1608年，一個(gè)荷蘭眼鏡商發(fā)明了第一架小望遠(yuǎn)鏡。次年，伽利略用自制的望遠(yuǎn)鏡第一次觀測(cè)星球，從此人類踏上了探索宇宙的新征程。400年來,凝聚了人類雄心勃勃的追求與智慧，望遠(yuǎn)鏡從小口徑到大口徑，從光學(xué)望遠(yuǎn)鏡到全電磁波段望遠(yuǎn)鏡，從地面望遠(yuǎn)鏡到空間望遠(yuǎn)鏡……不僅使天文學(xué)發(fā)生了革命，而且深刻地影響了其他科學(xué)的發(fā)展，乃至整個(gè)人類社會(huì)的進(jìn)步。
　　
　　“天外有天”
　　
　　在伽利略之前，沉迷于夜空世界的天文學(xué)者只能用他們的肉眼來觀察天空。伽利略自制的望遠(yuǎn)鏡所放大的倍率在今天看來小得可憐，但在人類科學(xué)史上卻引發(fā)了一場(chǎng)革命。
　　人類對(duì)天空的關(guān)注同文明的歷史一樣久遠(yuǎn)。為了知道日期，季節(jié)，何時(shí)播種，何時(shí)過冬，人們總是仰望蒼穹，從閃閃的星空尋找答案。為了便利地觀測(cè)天象，古代天文學(xué)家修建了觀象臺(tái)，借助各種記錄天體方位的儀器，記下了他們所看到的日月星辰的位置、運(yùn)動(dòng)以及日食、彗星，新星等特殊天象。
　　觀測(cè)天象不僅有實(shí)用的目的，更重要的是星空從來都是人類好奇心和想象力的源泉。
　　1608年，荷蘭人里帕席發(fā)明了一種奇妙的“光管”能夠把遠(yuǎn)處物體放大，并為此申請(qǐng)了專利。
　　1609年，意大利物理學(xué)家伽利略聽說此事后，經(jīng)過研究獨(dú)立制成一架口徑4.4厘米，長(zhǎng)1.2米，放大率32倍的望遠(yuǎn)鏡。當(dāng)他把望遠(yuǎn)鏡指向天空時(shí)，很快就發(fā)現(xiàn)銀河原來由數(shù)不清的星星組成，月亮并不是亞里士多德所說的那樣完美。
　　望遠(yuǎn)鏡的威力來源于它收集光線的面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人眼的瞳孔，望遠(yuǎn)鏡口徑越大，看得就越遠(yuǎn)，也越清楚。這就是后來望遠(yuǎn)鏡越做越大的原因。
　　英國(guó)科學(xué)家牛頓使天文學(xué)發(fā)生了一場(chǎng)革命，他發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律和光的色散，發(fā)明了鏡筒短、無色差、后來成為主流的反射式望遠(yuǎn)鏡。100年以后，威廉?赫歇爾用自制的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了天王星，他還建成了當(dāng)時(shí)世界上最大的反射望遠(yuǎn)鏡，首次通過觀測(cè)證實(shí)了銀河系的恒星呈扁平狀分布。
　　后來在愛爾蘭，羅斯伯爵三世又建了一個(gè)更大的望遠(yuǎn)鏡，1845年它被建在比爾城堡的兩面石墻之間，正是這架望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)不是模糊一團(tuán)，而是有結(jié)構(gòu)的星云。
　　19世紀(jì)中葉以后，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工藝制造水平的提高，使人們建造大型精密的望遠(yuǎn)鏡成為了可能。天文觀測(cè)水平相應(yīng)大幅提高，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)水星近日點(diǎn)運(yùn)動(dòng)中存在牛頓力學(xué)無法解釋的部分。電磁現(xiàn)象的研究也使經(jīng)典物理學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀遇到了前所未有的困難。時(shí)代造就了天才的愛因斯坦，他提出的狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論，對(duì)20世紀(jì)人類科學(xué)的飛速發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。
　　19世紀(jì)末20世紀(jì)初，天文學(xué)還得到了兩個(gè)革命性的工具，一個(gè)是光譜學(xué)，通過分析天體的光譜人們就可以知道它的物理性質(zhì)、化學(xué)組成和運(yùn)動(dòng)速度。另一個(gè)是照相術(shù)，它比目測(cè)更具積累性和客觀性。1920年代，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(yuǎn)鏡中發(fā)現(xiàn)，仙女座星云其實(shí)是由大量恒星組成的，而且距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過銀河系的尺度。人們終于知道銀河系外“天外有天”的事實(shí)了。
　　
　　三次飛躍
　　
　　哈勃為現(xiàn)代宇宙學(xué)奠定了觀測(cè)基礎(chǔ)；射電望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明，為如同被關(guān)在黑屋子里窺探外界的人類打開了一扇大窗；而空間望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射，更激發(fā)了無數(shù)人對(duì)探索宇宙的渴望。
　　1929年，哈勃在威爾遜山天文臺(tái)觀察了18個(gè)星系的光譜，發(fā)現(xiàn)都明顯向紅端移動(dòng)，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?cè)竭h(yuǎn)，退行速度越快，這意味著宇宙正在膨脹。哈勃的這一重要發(fā)現(xiàn)，為現(xiàn)代宇宙學(xué)奠定了觀測(cè)基礎(chǔ)。
　　哈勃的成就激勵(lì)了全世界建造更大望遠(yuǎn)鏡的決心，可是一個(gè)偶然的發(fā)現(xiàn)，改變了人們建造望遠(yuǎn)鏡的思路。
　　1932年，美國(guó)貝爾電話公司的卡爾?央斯基為了要找出無線電長(zhǎng)途電話的干擾來源，無意中發(fā)現(xiàn)了來自銀河系中心的無線電波，天文學(xué)家對(duì)宇宙無線電波產(chǎn)生了興趣。
　　第二次世界大戰(zhàn)是人類的劫難，但是戰(zhàn)爭(zhēng)也促進(jìn)了軍事技術(shù)的革新，從而帶動(dòng)了科學(xué)的進(jìn)步。1942年2月，他們發(fā)現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)會(huì)受到來自太陽(yáng)黑子和耀斑的干擾。這樣，戰(zhàn)后雷達(dá)變身為射電望遠(yuǎn)鏡，給天文望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展帶來了第二次飛躍。
　　在過去幾百年中，天文觀測(cè)仍脫離不了“可見光”的范圍。事實(shí)上除了可見光之外，宇宙仍存在著各種射線如γ射線、X射線、紫外線、紅外線和無線電波如長(zhǎng)波、短波及超短波等等。僅無線電可以觀測(cè)的有效波長(zhǎng)區(qū)就是可見光的109倍。人們形容用可見光的波長(zhǎng)來觀測(cè)宇宙，就如同被關(guān)在黑屋子里的人從門縫看房子外面的一切。射電望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明，猶如給這間黑屋開了一扇大窗子。
　　不過由于地球大氣的影響，大部分短波長(zhǎng)的紫外線及X射線無法到達(dá)地面。為了要觀測(cè)它們，唯一的辦法是到大氣層外去。航天技術(shù)給望遠(yuǎn)鏡帶來了第三次也是最徹底的一次飛躍。
　　1970年12月美國(guó)天文學(xué)家賈可尼領(lǐng)導(dǎo)發(fā)射了一個(gè)名為“自由號(hào)”的X射線衛(wèi)星，隨著它和后來的“愛因斯坦天文臺(tái)”發(fā)射升空，數(shù)千個(gè)新的X射線源被發(fā)現(xiàn)，而這些發(fā)射X射線的天體中，便包含著宇宙中最神秘的“黑洞”現(xiàn)象。
　　下一個(gè)具里程碑意義的空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射于1990年4月25日，由美國(guó)宇航局主持建造的巨型空間天文臺(tái)――口徑2.4米、工作波長(zhǎng)從紫外到近紅外的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡，由航天飛機(jī)運(yùn)載升空。它耗資30億美元，是目前所有天文觀測(cè)項(xiàng)目中規(guī)模最大、投資最多、最受公眾注目的一項(xiàng)。
　　哈勃空間望遠(yuǎn)鏡不僅取得了豐碩的科學(xué)研究成果，還以它拍攝的令人稱奇的宇宙照片激發(fā)了無數(shù)人對(duì)探索宇宙的渴望。
　　地面望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展也在一日千里地進(jìn)步，為了隨時(shí)校正鏡面的重力和溫度變形，鏡面背后安裝了一排排計(jì)算機(jī)指揮的傳感器。而位于智利的由4臺(tái)8米望遠(yuǎn)鏡組成的VLT望遠(yuǎn)鏡，甚至在激光星的幫助下，使鏡面產(chǎn)生相應(yīng)形變來補(bǔ)償大氣擾動(dòng)的影響。這些稱為“主動(dòng)光學(xué)”和“自適應(yīng)光學(xué)”的新技術(shù)使望遠(yuǎn)鏡的分辨率達(dá)到和空間望遠(yuǎn)鏡媲美的水平，使人類的視野能夠達(dá)到遙遠(yuǎn)的宇宙邊緣。
　　
　　未來“巨無霸”
　　
　　現(xiàn)在仍在空間軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)的望遠(yuǎn)鏡，如哈勃、斯必澤、錢德拉等，仍然會(huì)不斷取得令人驚嘆的數(shù)據(jù)。而未來的太空望遠(yuǎn)鏡，在得到“自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)（AO）”支撐的時(shí)候，將迎來巨無霸時(shí)代。
　　400年來，望遠(yuǎn)鏡的巨大進(jìn)步不斷擴(kuò)展著我們的視野，引導(dǎo)了人類宇宙概念的革命，推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)和社會(huì)的發(fā)展。
　　21世紀(jì)，人類又有了更新更宏偉的望遠(yuǎn)鏡建造計(jì)劃：
　　大麥哲倫望遠(yuǎn)鏡（GMT）
　　由美國(guó)的華盛頓卡內(nèi)基研究所等8個(gè)單位與澳大利亞國(guó)立大學(xué)合作的望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃，由7面8.4米口徑反射鏡片構(gòu)成，每一個(gè)鏡片的大小都與已在使用的大雙筒望遠(yuǎn)鏡（LBT）的相同。
　　當(dāng)24.5米口徑的GMT把所有的光都集中起來時(shí)，其光力相當(dāng)于其前輩、智利拉斯康帕納斯天文臺(tái)6.5米口徑Walter Baade望遠(yuǎn)鏡和Landon Clay望遠(yuǎn)鏡所能達(dá)到聚光力的11倍。使用了自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)后，其探測(cè)暗弱天體的速度要快出130倍。
　　30米望遠(yuǎn)鏡（TMT）
　　下一個(gè)十年的中期，擁有492個(gè)巨大組件的30米望遠(yuǎn)鏡（TMT）睜開它的巨眼的時(shí)候，它能收集到比10米凱克望遠(yuǎn)鏡強(qiáng)9倍的星光，拍攝的天體星等更要暗上2.5等（也就是10倍），分辨率則要高出3倍。
　　TMT的主要目標(biāo)是在近紅外波段用前所未有的精度穿透宇宙深處。巨大的薄鏡面陣列將巧妙排列以便可以使用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)。TMT的分辨率將達(dá)到哈勃望遠(yuǎn)鏡的10倍。
　　歐洲超大望遠(yuǎn)鏡（E－ELT）
　　它巨大的鏡面跨度42米，由906塊六邊形的小鏡片組成。它是100多位歐洲南方天文臺(tái)（ESO）天文學(xué)家集體智慧的結(jié)晶，估計(jì)“開光”要到2017年。
　　歐空局100米望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃
　　歐洲空間局計(jì)劃投資10億歐元建設(shè)口徑100米，聚光面積大于6000平方米的世界上最大的光學(xué)/紅外望遠(yuǎn)鏡。
　　中國(guó)研制中的大型望遠(yuǎn)鏡
　　目前世界上最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡是美國(guó)建造的口徑305米阿雷西博望遠(yuǎn)鏡，而中國(guó)準(zhǔn)備利用貴州天坑建設(shè)口徑500米，比阿雷西博更大、技術(shù)更先進(jìn)的FAST望遠(yuǎn)鏡。建成后，它將成為世界上規(guī)模最大、靈敏度最高的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，預(yù)計(jì)2014年投入使用。
　�。ㄕ�自10月20日《文匯報(bào)》本文資料由中科院國(guó)家天文臺(tái)資料提供）
　　
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　　建造巨型光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡的最大挑戰(zhàn)
　　建造巨型光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡最大的挑戰(zhàn)是磨制巨大的高精度光學(xué)鏡片，望遠(yuǎn)鏡的鏡片越大，功能就越強(qiáng)，為了看得更遠(yuǎn)更清晰，巨型望遠(yuǎn)鏡的制造者們將磨制巨鏡的工程學(xué)發(fā)展到了極限，他們追求巨鏡又要維持精確的形狀，讓光線正確地聚焦，而做到這一點(diǎn)極為困難，因?yàn)榇箸R片和精確的形狀原是相互矛盾的，在夜間觀測(cè)溫度逐漸下降的情況下，鏡片的玻璃會(huì)收縮，且薄的部分收縮得快，導(dǎo)致鏡面變形，鏡片的直徑愈大，形狀就愈難以保持精確，影像愈容易扭曲，為此天文學(xué)家常常采用各種新型材料：耐熱玻璃、玻璃陶瓷和石英等，用它們制作的鏡片一般不易變形。
　　一旦鏡片的直徑變得過大，維持鏡片的剛度也會(huì)變得越來越困難，人們不得不將鏡片厚度依比例放大，鏡片重量也因此成倍增加，承載系統(tǒng)變得巨大無比且費(fèi)用高昂，要解決這個(gè)難題，科學(xué)家們必須選擇較薄的鏡片。日本科學(xué)家在制造昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡時(shí)在鏡片背面安裝了活動(dòng)支撐系統(tǒng)，利用升降裝置使鏡片保持正確的形狀，鏡片由390個(gè)活動(dòng)支架支撐，電腦每秒發(fā)出10次指令檢查鏡片的形狀，一旦發(fā)現(xiàn)鏡片變形，就利用活動(dòng)支架的升降保持鏡片的正確形狀。
　　另一種方法是將整個(gè)鏡片改由許多小鏡片組合而成，這種方法也需要一套系統(tǒng)控制鏡片的方向，使鏡片維持連續(xù)完整的形狀。例如凱克望遠(yuǎn)鏡的整個(gè)鏡片由36片六角形的鏡片組合而成，每片鏡片因所在位置不同而形狀各異，所以研磨和安裝至關(guān)重要，否則難以使整個(gè)透鏡成為一種能清晰聚焦的拋物線形狀。凱克望遠(yuǎn)鏡口徑10米，計(jì)算機(jī)一刻不停地監(jiān)控所有的鏡片，每秒鐘對(duì)鏡片的狀態(tài)調(diào)整兩次以保證鏡片的形狀精確無誤。（張唯誠(chéng)）

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