望向深空的追光神器

2024-07-08泰利斯科普

课堂内外·初中版（科学少年） 2024年6期

泰利斯科普

天文学是一门观测科学，望远镜则相当于天文学家的“眼睛”。我们平日里所说的天文望远镜多半是指光学望远镜，你一定很好奇它是怎么工作的吧？接下来就以我国的郭守敬望远镜为例，一起来了解一下吧！

球面主镜MB

球面主镜MB位于“镜筒”的顶端，是星光到达的第二面镜子。它的尺寸为6.67米×6.05米，由37块对角线长1.1米、厚度为75毫米的正六边形子镜拼接而成，比MA更大一圈儿。MB是不动的，星光经过MA的反射后，会投射到这面镜子上，再由这面镜子聚焦到下一站。在MA和MB的配合下，郭守敬望远镜不用转动“镜筒”，就能观测整个天空了。

郭守敬望远镜，专业名称是“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜”。是不是读完有些晕字？别急，它的英文名缩写为LAMOST，因此你也可以亲切地称它为“拉磨”。郭守敬望远镜是我国目前最大的光学望远镜，其外观看上去就像一个圆脑袋的人在通过长长的镜筒遥望天空。它的工作通俗来讲就是给天空中的星星做“人口普查”。运行至今它共获得超两千万条星星的光谱数据，被誉为“光谱之王”。

焦面系统

MB反射的光线会聚集在焦面系统上，形成清晰的图像，就像给星星拍照片。这块直径1.75米的焦面上有着密密麻麻4000根光纤，每根光纤都能对准一颗星，就像超级细的吸管，精准接收每颗星星的光线。因此，郭守敬望远镜可以同时获得4000个天体的光谱，使其成为世界上光谱获取率最高的望远镜。

主动非球面改正镜MA

主动非球面改正镜MA也叫反射施密特改正镜，是星光到达的第一面镜子。当望远镜启动观测时，半圆状的顶棚就会打开，露出这面镜子。它的尺寸为5.72米×4.4米，由24块对角线长1.1米、厚度25毫米的正六边形子镜拼接而成。它可以跟踪天体的运动，在天体经过天顶最高点前后时进行观测。MA十分“聪明”，能主动改变自己的形状，这样无论星星怎么移动，它都能保持光线聚焦。

光谱仪和CCD探测器

郭守敬望远镜拥有16台光谱仪和32台CCD探测器。光谱仪就像一个“彩虹制造器”，能分解出光线中不同波长的单色光，这样科学家就能分析星星是由哪些元素组成的，它的表面有多热。而CCD探测器通过将光信号转换成电信号，将图像或光谱记录下来。

望远镜如何望远

望远镜，顾名思义是一种能看得很远的“眼镜”，那么望远镜究竟是如何望远的呢？

望远镜其实是利用光的折射和反射原理，将光线聚集并放大到我们的眼睛上。当我们利用它观察远处的物体时，光线首先进入物镜将光线聚焦到焦点处，形成倒立缩小的实像。然后这个实像落到目镜的焦点上，目镜再将这个实像放大，形成正立放大的虚像，这样我们就能看到远处的物体了。

天文望远镜的基本原理也是一样的，但它要观察的目标遥远得多，因此功能要比普通望远镜强大无数倍。一般来说，望远镜的口径越大，收集到的光就越多，分辨细节的能力就越强。因此，天文学家一直致力于制造更大口径的天文望远镜。但制造一整块特别大的镜子实在是困难，科学家就提出可以将多块较小的镜子拼接成一块大镜子，这就是“拼接镜面”技术。郭守敬望远镜就是采用的这种技术，也是目前大口径望远镜常用的技术之一。

第一台望远镜是怎么来的

1609年，时年45岁的伽利略制作了世界上第一台天文望远镜，直径仅有4.2厘米。伽利略就是用这台放大倍率约为33倍的望远镜发现了月球表面是凹凸不平的以及木星的四颗卫星，所以伽利略是将望远镜用于天文观测的第一人。从此，人类认知宇宙的固有观念开始改变，开辟了天文学和近代自然科学发展的新时代。如今人类已经将望远镜发射上了太空，将宇宙看得更加清晰。

望天，不止追光

除了光学望远镜，世界上还有许多不同类型的望远镜，它们各自擅长捕捉不同波长的辐射，共同为我们提供了一个全面的宇宙视角。

射电望远镜

射电望远镜能够接收天体发出的无线电波，常用于观测星系、脉冲星、黑洞等。“中国天眼”（FAST）是世界上最大的单口径射电望远镜，直径达到500米。

红外望远镜

红外望远镜可以穿透尘埃云，捕捉天体发出的红外辐射，研究恒星形成区、行星系统以及遥远的星系。位于夏威夷的麦克斯韦望远镜（JCMT）是专门用于红外观测的望远镜。

紫外望远镜

它能探测天体发出的紫外辐射。由于地球大气层吸收了大部分紫外辐射，这类望远镜需要发射到太空中，例如哈勃太空望远镜就具备紫外观测能力。

X射线望远镜

X射线望远镜可以帮助研究黑洞、中子星等极端天体。硬X射线调制望远镜卫星（HXMT）是我国发射的首颗X射线天文卫星，用于观测宇宙中的高能X射线源。

伽马射线望远镜

伽马射线望远镜用于研究宇宙中最剧烈的事件，如伽马射线暴。搭载于中国的暗物质粒子探测卫星“悟空”的高能粒子探测器（HEPD）就是用于探测宇宙中的高能粒子，包括伽马射线。