文/ 葉楠

新世紀的大型天文望遠鏡

進入21 世紀以來，大型光學(xué)天文望遠鏡的建造不再是發(fā)達國家的專利，許多發(fā)展中國家也開始加大對天文學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入。和平年代里的世界各國在空間和天文領(lǐng)域開展友好的競爭與合作，讓人耳目一新的技術(shù)層出不窮，液態(tài)金屬可以用來制造望遠鏡，新的光路結(jié)構(gòu)可以兼具大口徑與大視場的優(yōu)勢，超越10 米量級的更大口徑的望遠鏡也在各國的合作下開始建設(shè)。在不久的未來，人類將通過這些新設(shè)備逐步解開宇宙中更多的奧秘。

麥哲倫望遠鏡

麥哲倫望遠鏡位于智利的拉斯坎帕納斯天文臺，由兩臺口徑6.5 米的光學(xué)望遠鏡組成。兩架望遠鏡相距60 米，分別以天文學(xué)家沃爾特·巴德和慈善家蘭頓·克萊的名字命名，于2000 年和2002 年先后建成。2013 年，隨著自適應(yīng)系統(tǒng)的升級改造，麥哲倫望遠鏡可以拍攝到最清晰的可見光圖像，角分辨率可以達到0.02 角秒，相當(dāng)于從160 千米外分辨出一枚硬幣的直徑。為其配備的自適應(yīng)副鏡名為MagAO，原本是為大雙筒望遠鏡準備的，不過由于意外，這面鏡子的邊緣在安裝前破碎了，便經(jīng)過切除邊緣破損部分后裝配到了麥哲倫望遠鏡上，也算是因禍得福。

大天頂望遠鏡

400 年來，所有的望遠鏡主鏡都是由金屬或玻璃磨制而成。但是早在數(shù)百年前，牛頓曾經(jīng)指出，旋轉(zhuǎn)液體的表面可以形成一個拋物面，這一特性正好可以用來制作望遠鏡。不過受限于當(dāng)時的技術(shù)水平無法制造出能保持穩(wěn)定速度旋轉(zhuǎn)的裝置，同時另一個困難是受重力影響，液體鏡面望遠鏡只能面朝天頂方向。2003 年，位于加拿大的不列顛哥倫比亞大學(xué)建造完成了這臺口徑6 米的液態(tài)鏡面望遠鏡，名為大天頂望遠鏡，它是迄今為止液態(tài)鏡面望遠鏡中最大的。它以液態(tài)汞為原料，每分鐘大約旋轉(zhuǎn)8.5 圈，角分辨率可以達到1.4 角秒。

南非大望遠鏡

南非大望遠鏡隸屬于南非國家光學(xué)天文臺，于2005 年建成，臺址位于開普敦東北370 千米外的漢塔姆自然保護區(qū)，海拔1837 米，是南半球最大的光學(xué)望遠鏡。南非大望遠鏡由91 個六邊形鏡片拼接而成，每個鏡片直徑1 米，拼接成11.1 米×9.8 米的主鏡（右圖），等效口徑9.2 米。與其他拼接鏡面望遠鏡不同的是，南非大望遠鏡的反射鏡不是呈拋物面狀而是呈球面狀，這主要是為了利用激光更好的對反射面進行校準。另一個不同尋常之處在于，在觀測期間鏡子本身是不進行跟蹤的，只有焦點位置的儀器進行移動跟蹤，這與阿雷西博射電望遠鏡的觀測方式有異曲同工之處，不過這也大大限制了望遠鏡所能觀測到的天區(qū)范圍。

加那利大型望遠鏡

加那利大型望遠鏡坐落于西班牙所屬的加那利群島中的拉帕爾瑪島上，這里是歐洲重要的地基光學(xué)和紅外天文觀測基地。望遠鏡于2002 年開始建造，但受限于群島地帶交通不便以及氣候狀況的影響，直到2007年才建成，2009 年開始正式科學(xué)觀測。望遠鏡的主鏡由36 片六邊形鏡片拼接而成，等效口徑10.4 米，是世界上最大的單一口徑望遠鏡。重達400 噸的望遠鏡和儀器漂浮在一層極薄的潤滑油上，只需要很小的力就可以使望遠鏡平穩(wěn)地改變指向和進行跟蹤。

大雙筒望遠鏡

大雙筒望遠鏡位于美國亞利桑那州海拔3300米的格拉漢姆山上，由兩臺口徑8.4 米的主鏡構(gòu)成，等效口徑11.8 米。兩面主鏡分別于2004 年和2006 年建成，由于兩臺望遠鏡被架設(shè)在同一臺基座上，因此被稱為大雙筒望遠鏡。當(dāng)兩臺望遠鏡進行干涉觀測時，其分辨率相當(dāng)于一臺口徑22.8 米的望遠鏡，干涉觀測主要應(yīng)用在紅外波段。大雙筒望遠鏡除了有著強大的觀測能力之外，由于其特殊的造型，它也經(jīng)常在各類科普節(jié)目中出鏡。

甚大望遠鏡

甚大望遠鏡的英文名非常直接，就叫做Very Large Telescope（VLT），它由4 臺相同的8.2 米口徑望遠鏡組成，位于智利北部阿塔卡馬沙漠旁的帕拉納山上，隸屬于歐洲南方天文臺。每臺望遠鏡的主鏡厚18 厘米、重22 噸，采用R-C 光學(xué)系統(tǒng)，焦比為F/2。每臺主鏡還配備了由150 個促動器組成的主動光學(xué)系統(tǒng)。從1999 年至2000 年，4 臺望遠鏡陸續(xù)建成，它們可以單獨進行觀測，也可以進行光學(xué)干涉觀測以獲得更高的角分辨率。單臺望遠鏡觀測角分辨率為0.05 角秒，進行光學(xué)干涉時可達到0.002 角秒。甚大望遠鏡是地基天文臺中最具有生產(chǎn)力的設(shè)施，在可見光波段的觀測成果轉(zhuǎn)化成科研論文的數(shù)量僅次于哈勃空間望遠鏡。

伊朗國家天文臺3.4 米望遠鏡

2022 年，耗資2500 萬美元建造的伊朗國家天文臺3.4 米口徑望遠鏡正式投入運行。天文臺位于伊朗中部海拔3600 米的加爾加什山上，從選址開始到望遠鏡建成一共經(jīng)歷了22 年的時間。3.4 米望遠鏡采用R-C 結(jié)構(gòu)，焦比F/11。望遠鏡拍攝的第一幅照片是距離我們約3.19 億光年的Arp 282 星系，圖像分辨率為0.8 角秒。第二張圖像的分辨率達到了0.65 角秒，接近望遠鏡在當(dāng)?shù)卮髿鈼l件下的分辨率極限。亞洲中西部地區(qū)一直是天文觀測的一個空白區(qū)域，3.4 米望遠鏡的建成填補了這個空白，對于那些轉(zhuǎn)瞬即逝的天文現(xiàn)象，如伽馬射線暴的觀測有著積極意義。

印度3.6 米光學(xué)望遠鏡

作為文明古國之一的印度在進入新世紀后也在不斷加大對航天及天文的投入，相繼開展了月球及火星探測等空間項目。在天文學(xué)領(lǐng)域，印度于2004 年在奈尼塔爾附近海拔2540 米的山上開始建造3.6 米口徑光學(xué)望遠鏡。該望遠鏡由比利時與印度合作建造，主鏡重達4.3 噸，配備有主動光學(xué)和自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)。2016 年3 月31 日，印度總理莫迪和比利時總理米歇爾共同遠程啟動了這臺望遠鏡。該望遠鏡配備有光學(xué)攝譜儀、CCD 成像儀及近紅外攝譜儀等終端設(shè)備，是當(dāng)時亞洲最大的通用型天文光學(xué)望遠鏡。

云南2.4 米口徑望遠鏡

坐落于我國云南麗江海拔3193 米的高美古觀測站中的2.4 米口徑望遠鏡，是我國及東亞地區(qū)口徑最大的通用型天文光學(xué)望遠鏡。望遠鏡于2007 年由云南天文臺的工程技術(shù)人員完成安裝，2008 年通過驗收投入使用。望遠鏡主鏡口徑2.4米，采用微晶玻璃材質(zhì)制作，其近乎于零的熱膨脹性能確保望遠鏡在-10℃～35℃的工作環(huán)境中不會發(fā)生形變。望遠鏡整體由液壓支撐，機械驅(qū)動和圓頂全部由計算機自動控制。其分辨率、指向精度、跟蹤精度等指標均為國內(nèi)最高水平。2.4米望遠鏡雖然口徑在國際上不算很大，但其填補了地理經(jīng)度上的空白，并具有先進的控制和觀測系統(tǒng)，為我國光學(xué)、精密機械、電子及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展提供了有益的借鑒。

郭守敬望遠鏡

郭守敬望遠鏡的全稱為大天區(qū)面積多目標光纖光譜天文望遠鏡（LAMOST），位于中國科學(xué)院國家天文臺興隆觀測基地，于1997 年立項，2001 年開始動工，2009 年通過驗收，2012 年開始正式巡天觀測。這是一架新類型的大視場兼?zhèn)浯罂趶酵h鏡，光路結(jié)構(gòu)為“王-蘇反射施密特望遠鏡”。其主要構(gòu)造分為三部分：球面主鏡由37 塊對角線長1.1 米、厚75 毫米的六邊形球面子鏡拼接而成，大小為6.67 米×6.05 米；反射施密特改正鏡由24 塊對角線長1.1 米、厚25 毫米的六邊形平面子鏡拼接而成，大小為5.72 米×4.40 米；第三部分是放置在焦平面處的4000 根光纖。天體的光經(jīng)過光纖傳輸?shù)焦庾V儀上，可以同時獲得4000 個天體的光譜，這使其成為世界上光譜獲取效率最高的望遠鏡。

現(xiàn)在世界上已經(jīng)有了數(shù)臺10 米級的望遠鏡，新技術(shù)以及新方法的應(yīng)用也在不斷豐富著望遠鏡的類型。但人類對于更大口徑望遠鏡的向往依然如舊，我國正在籌劃12 米口徑光學(xué)紅外望遠鏡的建造；位于智利拉斯坎帕斯口徑25.4 米的巨型麥哲倫望遠鏡正在建造之中；位于夏威夷口徑30 米的TMT 望遠鏡受到了當(dāng)?shù)厝说淖璧K，能否繼續(xù)修建還是未知數(shù)；歐洲南方天文臺口徑39.3米的ELT 望遠鏡在建成后將會成為世界上最大的光學(xué)望遠鏡。伽利略第一次將望遠鏡指向夜空時讓人類看到了許多前所未知的東西，這些更大口徑的望遠鏡又能帶來什么驚喜，讓我們拭目以待。