窥视宇宙奥秘的窗口

张雪松

在茫茫的宇宙太空中，群星璀璨，每一颗星球都射发着自己独特的光芒，人类对浩瀚的宇宙充满了敬畏和好奇。在蒙昧无知的年代，由于技术条件的限制，人类无法对宇宙的奥秘一探究竟，而到了今天，借助洞察宇宙的“千里眼”——天文望远镜，我们不仅可以一窥宇宙的真实面目，甚至可以借助它一睹宇宙形成之初的模样。

地面上的“千里眼”

—陆基望远镜

1609年，当伽利略将他研制出的世界上第一台天文望远镜对准人类肉眼无法分辨的星空时，竟发现了另一个神奇的宇宙世界——月球表面凹凸不平的环形山、木星的众多卫星、金星的圆缺变化，以及银河柔和光带中多如牛毛的星星。

作為人类窥探宇宙奥秘的窗口，陆基望远镜是人类布置在地面上、用于观测宇宙空间的“千里眼”。自适应光学和主动光学技术是陆基天文望远镜应用的新技术，它们分别通过对大气湍流和重力变形的纠正来提升陆基望远镜的观测能力。通常来说，天文望远镜的口径越大，收集到的光就越多。借助高聚光能力的镜面，望远镜分辨细节的本领也就越高，就可以“看清”更远的空间。陆基大型天文望远镜的新发展使人类对宇宙的认识能力达到前所未有的水平，同时也推动了国内外极大口径望远镜项目的诞生，如以美国为主投资建造的25米口径的巨型“麦哲伦”望远镜已于2015年开工建设，预计将于2024年建成完工；欧洲南方天文台39米口径的欧洲极大望远镜也已开工建设，预计将于2024年建成完工，两者都将配备先进的自适应光学系统。中国科学院国家天文台设计建造的“郭守敬”望远镜也使用了主动光学技术，这是目前世界上最大、最先进的巡天望远镜。

突破大气层的束缚

—空间望远镜

为进一步提高望远镜的分辨率，陆基天文望远镜的口径不断增大，尽管有先进的自适应光学和主动光学技术，但大口径天文望远镜极易受重力、风力和温度以及来自大气层散射的背景光及红外线等多种因素的影响，巨大的镜面也不可避免地会变形。科学家为避开大气等不利因素的影响，提出了在太空中放置天文望远镜的想法。

1990年，美国利用航天飞机将“哈勃”空间望远镜送入太空。科学家借助该望远镜的观察发现了宇宙膨胀理论和黑洞的存在。它大大扩展了人类的视野，被看作是天文学走向空间时代的一个里程碑。现如今，“哈勃”空间望远镜已经在轨运行26年，下一代“韦伯”空间望远镜预计将于2018年发射升空。美国的这一旗舰项目尚未到上天阶段，但欧洲空间局已于2009年将两部大型空间望远镜——“赫歇尔”和“普朗克”空间望远镜发射升空，用于观测恒星的早期形成和星系的演化。此外，欧洲空间局还于2013年发射了扫描能力惊人的“盖亚”巡天空间望远镜，它将帮助我们进一步了解银河系的演化过程，探测类星体和太阳系以外的行星。

由“上天”到“登月”的突破

—月基望远镜

空间望远镜克服了大气层的束缚，但温度和震动控制等问题依然存在，美国最新研制的“韦伯”空间望远镜为此还特意设计了巨大的遮阳罩。陆基望远镜即使运用自适应和主动光学技术，对大气吸收和红外线干扰等问题也无能为力。

为解决这些问题，科学家们提出了在月球观测基地建造月基望远镜的想法。月球表面处于超真空状态，没有大气层的干扰；月球表面的重力仅为地球的1/6，月震活动强度也仅约为地震活动的亿分之一，观测环境十分稳定。因此，月基望远镜相当于一座永久性的太空望远镜，能方便地进行对各种天体的观测。

早在阿波罗登月的时代，美国航天员就曾在月球上放置了一个简单的观测望远镜。我国启动探月工程后，第一个着陆器“嫦娥三号”便于2013年携带了极紫外相机和近紫外月基望远镜登月，用于观测地球的等离子层和银河系，并成功观测到了双星系统等一系列天文现象。与此同时，国际月球天文台协会还计划在温度相对稳定的月球环形山上安装月基望远镜。可以预见，月基望远镜必将在未来人类的宇宙空间探测活动中大放异彩！