艾菲爾斯伯格（Effelsberg）望遠鏡排第二，而第一名，也是這顆星球陸上最大的可移動物體，在美國西維吉尼亞，直徑110米，高過自由女神像，叫「綠岸」（Green Bank）——沒錯，《三體》的「紅岸」即典出於此：

感受到它的美了嗎？綠岸淋漓盡致地體現了射電鏡的純白，高冷，奇崛，未來派。

順嘴一提，綠岸直徑90米的前身，三十年前因為角撐板故障，用著用著，居然塌了，可你瞧，塌都塌得這麼帥：

而最能滿足民族虛榮心的，叫「天馬」，直徑65米，亞洲最大，自一二年起屹立上海松江，在黃昏蒼穹下緩緩巡天時，目擊者普遍表示已經看哭：

如果過幾年，等新疆奇臺直徑110米的建好，這座次還得重排。

到時候，中國搖滾樂隊有福了，農業重金屬和胡同小清新們，終於不必死守著冷卻塔或綠皮火車自拍個沒完了。

球面射電望遠鏡

拋面和球面的區別在於：電磁波平行入射進來，前者能把它們聚焦在一個點上，後者卻只能聚焦在一條線上。只有聚焦處，才能用饋源採集數據。

這就要說到FAST的最新進展了：大鍋四周，六座百米多高的支撐塔，用鋼索吊起了饋源艙——就是那個紅頂小白盤：

可能有些看不真切，太遺憾了。因為通過它，可以引出FAST最大的創新點，叫「主動反射面」。而這，還得從另一口大鍋講起。

如果看過暴露年齡的《007之黃金眼》或《超時空接觸》，也許對那一口嵌在朗朗青山中的大鍋還有印象。那正是FAST的前輩，波多黎各的阿雷西博（Arecibo）望遠鏡，直徑305米：

如今，這個獨大五十年，叱吒流行文化的天文工程明星，行將在球面射電鏡裡屈居老二了，它不僅輸在尺寸，也在技術：採集數據太費勁。

記得007和006懸空搏鬥的那根大白棍嗎？是阿雷西博早先的饋源，直接沿著焦線，不太好用，被換掉了：

記得吊在科學女和宗教男身後的那個大穹頂嗎？是阿雷西博後來的饋源艙，間接把焦線聚成焦點，好使，可有好幾百噸重：

接下來，就要說到「主動反射面」了：FAST的反射面能局部變形成拋面。

這樣，採集數據可輕鬆多了，大白棍和大穹頂都不需要，紅頂小白盤就夠，才30噸重。

江山代有「大鍋」出，風騷輪到FAST領。

這次，本土科幻導演有福了，再向海外輸出文化產品時，不愁沒有狂拽炫酷的實景。

帶形射電望遠鏡

如果不限於球面，確實還有比FAST更大的射電鏡。

它來自擅長氣吞山河的前蘇聯：近九百塊反射單元圍成一個圈，加上複雜的饋源，構成了世界最大的單個兒射電望遠鏡。這就是前面說直徑576米，在俄羅斯北高加索的RATAN-600：

射電望遠鏡陣

還有比FAST和RATAN-600更大的嗎？不好說。

如果你看過《終結者2018（Terminator Salvation）》，也許會對下面這個剿殺人類的天網基地眼熟。

最炫出場，還是《超時空接觸》，科學女收到外星人信號，縱身飈車時，背景上二十七架直徑25米的拋面鏡組成一個Y型陣，搖頭晃腦，不時踩著21公裡長的軌道雍容變陣，簡直像十層樓高的機械百合花在集體散步:

這就是叱吒流行文化的最大牌天文工程明星，美國新墨西哥的甚大陣（Very Large Array）:

這種陣，小到兩畝三分地，大到縱橫大洲，跨越大洋，浩浩湯湯，好看極了，前面說的幾位拋面、球面大佬，還有南非和澳大利亞那個在建的平方公裡陣（Square Kilometer Array），都是未來寰球望遠鏡網的一部分。

但這畢竟是陣，和單個兒的比尺寸，沒有意義，在解析度和靈敏度上，各有優勢。

光學反射望遠鏡

射電鏡更像天線，像耳朵，光學鏡則更像鏡子，像眼睛。

前面說直徑10米的，是西班牙加那利群島上的大加那利望遠鏡（Gran Telescopio Canarias）（見下圖），而直徑39米的，是智利阿塔卡馬沙漠上的歐洲極大望遠鏡（European Extremely Large Telescope），都是反射鏡，也分別是現有和在建的最大的光學望遠鏡。

它們的鏡面是由許多六邊形的小鏡拼起來的。

有整塊的嗎？有！

如果你看過國家地理頻道的《極限維修大挑戰》，可能還記得那塊直徑8.2米，厚才18釐米的大鏡面，被小心翼翼地拆掉，運下山清洗，主持人說，一定要蒙好帆布再運啊，的確，不然陽光被這麼大的凹面一聚焦，雷射炮似的，天堂都要被燒化吧。

這就是也在阿塔卡馬的甚大鏡（Very Large Telescope），一共四個反射鏡，主要單個兒使，偶爾也組成陣：

注意別搞混：甚大「陣」在美國，是射電鏡；甚大「鏡」在智利，是光學鏡。

光學折射望遠鏡

那折射光學鏡呢？這可說來話長。折射鏡資歷太老，是所有望遠鏡的祖宗，現在提得少了，可當年照樣叱吒過：

1673年，偉大的赫維留造了一架20釐米細，46米長的折射鏡，跑道似的吊在27米高的桅杆上，吹口氣兒就打晃兒（見左下圖）。

1686年，偉大的惠更斯兄弟造了一架22釐米細、64米長的折射鏡，沒有鏡筒，物鏡高懸樹梢，目鏡攥在手裡，中間連著一根繃直的長繩，以助校正，看上去更像兒童錫罐電話，用於跟瞠目結舌的雲彩聊天（見右下圖）。

夠驚世駭俗吧？沒有這些神經病似的狂想，哪兒來的現代科學啊。雖不能觀，心嚮往之。

天文望遠鏡旅行地圖

其它奇形怪狀的望遠鏡還有的是：美國新澤西的號角天線（Horn Antenna）像個大耳朵，發現了宇宙微波背景輻射，也算射電鏡：

另有飛在平流層的索菲亞天文臺（SOFIA）帶了紅外線鏡（見左上圖），趴在月亮上的嫦娥三號端著近紫外/光學反射鏡（見右上圖），飄在外太空的哈勃（Hubble）是光學反射鏡（見左下圖），埋在南極冰下分布一立方公裡的冰立方（IceCube）是中微子望遠鏡（見右下圖）……都太遠了，高山仰止吧。

遊不在遠，有心則靈。哪怕就在北京，在霧靈山腳啃著罐燜肘子，抹抹油嘴，望望山巔靜若白鴿的郭守敬望遠鏡（LAMOST），也會剎那間盡褪紅塵，一洗凡心吧？

最後奉上的，是最迷人的：在一座小山頂，3噸水銀被傾入一隻巨盤，款款旋轉，一個完美的液態拋面翩然出現，一個直徑6米的金屬池塘，終於映出了天頂的群星。

這是加拿大不列顛哥倫比亞的液態望遠鏡：

最後，總結本文所及大部分望遠鏡的地理位置：

鄭重提醒：

天文望遠鏡觀光，宜遠觀，不可褻玩，切忌幹擾！

看光學鏡，關掉電筒！

看射電鏡，關掉手機！

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本文來源：網易科技報導 責任編輯：王曉易_NE0011