甚大望遠(yuǎn)鏡到底有多大

甚大望遠(yuǎn)鏡可以分辨出夜空中非常小的天體，自運(yùn)作以來(lái)，幫助天文學(xué)家取得了非常多的天文發(fā)現(xiàn)，超過(guò)了世界上其他任何望遠(yuǎn)鏡。它的功能為何如此強(qiáng)大？

重要看點(diǎn)

甚大望遠(yuǎn)鏡由4臺(tái)主鏡直徑均為8.2米的大型望遠(yuǎn)鏡組成，每臺(tái)望遠(yuǎn)鏡都可以單獨(dú)工作。

甚大望遠(yuǎn)鏡的每臺(tái)望遠(yuǎn)鏡都可以分辨出夜空中非常小的天體，相當(dāng)于在地面上分辨出400千米外國(guó)際空間站上的針頭大小的物體。4臺(tái)望遠(yuǎn)鏡協(xié)同工作時(shí)的分辨率是單獨(dú)工作時(shí)的26 倍。

在智利阿塔卡馬沙漠廣袤深邃的夜空下，Antu（在當(dāng)?shù)卣Z(yǔ)言中，Antu意為“太陽(yáng)”）望遠(yuǎn)鏡正在對(duì)準(zhǔn)夜空進(jìn)行觀測(cè)。

Antu望遠(yuǎn)鏡是世界上最大的望遠(yuǎn)鏡之一，主鏡由一塊陶瓷玻璃鑄成，直徑達(dá)8.2米。

不過(guò)，在荒涼的阿塔卡馬沙漠里，Antu 望遠(yuǎn)鏡并不孤單，它的身邊有3 臺(tái)同樣大小的望遠(yuǎn)鏡陪伴著它。當(dāng)這4臺(tái)望遠(yuǎn)鏡協(xié)同觀測(cè)夜空中的同一個(gè)點(diǎn)時(shí)，它們就組成了世界上最強(qiáng)大望遠(yuǎn)鏡之一的甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）。

絕佳的地理位置

即使用肉眼看，阿塔卡馬沙漠的夜空也非常壯觀。

甚大望遠(yuǎn)鏡位于海拔約2600米的高原，在這里，空氣稀薄、干凈，大氣透明度高，觀測(cè)工作不會(huì)受到干擾。

阿塔卡馬沙漠是世界上最干燥的地區(qū)之一，一年中近360天萬(wàn)里無(wú)云，這也是這片沙漠成為絕佳天文觀測(cè)地的原因——否則，潮濕空氣中的水蒸氣會(huì)使恒星發(fā)出的微弱光線產(chǎn)生偏移。

在沒有月光的夜晚（當(dāng)月球運(yùn)行到太陽(yáng)和地球之間，以黑暗面朝向地球時(shí)，地球的夜晚就沒有月光，這種情況通常出現(xiàn)在農(nóng)歷的每月初一），甚大望遠(yuǎn)鏡所在的高原一片漆黑。最近的城鎮(zhèn)在100多千米之外，天文學(xué)家住在地下掩體中，燈光不會(huì)從掩體中透出來(lái)。因此，除了夜空中的星星，望遠(yuǎn)鏡幾乎不會(huì)受到任何光線的干擾。

天文學(xué)家夜間出來(lái)觀測(cè)時(shí)只能摸黑行走，在這片高原上，夜間禁止使用手電筒，唯一被允許使用的燈光就是汽車的轉(zhuǎn)向燈。

此外，這里的儀器需要安靜，如果你想切身體驗(yàn)望遠(yuǎn)鏡是如何搜尋天體的，需要提前數(shù)年預(yù)約。

證實(shí)銀河系中心存在超大質(zhì)量黑洞

在天文學(xué)家證實(shí)銀河系中心存在超大質(zhì)量黑洞之前，他們預(yù)言，如果黑洞存在，那么由于這個(gè)黑洞質(zhì)量極大，當(dāng)恒星的光穿過(guò)黑洞產(chǎn)生的極端引力場(chǎng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生廣義相對(duì)論所預(yù)言的引力紅移效應(yīng)。也就是說(shuō)，恒星距離黑洞越近，它們呈現(xiàn)的顏色越紅。

2018年，天文學(xué)家利用甚大望遠(yuǎn)鏡干涉儀首次在圍繞銀河系中心運(yùn)行的恒星上觀測(cè)到引力紅移效應(yīng)。觀測(cè)的結(jié)果與廣義相對(duì)論的預(yù)言精準(zhǔn)吻合！與此同時(shí)，天文學(xué)家還利用甚大望遠(yuǎn)鏡干涉儀發(fā)現(xiàn)了在銀河系中心附近高速旋轉(zhuǎn)的氣體，進(jìn)一步證實(shí)了銀河系中心存在超大質(zhì)量黑洞。

甚大望遠(yuǎn)鏡受到全球天文學(xué)家的關(guān)注，它也不負(fù)眾望地幫助天文學(xué)家取得了很多開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)，比如證實(shí)了銀河系中心存在超大質(zhì)量黑洞的預(yù)言；揭開了最大的黃特超巨星（黃特超巨星HR 5171A，直徑約為太陽(yáng)的1300倍）的神秘面紗。

甚大望遠(yuǎn)鏡所在的天文臺(tái)于1991年開始建造。1998年，Antu望遠(yuǎn)鏡建成，在接下來(lái)的幾年里，Kueyen望遠(yuǎn)鏡、Melipal望遠(yuǎn)鏡、Yepun望遠(yuǎn)鏡相繼建成，這3臺(tái)望遠(yuǎn)鏡的名稱含義分別是“月亮”“南十字”“金星”。

自1998年以來(lái)，甚大望遠(yuǎn)鏡收集到的數(shù)據(jù)已經(jīng)幫助天文學(xué)家完成了1萬(wàn)多篇論文。也就是說(shuō)，平均每天就有1篇以上的論文被發(fā)表，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了地球上的其他望遠(yuǎn)鏡。

超強(qiáng)的觀測(cè)能力

甚大望遠(yuǎn)鏡的每臺(tái)望遠(yuǎn)鏡都安裝在一個(gè)25米高的筒倉(cāng)中，筒倉(cāng)可以360? 旋轉(zhuǎn)，使望遠(yuǎn)鏡可以從各個(gè)角度觀測(cè)宇宙。

白天，筒倉(cāng)會(huì)關(guān)閉，內(nèi)部的空調(diào)系統(tǒng)開始制冷，使筒倉(cāng)的內(nèi)部溫度和夜晚的環(huán)境溫度保持一致。這樣，望遠(yuǎn)鏡的鏡面就不會(huì)因?yàn)闇夭疃l(fā)生變形。當(dāng)夜幕降臨，筒倉(cāng)的門滑到一邊，望遠(yuǎn)鏡就可以開始工作了。

4臺(tái)望遠(yuǎn)鏡的主鏡直徑均為8.2米，厚18厘米，表面幾乎完全光滑、平整。假如把鏡子放大到和地球直徑差不多，整面鏡子也極為平整，相對(duì)于水平面的傾斜度只有幾厘米。

為了讓鏡子反射光線，鏡面被鍍了一層厚度僅為0.00008毫米的鋁，質(zhì)量只有12克，比一個(gè)空可樂(lè)罐還要輕。

隨著時(shí)間的推移，鋁層會(huì)被沙漠中的沙礫磨損。因此，工作人員每隔18個(gè)月就要對(duì)鏡子進(jìn)行維修，然后用化學(xué)溶液將鋁層洗掉，再刷上新的鋁層。這個(gè)過(guò)程很費(fèi)力，但好在鋁的成本很低。

盡管望遠(yuǎn)鏡建在世界上最干燥的沙漠地區(qū)，但大氣還是會(huì)擾動(dòng)遙遠(yuǎn)恒星的光線，使望遠(yuǎn)鏡拍攝的圖像失真。不過(guò)，甚大望遠(yuǎn)鏡的每臺(tái)望遠(yuǎn)鏡都采用了自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)，可以消除大氣的影響。

通過(guò)持續(xù)觀察大氣如何影響已知恒星的圖像，甚大望遠(yuǎn)鏡可以計(jì)算出大氣所造成的光束畸變，然后利用鏡面下的活塞輕微扭曲鏡面來(lái)校正光束，從而得到清晰的圖像。

如果觀察不到已知恒星，甚大望遠(yuǎn)鏡可以發(fā)射強(qiáng)大的激光束，激發(fā)大氣層中的鈉原子發(fā)光，形成“人造恒星”，從而計(jì)算和校正成像正畸變。

超大的反射鏡和自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)賦予了望遠(yuǎn)鏡超強(qiáng)的觀測(cè)能力，可以分辨出夜空中非常小的天體，相當(dāng)于在地面上分辨出400千米外的國(guó)際空間站上的針頭大小的物體，還能觀測(cè)到亮度僅為肉眼可見亮度的四十億分之一的天體。

甚大望遠(yuǎn)鏡的每臺(tái)望遠(yuǎn)鏡都擁有這樣的能力，但它們真正的超能力在于可以協(xié)同工作。

3臺(tái)世界領(lǐng)先的3強(qiáng)大望遠(yuǎn)鏡

為了更好地獲取觀測(cè)數(shù)據(jù)，性能強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡不僅需要更大的鏡面，還得遠(yuǎn)離來(lái)自城市的人造光或無(wú)線電波干擾，甚至需要被送入太空。目前，一些性能強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)能觀測(cè)到130億光年之外的天體。

1極大望遠(yuǎn)鏡

在距離甚大望遠(yuǎn)鏡20千米的地方，歐洲南方天文臺(tái)正在建造極大望遠(yuǎn)鏡。這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡的主鏡直徑為39.3米，由798塊六邊形小鏡片拼接而成，集光面積達(dá)到978平方米。建成后，它將是世界上最大的可見光和紅外望遠(yuǎn)鏡，圖像清晰度能達(dá)到哈勃望遠(yuǎn)鏡的16倍。

4臺(tái)望遠(yuǎn)鏡的主鏡直徑均為8.2米，厚18厘米，表面幾乎完全光滑、平整

利用所謂的干涉測(cè)量法（用多臺(tái)望遠(yuǎn)鏡把來(lái)自同一天體的光線或無(wú)線電波組合在一起），甚大望遠(yuǎn)鏡的圖像分辨率是每臺(tái)望遠(yuǎn)鏡單獨(dú)工作時(shí)的26倍。單口徑望遠(yuǎn)鏡想要擁有這樣的分辨率，直徑需要達(dá)到200米。

未來(lái)最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡

太陽(yáng)升起后，筒倉(cāng)關(guān)閉，忙碌了一整晚的天文學(xué)家回到地下掩體，準(zhǔn)備休息了。但對(duì)于普通游客來(lái)說(shuō)，天文臺(tái)白天的景色同樣令人驚嘆。智利是一個(gè)地形狹長(zhǎng)的國(guó)家，從甚大望遠(yuǎn)鏡所在的天文臺(tái)可以看到西邊的太平洋、東邊的安第斯山脈，還能看到阿根廷，以及20千米外的、比甚大望遠(yuǎn)鏡更強(qiáng)大的極大望遠(yuǎn)鏡（ELT）的建造地。

極大望遠(yuǎn)鏡的主鏡直徑為39.3米，集光面積達(dá)978平方米。這種大小的鏡子無(wú)法整體成型，因此極大望遠(yuǎn)鏡的主鏡將由798塊六邊形鏡片拼接而成。極大望遠(yuǎn)鏡預(yù)計(jì)于2028年建成。

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2詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡

詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡的主鏡直徑僅有6.5米，但它能捕獲來(lái)自遙遠(yuǎn)恒星的微弱光線。這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡目前在距離地球150萬(wàn)千米的軌道上運(yùn)行，截至2024年5月，詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的最遠(yuǎn)星系距離地球約135億光年。

3500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡

位于中國(guó)貴州省的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡是目前世界上最大的射電望遠(yuǎn)鏡，它被建在一個(gè)天然山谷中，反射面由4450個(gè)反射單元組成。理論上，這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡能夠探測(cè)到137億光年外從宇宙邊緣發(fā)射而來(lái)的無(wú)線電波。