光学观测的新视野

■ 陈晓文

光学天文学家利用干涉测量技术，大大增强了地面光学天文望远镜的观星能力，也给光学天文观测带来一个全新的局面。

在威尔森山顶的松林间，有6个圆顶建筑居高临下俯视着洛杉矶。这6个半球形建筑内，各有1架直径1米的望远镜，这些望远镜的规模，远不及地面其他的大型望远镜以及太空望远镜，不过当6架望远镜结合为一时，它产生的分辨率令其他望远镜都难以望其项背。

这6架呈Y形排列的望远镜是“高角分辨率天文中心”的一部分。望远镜收集的光线穿越真空管，最后以干涉测量法整合在中央贮光设备。将相距遥远的光束结合为一，赋予它相当于架设一具有330米镜面望远镜的高度解析能力，换句话说，它的分辨率是哈勃太空望远镜的50倍有余，因此可将星体的表面观测得一清二楚。

无线电天文学家利用干涉测量法已经有半个多世纪，然而光学天文学家却落于其后。如今，光学干涉测量法正迎头赶上，数个天文台更是成绩斐然。2009年年底，“高角分辨率天文中心”的团队发现差不多和太阳系一样宽的一个星尘盘，缓慢移至一个巨大的旧恒星前方，遮蔽住它的光芒。这让天文学家喜出望外，他们捕捉到的是一个食双星系的直接影像，而它的形成百余年来一直是个谜。

比起光学天文观测者，无线电天文学家从一开始即享有数项优势。地球的大气不会造成无线电波模糊，对波长较短的光束却会。从分散碟形天线收集的无线电讯号，可以数字化后通过电子传输重新整合成干涉模式，这是高解析影像的基础。由于操作容易，无线电天文学家可轻松将全球的碟形天线数据整合使用，以广如地球的基线创造虚拟的望远镜数组。

光学干涉法却无法如此，天文学家必须以纳米的精准度引导微弱的光束穿越地道，并且实时地完成光束的整合。他们还必须利用名为调适光学的复杂技术抵消大气的模糊效应。由于多数的光学数组使用的是较小的望远镜，光是收集足够的光线已是难事，而光线不足也导致研究对象受限，仅能选择附近的明亮恒星。

尽管障碍重重，光学干涉测量法还是让天文学家对星体有了新的视野，包括双星系如何彼此交换质量，恒星旋转时如何产生膨胀等。现在，科学家正在研究几个望远镜光束的结合技术。多光束不仅可提高数据收集效率，捕捉更多的光子加以使用，还可对数据进行交叉查对，让以干涉模式建立影像的工作简单化。“高角分辨率天文中心”已在2007年首度公开整合四光束的技术，2011年计划同时记录六道光束的成果。

光学天文学的进步让一度窒碍难行的实验变成例行作业，也让本身并非干涉测量法专家的天文学家有了全新体验。智利欧洲南方天文台的甚大望远镜干涉数组干涉法小组负责人戴普兰克形容，此刻的天文学家已是光学干涉法的“常用者”。

相较之下，美国设施获得的赞助较无组织与零碎。“高角分辨率天文中心”是美国国家科学基金会提供金援，由大学主持的研究。“高角分辨率天文中心”的潜在对手、新墨西哥州马达林纳岭天文台因为经费无着而进度落后；文化与环境的疑虑，导致在毛纳基峰兴建新望远镜的计划于2006年喊停。

不过，不是人人都对毛纳基峰的计划死心，该峰拥有全球密度最高的天文台群。巴黎天文台以及夏威夷纳米弧度天文学光学数组的主要研究员培林，正在整合毛纳基峰上的七大望远镜，让它成为具有800米基线的数组。为证明它可行，培林已以不显眼的光纤将二个凯克望远镜的光束整合为一。

在毛纳基峰上接受访问时，培林正忙于第二阶段工作，以光纤将双子北座望远镜与位于夏威夷大岛的加拿大、法国与夏威夷望远镜相衔接。

虽然科技仍是夏威夷纳米弧度天文学光学数组计划的一大障碍，培林指出，更困难的是说服毛纳基山的所有天文台同时提供他们宝贵的时间。培林说，要说服这些望远镜背后的组织，必须先证明干涉测量法是大势所趋。