望遠鏡之年

今年對于望遠鏡來說是特別重大的一年，不僅因為今年是聯合國確定的國際天文年——紀念伽利略首次用望遠鏡觀測天體400周年；而且。新的“開普勒”軌道望遠鏡已在3月發射升空，目的是了解隱藏在遙遠恒星光芒背后的類地行星。5月，宇航員將為服役近20年的“哈勃”太空望遠鏡安裝一臺新相機，以便她在完成歷史使命前施展再多一點的魔力。

指向星空

為了把握播種、收獲的時節，安排一年四季的生產、生活，人類仰望星空關注天象由來已久。古代天文學家修建觀象臺，借助各種儀器，記錄他們所看到的日月星辰的位置、運動以及日食、月食、彗星光臨等各種天象。但在伽利略之前，人類只能用自己的眼睛觀測天空。

1608年，荷蘭人里帕席發明了一種奇妙的“光管”，能夠把遠處物體放大，使觀察者看得更清楚，并為此申請了專利。1609年，意大利物理學家伽利略聽說此事后，經過研究，獨立制成了一架口徑4.4厘米，長1.2米，放大率32倍的望遠鏡。當他把望遠鏡指向星空后，很快發現銀河原來是由數不清的星球組成的：月亮并不如亞里士多德說的那樣完美，而是有山有谷；金星有盈虧；太陽有黑子；木星有4個圍繞著它運轉的衛星，而不是“地心說”主張的那樣，所有天體都圍繞著地球在運行。

望遠鏡的威力來源于它收集光線的面積遠遠超過人眼的瞳孔：望遠鏡口徑越大，你就能看得越遠，也越清楚。這就是400年來望遠鏡越做越大的原因。伽利略自制的望遠鏡的放大倍率在今天看來小得可憐，但取得的成果卻開創了天文學研究的新時代。從那以后，望遠鏡口徑的每一次增大，都擴展了我們認識宇宙的眼界。

天外有天

借助望遠鏡，荷蘭人惠更斯發現了土星的最大衛星，而且正確地觀測到土星的光環是與土星分開的：借助望遠鏡，法國天文學家卡西尼在1675年發現并確認了土星光環中有個縫，這個環縫今天就以他的名字命名為卡西尼環縫。

英國科學家牛頓發現了萬有引力定律和光的色散，并發明了鏡簡短、無色差、后來成為主流的反射式望遠鏡。100年以后。英國人威廉·赫歇爾用自制的望遠鏡發現了天王星，也正是他在建成了當時世界上最大的反射式望遠鏡后。首次通過觀測證實了銀河系的恒星呈扁平狀分布。1845年，愛爾蘭的羅斯伯爵三世，將一架更大的望遠鏡建在了比爾城堡的兩面石墻之間：正是這架望遠鏡發現了第一個不是模糊一團，而是有結構的星云。

19世紀末20世紀初，天文學得到了兩個革命性的工具：一個是光譜學——通過分析天體的光譜就可以知道它的物理性質、化學組成和運動速度。另一個是照相術，它比目測更具積累性和客觀性。19世紀20年代，美國人埃德溫·哈勃正是借助這兩種工具，從威爾遜山的2，5米望遠鏡中發現仙女座星云其實是由大量恒星組成的，而且距離遠遠超過銀河系的尺度；人類終于知道了銀河系外“天外有天”的事實。

打開大天窗

1929年，哈勃利用反射式天文望遠鏡觀察了18個星系的光譜，發現所有的星系光譜都明顯向紅端移動，說明這些星系都在以極大速度離我們而去，而且星系離我們越遠，運行速度越快，這意味著宇宙正在膨脹。哈勃的這一重要發現，為宇宙大爆炸學說奠定了觀測基礎。哈勃的成就激勵了全世界科學家建造更大望遠鏡的決心，可是一個偶然的發現。改變了人們建造望遠鏡的思路。

1932年，美國貝爾電話公司的科學家在尋找無線電長途電話的干擾來源時，無意中發現了來自銀河系中心的無線電波；天文學家立即對來自宇宙的無線電波產生了興趣。在不久后爆發的第二次世界大戰中，英國人為了預警德國飛機的襲擊發明了雷達。1942年2月，他們發現雷達信號也會受到來自太陽黑子和耀斑的干擾。二戰結束后，雷達變身為射電望遠鏡，給天文望遠鏡的發展帶來了一次質的飛躍。

在此前的長達幾百年的時間內，天文觀測始終脫離不了“可見光”的范圍。但事實上除了可見光之外，宇宙中還存在著各種人眼看不見的射線，例如紅外線、紫外線、x射線、r射線，以及包括長波、短波、超短波等在內的無線電波。其中，僅無線電波可以觀測的有效波長范圍就是可見光的109倍。因此，人們形容用可見光來觀測宇宙，就如同被關在黑屋子里的人從門縫看房子外面的一切。而射電望遠鏡的發明，猶如給這間黑屋開了一扇大窗子。在短短幾十年時間里，射電望遠鏡已經取得了類星體、脈沖星、宇宙微波背景、星際分子等一系列卓越的發現。

太空望遠鏡

由于地球大氣的影響，來自宇宙的大部分短波長的紫外線及x射線無法到達地面。為了要觀測它們，唯一的辦法是把天文望遠鏡架設到大氣層外去。1970年12月，美國成功發射了“自由號”X射線衛星，隨著它和后來的“愛因斯坦天文臺”發射升空，數千個新的x射線源被發現。而這些發射x射線的天體中，便包含著宇宙中最神秘的“黑洞”。

1990年4月25日，口徑2.4米，工作波長從紫外到近紅外，耗資30億美元的“哈勃太空望遠鏡”，由航天飛機運載升空。盡管由于人為的差錯，不得不在1993年12月2日對它進行了規模浩大的修復工作，但成功修復的哈勃望遠鏡。性能甚至超過了原先設計的目標。近20年來，分辨率比地面的大型望遠鏡高出幾十倍的哈勃太空望遠鏡，不僅取得了豐碩的科學研究成果。還以它拍攝的令人稱奇的宇宙照片激發了無數人對探索宇宙的渴望。

被指定接替“哈勃”的，是定于2013年發射的“詹姆斯-韋布太空望遠鏡”。它將能接收到宇宙中最古老、最微弱的光線：這些光線在星系誕生之前就已經發出，當時宇宙剛開始變得透明，光線剛剛能夠自由傳播——這幾乎要追溯到時間的起點了。

迎接“巨無霸”

在太空望遠鏡大發展的同時，在得到名為“自適應光學技術”的支撐后，21世紀的人類，將迎來地面天文望遠鏡競相發展的“巨無霸”時代。其中包括，美國和澳大利亞合作研制。計劃2016年落成。口徑24.5米的大麥哲倫望遠鏡。美國和加拿大合作研制。計劃十年內完成，口徑30米的大型望遠鏡。此外。還將有鏡面跨度42米，由906塊六邊形的小鏡片組成的歐洲超大望遠鏡和歐洲空間局計劃投資10億歐元建設的，口徑100米，聚光面積大于6000平方米的世界上最大的光學紅外望遠鏡。

目前世界上最大的單口徑射電望遠鏡是美國建造的口徑305米阿雷西博望遠鏡。咱們中國正在利用貴州的“天坑”建設口徑500米，比阿雷西博更大、技術更先進的FAST望遠鏡。建成后將成為世界上規模最大、靈敏度最高的單口徑射電望遠鏡，預計2014年投入使用。

月基望遠鏡

對天文學家來說，在不遠的將來。再沒有比把天文望遠鏡架設到月球表面更理想的了。月球表面沒有大氣，處于超真空狀態。在地球上進行天文觀測時，由地球大氣層造成的一切干擾，對于月基望遠鏡將不復存在。月球上沒有地殼那樣的板塊運動，月球的內核也已經凝結成固態。因此，月球上幾乎沒有“月震”活動。對大型天文望遠鏡而言。這是一個巨大、穩定而且極其堅固的平臺。月球上絕對無風，尤其適宜建立基線長達幾十千米甚至幾百千米的光學、紅外和射電干涉等天文觀測系統。它面臨的技術問題要比處于失重狀態下的太空望遠鏡簡單得多，造價亦遠為低廉。

地球每24小時自轉一周，造成了天體的東升西落，所以在地球上通常很難長時間地跟蹤觀測同一個天體。月球大約每27天才自轉一周，月球上的每個白晝或黑夜差不多都有地球上的兩個星期那么長，因而在那里持續跟蹤觀測一個目標可以長達300多個小時。而且。月球上沒有大氣。太陽光不會遭到散射，所以縱然烈日當空，照樣還是繁星滿天。依然可以用光學望遠鏡觀測天體。如今，要把望遠鏡送上月球，在技術上并沒有不可逾越的障礙。