从诞生到应用，望远镜改变人类宇宙观

“天外有天”

在伽利略之前，沉迷于夜空世界的天文学者只能用他们的肉眼来观察天空。伽利略自制的望远镜所放大的倍率在今天看来小得可怜，但在人类科学史上却引发了一场革命。从那以后，望远镜口径的每一次增大都会使我们认识宇宙的眼界得到扩展。

人类对天空的关注同文明的历史一样久远。为了知道日期、季节、何时播种、何时过冬，人们总是仰望苍穹，从闪闪的星空寻找答案。为了便利地观测天象，古代天文学家修建了观象台，借助各种记录天体方位的仪器，记下了他们所看到的日月星辰的位置、运动以及日食、彗星等特殊天象。

1608年，荷兰人里帕席发明了一种能够把远处物体放大的“光管”，并为此申请了专利。

1609年，意大利物理学家伽利略听说此事后，经过研究独立制成一架口径4.4厘米、长1.2米、放大率32倍的望远镜。当他把望远镜指向天空时，很快就发现银河原来是由数不清的星星组成的，月亮并不像亚里士多德所说的那样完美，而是有山有谷，木星有4个围绕着它运转的卫星，而不是地心说主张的那样，所有天体都围绕着地球运行。

望远镜的威力来源于它收集光线的面积远远超过人眼的瞳孔，望远镜口径越大，看得就越远，也越清楚。这就是后来望远镜越做越大的原因。

借助望远镜，荷兰人惠更斯发现了土星的最大卫星，而且他正确地观测到土星的光环是与土星分开的；1675年，法国天文学家卡西尼发现并确认土星光环中有个缝，这个环缝以他的名字命名为“卡西尼环缝”。

英国科学家牛顿使天文学发生了一场革命，他发现了万有引力定律和光的色散，发明了镜筒短、无色差、后来成为主流的反射式望远镜。100多年以后，英国天文学家威廉·赫歇尔用自制的望远镜发现了天王星，他还建成了当时世界上最大的反射式望远镜，首次通过观测证实了银河系的恒星呈扁平状分布。

后来，在爱尔兰，罗斯伯爵三世又建了一个更大的望远镜。1845年，它被建在比尔城堡的两面石墙之间，正是这架望远镜发现了第一个不是模糊一团，而是有结构的星云。

19世纪中叶以后，随着科学技术的发展和工艺制造水平的提高，人们建造大型精密望远镜成为可能。当时，天文观测水平大幅提高，天文学家发现水星近日点运动中存在牛顿力学无法解释的部分。电磁现象的研究也使经典物理学的绝对时空观遇到了前所未有的困难。时代造就了天才爱因斯坦，他提出的狭义相对论和广义相对论对20世纪人类科学的飞速发展产生了深远影响，同时也为探索太阳和恒星能源之谜、追溯宇宙起源和演化等20世纪天文学的重大课题奠定了坚实的理论基础。

19世纪末20世纪初，天文学还得到了两个革命性的工具。一个是光谱学，人们通过分析天体的光谱就可以知道它的物理性质、化学组成和运动速度。另一个是照相术，它比目测更具积累性和客观性。20世纪20年代，美国天文学家哈勃正是借助这两种工具从威尔逊山天文台的2.5米望远镜中发现，仙女座星云其实是由大量恒星组成的，而且其距离远远超过银河系的尺度。基于此，人们终于知道银河系外“天外有天”的事实了。

三次飞跃

天文望远镜的发展经历了三次飞跃：哈勃的发现为现代宇宙学奠定了观测基础，射电望远镜的发明为如同被关在黑屋子里窥探外界的人类打开了一扇大窗，而空间望远镜的发射更激发了无数人对探索宇宙的渴望。

1929年，哈勃在威尔逊山天文台观察了18个星系的光谱，发现都明显向红端移动，说明这些星系都在以极大速度离我们而去，而且星系离我们越远，退行速度越快，这意味着宇宙正在膨胀。哈勃的这一重要发现为现代宇宙学奠定了观测基础。

哈勃的成就激励了全世界建造更大望远镜的决心，而一个偶然的发现改变了人们建造望远镜的思路。

1932年，美国贝尔电话公司的卡尔·央斯基为了找出无线电长途电话的干扰来源，无意中发现了来自银河系中心的无线电波。天文学家对宇宙无线电波产生了兴趣，可惜不久后爆发了第二次世界大战，科学研究只能暂停下来。

第二次世界大战是人类的劫难，但是战争促进了军事技术的革新，从而带动了科学的进步。比如，英国人为了预警德国飞机的袭击发明了雷达。1942年，他们发现雷达信号会受到来自太阳黑子和耀斑的干扰。基于此，战后雷达变身为射电望远镜，给天文望远镜的发展带来了第二次飞跃。

在此之前的几百年中，天文观测脱离不了“可见光”的范围。事实上，除了可见光之外，宇宙还存在着各种射线，如γ射线、X射线、紫外线、红外线和无线电波等。其中，無线电波可以观测到的有效波长区是可见光的109倍。人们曾这样形容，用可见光的波长来观测宇宙就如同被关在黑屋子里的人从门缝看房子外面的一切。射电望远镜的发明犹如给这间黑屋子开了一扇大窗，它们以类星体、脉冲星、宇宙微波背景、星际分子等一系列卓越的发现谱写了天文学发展史上辉煌的一章。

由于地球大气的影响，大部分短波长的紫外线及X射线无法到达地面。为了观测它们，唯一的办法是去大气层外。航天技术给望远镜带来了第三次也是最彻底的一次飞跃。

1970年12月，美国天文学家贾可尼领导发射了一个名为“自由号”的X射线卫星，随着它和后来的爱因斯坦卫星发射升空，数千个新的X射线源被发现。

1990年4月，由美国宇航局主持建造的巨型空间天文台——口径2.4米、观测波段从紫外线延伸到近红外线的哈勃空间望远镜由航天飞机运载升空。尽管由于人为差错，哈勃空间望远镜不得不在1993年进行了规模浩大的修复工作，但成功修复的望远镜性能超过了原先设计的目标。观测结果表明，它的分辨率比地面的大型望远镜高出几十倍。

哈勃空间望远镜不仅取得了丰硕的科学研究成果，而且以它拍摄的令人称奇的宇宙照片激发了很多人对探索宇宙的渴望。

星空从来都是人类好奇心和想象力的源泉，随着天文望远镜的诞生、发展和应用，人类对于宇宙的认知变得更加清晰。

来源|《文汇报》