來源：中國軍網(wǎng)

作者：尚敦敏 曹 壯 柯青坡

3月2日，新華社播發(fā)消息，我國中科院紫金山天文臺近地天體望遠(yuǎn)鏡觀測發(fā)現(xiàn)了一顆新彗星C/2023 A3（Tsuchinshan-ATLAS）。這也是中科院紫金山天文臺發(fā)現(xiàn)的第8顆彗星。

從使用望遠(yuǎn)鏡由地面看向天空，到把望遠(yuǎn)鏡送上太空……從誕生那一刻起，人類傾其所能地想把頭頂這片神秘莫測的宇宙看得更清楚。

康德說：“有兩樣?xùn)|西，人們越是經(jīng)常持久地對之凝神思索，它們就越是使內(nèi)心充滿常新而日增的驚奇和敬畏：我頭上的星空和我心中的道德律?！碧煳耐h(yuǎn)鏡的問世，讓人類讀懂了天體的基本運動規(guī)律，由此催生的牛頓經(jīng)典力學(xué)打開了自然科學(xué)的大門，開啟了利用自然規(guī)律改造世界的偉大實踐。從古老文明走到現(xiàn)代文明，我們的生活開始日新月異。

然而，關(guān)于天文望遠(yuǎn)鏡的故事，還要從兩枚玻璃鏡片和一個人開始說起。

只需要兩片合適的透明鏡片和一根管子，就可以較為清晰地看清楚遠(yuǎn)處的物體。發(fā)現(xiàn)并利用這一現(xiàn)象制造出世界上第一臺望遠(yuǎn)鏡的人究竟是誰？這一問題至今仍頗具爭議，但答案似乎已不再重要，重要的是怎樣利用和改進(jìn)望遠(yuǎn)鏡，將其用在哪里、指向何處。

1609年，伽利略聽到了荷蘭商人申請望遠(yuǎn)鏡專利的消息。于是，他利用風(fēng)琴管和一枚凹透鏡、一枚凸透鏡，成功制成了一架放大率為3倍的望遠(yuǎn)鏡。而后，他又把望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)提高到32倍，指向天空。

伽利略沒有讓望遠(yuǎn)鏡僅僅成為貴族的玩物或是戰(zhàn)爭的手段，而是為人類認(rèn)識世界、認(rèn)識宇宙提供了無限可能。他或許不會想到自己將開啟一個怎樣的時代，也不會想到這竟會給自己帶來牢獄之災(zāi)。

伽利略用望遠(yuǎn)鏡觀看了月亮，他發(fā)現(xiàn)原來亞里士多德口中那輪皎潔如玉、銀盤似的完美月亮，竟然如此“丑陋不堪”，上面滿是高低起伏的山和坑坑洼洼的地；他把望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)向木星，發(fā)現(xiàn)有4顆小星在環(huán)繞木星旋轉(zhuǎn)；他又把望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)太陽、金星、銀河，得到了太陽黑子、金星的盈虧現(xiàn)象、銀河系由無數(shù)恒星組成等一系列認(rèn)識，推翻了當(dāng)時人類許多根深蒂固的錯誤認(rèn)知……他將這些發(fā)現(xiàn)都詳細(xì)記錄在后來出版的《星際信使》一書中，逐漸打破了當(dāng)時統(tǒng)治者所信奉的地心說，為哥白尼提出的日心說提供了有力證明。

然而，伽利略的望遠(yuǎn)鏡并不完美。起碼在今天看來，它還無法使人眼識別出更遙遠(yuǎn)宇宙的暗弱天體。但這足以讓人們掌握看向宇宙的基本方法，也激發(fā)了人們試圖進(jìn)一步延長視界的強大動力。之后，科學(xué)家不斷對望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行研制和改進(jìn)，先后誕生了折射式、反射式、折反射式等不同結(jié)構(gòu)的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，人類對宇宙的認(rèn)識也越來越清晰和豐富。

通常來說，望遠(yuǎn)鏡的口徑越大，收集光的能力也就越強。從伽利略發(fā)明天文望遠(yuǎn)鏡后的數(shù)百年間，人類傾盡所能制造更大口徑光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡，以增強觀測暗弱天體的能力。

然而，望遠(yuǎn)鏡主鏡面越大，鏡面受到重力的影響也越明顯。這就必須消耗大量資金打造用來支撐鏡面的巨型結(jié)構(gòu)，從而使得整臺望遠(yuǎn)鏡越來越沉重。1976年，歐洲南方天文臺所屬的3.6米口徑望遠(yuǎn)鏡，厚度達(dá)0.5米，重量卻足足有11噸。

一名工程師提出了一個巧妙的方案：使用輕薄且可以變形的主鏡面，用一個動態(tài)支撐系統(tǒng)進(jìn)行控制。這個動態(tài)支撐系統(tǒng)可以隨著望遠(yuǎn)鏡朝向方向的變化，產(chǎn)生相應(yīng)的力來校正重力引發(fā)的變形。配合上計算機和精密技術(shù)控制望遠(yuǎn)鏡的角度和運動，鏡片因自身重力和溫度變化對觀測造成的影響便可克服。這就是對天文學(xué)產(chǎn)生巨大影響的主動光學(xué)技術(shù)。

主動光學(xué)技術(shù)在歐洲南方天文臺進(jìn)行了測試。采用了主動光學(xué)系統(tǒng)打造出的新望遠(yuǎn)鏡NTT，主鏡面只有24厘米厚，重量6噸，口徑卻達(dá)到了3.58米。

隨著科學(xué)家對望遠(yuǎn)鏡口徑需求越來越大，制造出一個更大的單口徑天文望遠(yuǎn)鏡的能力遇到了前所未有的瓶頸?？茖W(xué)家們想到了一個替代的辦法，就是把多個鏡片有效拼接，組成一個更大的鏡片。坐落于我國河北興隆的郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）是這一技術(shù)的典型代表之一，從光學(xué)角度說，這是我國自主研制的“視力最好”的望遠(yuǎn)鏡。

LAMOST由37塊六角形子鏡拼接成一個球面主鏡，由24塊六角形子鏡拼接成一個反射施密特改正鏡。其主鏡在主動光學(xué)系統(tǒng)的支持下，可在觀測時對每一個分鏡片進(jìn)行實時調(diào)整，從而讓觀測效果始終保持較高水平。

1月19日，我國科學(xué)家利用LAMOST的超大光譜數(shù)據(jù)樣本發(fā)現(xiàn)，恒星初始質(zhì)量分布規(guī)律會隨恒星金屬元素含量和年齡的變化而發(fā)生顯著變化。研究中，研究團隊發(fā)揮LAMOST大樣本光譜數(shù)據(jù)優(yōu)勢，結(jié)合歐洲空間局“蓋亞”衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，首次從觀測角度直接獲取了幾乎不依賴于任何模型的恒星初始質(zhì)量函數(shù)，并清晰觀測到恒星初始質(zhì)量分布規(guī)律隨恒星金屬元素含量和年齡的變化而發(fā)生了顯著變化。研究人員介紹說，這一發(fā)現(xiàn)直接導(dǎo)致恒星初始質(zhì)量分布規(guī)律普適不變的基本假設(shè)不再成立，將對天體物理學(xué)多個領(lǐng)域的研究產(chǎn)生影響。

2019年4月10日晚上9點，包括中國上海在內(nèi)的全球多地天文學(xué)家同步公布了人類歷史上第一張黑洞照片。人類首次“看見”的這個黑洞，位于室女座一個巨橢圓星系M87中心，距離地球5500萬光年，質(zhì)量是太陽的65億倍。這是人類獲得關(guān)于黑洞的第一個直接視覺證據(jù)，有望證實愛因斯坦廣義相對論在極端條件下仍然成立。

人類能“捕獲”黑洞影像，得益于一個口徑等效于地球直徑的虛擬望遠(yuǎn)鏡——事件視界望遠(yuǎn)鏡?？茖W(xué)家們利用一項名為甚長基線干涉測量的技術(shù)，將分布在全球多地的8臺射電望遠(yuǎn)鏡以陣列的形式，聯(lián)網(wǎng)組成了事件視界望遠(yuǎn)鏡，順利實現(xiàn)在1.3毫米波長的觀測。事件視界望遠(yuǎn)鏡看得格外清晰，清晰到角分辨率只有20個微角秒。中國科學(xué)院上海天文臺的一位副研究員在授課中曾這樣生動形容：這相當(dāng)于一個人在黑龍江漠河就能看到南沙群島上一張報紙的文字。

組成事件視界望遠(yuǎn)鏡的射電望遠(yuǎn)鏡，發(fā)展歷史不到百年，卻已成為天文學(xué)領(lǐng)域的“觀天利器”。射電天文的發(fā)展，讓人類的探測不再限于可見光波段。20世紀(jì)60年代天文學(xué)的“四大發(fā)現(xiàn)”——脈沖星、類星體、宇宙微波背景輻射、星際有機分子，都與射電望遠(yuǎn)鏡有關(guān)。

坐落于貴州省平塘縣的“中國天眼”FAST，是射電望遠(yuǎn)鏡的突出代表之一。它的建成也標(biāo)志著我國在射電天文前沿領(lǐng)域取得重大原創(chuàng)突破。截至今年2月14日，F(xiàn)AST的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡已發(fā)現(xiàn)740余顆新脈沖星。此前，F(xiàn)AST已發(fā)布多個重要成果，包括觀測到快速射電暴的起源證據(jù)、發(fā)現(xiàn)首例持續(xù)活躍重復(fù)快速射電暴、探測到快速射電暴密近環(huán)境的動態(tài)演化、發(fā)現(xiàn)迄今宇宙最大原子氣體結(jié)構(gòu)等，大大拓展了人類有效探索的宇宙空間范圍。

據(jù)悉，我國參與創(chuàng)建的國際大科學(xué)工程——平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡（SKA）已經(jīng)啟動建設(shè)。預(yù)計2028年，SKA將完成第一階段建設(shè)并投入觀測。SKA將是人類有史以來建造的最大射電望遠(yuǎn)鏡?？茖W(xué)家們相信，這部超越國界的全球大科學(xué)裝置，將推動全球制造、通信、計算、能源等一系列產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。

1972年12月7日，在前往月球的路上，阿波羅17號宇航員用哈蘇膠片相機給人類賴以生存的地球拍攝了一張照片，并命名為“藍(lán)色瑪瑙”。這張照片清晰拍到了地球發(fā)亮一面，改變了我們想象地球的方式。而人類之所以能將地球拍攝得如此清晰，一個重要條件就是照相機在距離地球45000公里的位置。

為避免人類活動和大氣層對觀測效果的多重影響，從20世紀(jì)開始，天文學(xué)家們提出了把望遠(yuǎn)鏡送上太空的想法。1990年，成功發(fā)射升空的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡實現(xiàn)了天文學(xué)家們的愿望，人類終于可以與宇宙中的繁星更加貼近。

2019年，詹姆斯·韋布望遠(yuǎn)鏡升空。韋布具備更高的靈敏度、更寬的波長覆蓋和更高的運行軌道，是有史以來口徑最大、性能最強大的太空望遠(yuǎn)鏡。2022年7月，韋布太空望遠(yuǎn)鏡正式發(fā)布了運行以來的首批全彩圖像和光譜數(shù)據(jù)，其中包含了首張全彩深場照片，它將迄今為止最遙遠(yuǎn)、最清晰的紅外宇宙圖景展現(xiàn)在我們面前。

值得期待的是，預(yù)計2024年，一個重達(dá)十幾噸的巡天空間望遠(yuǎn)鏡將與中國空間站共軌航行。據(jù)專家介紹，中國空間站巡天空間望遠(yuǎn)鏡的視場，要比哈勃望遠(yuǎn)鏡大300倍，上面搭配有星敏儀，可以對（太陽）系外行星直接成像，這對（太陽）系外行星的科學(xué)研究有很大作用。未來，巡天空間望遠(yuǎn)鏡將成為旗艦級空間天文設(shè)施，有望促進(jìn)中國光學(xué)天文的飛躍式發(fā)展，并為人類帶來對宇宙的革命性認(rèn)知。

從最初的那兩枚玻璃鏡片開始，到突破人類視覺局限，再到探測宇宙?zhèn)鱽淼奈⑷蹼姶挪?，最后到把望遠(yuǎn)鏡送進(jìn)太空……天文望遠(yuǎn)鏡在各國科學(xué)家大膽的想象和不懈的求索中，上天入地?zé)o所不在。它是人類追逐星辰大海的眼睛，執(zhí)著地望向宇宙更深處，回答著那個“最高端又最樸素”的問題——我們從何而來，又將歸向何處。

圖源：