星系和宇宙望远镜的故事

□ 方慧 闻新

星系和宇宙望远镜的故事

□ 方慧 闻新

世界上第一台望远镜究竟是谁发明的？

第一个用望远镜观测太空的伽利略

关于世界上第一台天文望远镜是谁发明的问题，科技史所描述的是意大利的科学家伽利略。但伽利略却否认这一点，他说是荷兰人首先发明的，这是怎么回事呢？

1608年，荷兰有一位眼镜制造商，名字叫汉斯．利伯斯海，他的两个孩子很调皮，偶然一个机会，他们从店铺里拿来两片透镜，一前一后列队排放着，用眼睛张望后，发现远处教堂上的物体又大又近。汉斯得知后，非常高兴，他随后用一个简易的筒，把两块透镜装好，就制造成了世界上第一台望远镜。

1609年，伽利略自制的透镜式望远镜仅仅能产生一个使物体放大三倍的效果，之后他又改进和提高放大倍数。他利用改进的望远镜，观察太空后，发现月球山、太阳黑子和无数肉眼不可见的星星。所以伽利略不是第一个发明望远镜的人，但却是世界上第一个用望远镜观测太空的人。

古代人制作的望远镜筒为什么那么长？

J·赫维留于1673年制造了一架巨型长度的望远镜

在17世纪中期，折射望远镜的物镜由透镜或透镜组组成，人们发现提升望远镜放大倍数的方法之一就是利用一组尺寸和间距更大的组合透镜理念，这种理念导致当时望远镜筒的长度越来越长。1673年，J.赫维留制造了一架巨型长度的望远镜，这种望远镜的透镜组被悬挂在长达45米的开放式框架上，整个镜筒被吊装在一根31米高的桅杆上。使用时，需要多人用绳子拉着转动升降。

另外，折射式望远镜焦距越大色差越小，所以当时惠更斯干脆将物镜和目镜分开，将物镜吊在百尺高杆上。直到19世纪末，人们发现由两块折射率不同的玻璃分别制成凸透镜和凹透镜，再组合起来可以消色，这才结束了望远镜变得越来越长的时代。

谁发明了反射望远镜？

牛顿发明的反射望远镜（左图）和19世纪最大的望远镜（右图）

1668年，牛顿发明了反射望远镜。在这种望远镜中，牛顿使用曲面反射镜将光线聚集并反射到焦点上，曲面反射镜越大，收集到的光也越多。这种望远镜的放大倍率达到了数百万倍，超过了折射望远镜所能达到的极限。另外，用曲面反射镜，不仅可以消除色差对影像造成的影响，还使得望远镜的结构更加紧凑。

1781年，英国天文学家赫歇尔发明了用于制作反射望远镜镜面的金属材料，这使他可以制造出看得更远的望远镜，他因此也获得了甚至包括天王星在内的一些太空新发现。

随着岁月发展，牛顿曾经使用的15.24厘米直径小铜镜，逐渐被更大口径的折射镜所取代。1845年，威廉·帕森思在爱尔兰建成了一架口径为183厘米的反射望远镜，并装有直径1.8米的镜片。但是，它需要一面墙体支撑，所以这台望远镜只能在有限的方向范围内观察。

胡克望远镜及其贡献

建立在美国加利福尼亚的威尔逊山天文台的胡克望远镜

1917年，胡克望远镜在美国加利福尼亚的威尔逊山天文台建成，其口径为2.5米，是世界第一台能同时具备大尺寸与机动性的望远镜，而且直到1949年为止，一直是世界上最大的望远镜。

胡克既是生物学家，同时又是天文学家。他关心植物结构的同时，试图测量恒星到我们的距离。胡克望远镜是由胡克出资赞助并建造的。埃德温·哈勃借助胡克望远镜，完成了他的关键的计算，确定了许多银河系外的星系、认识到星系的红移、发现了宇宙在膨胀的现象。

射电天文学与射电望远镜

卡尔·詹斯基建造的无线电天线（左图）和射电望远镜（右图）

1933年，美国物理学家卡尔·詹斯基当时是一个负责搜索和鉴别电话干扰信号的工程师，他建造了一座大约30米长、6.5米高的无线电天线，用来监测短波无线电信号，但却意外地发现了与银河系产生和灭亡信息有关的来自宇宙的射电波，这个发现也标志着射电天文学的诞生。

30年后，美国贝尔实验室无线电工程师阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊调查这种太空射电波，竟然发现它是大爆炸的最后遗留物，并因此而荣获1978年的诺贝尔物理学奖。

如今科学家们也将这种宇宙射电波称为“宇宙微波背景辐射”，射电波是长波无线电信号，所以要求接收面积非常大的天线。射电望远镜就是用来观测和研究宇宙射电波的设备，可以测量宇宙射电信号的强度、频率和偏振等。射电望远镜的组成部分包括收集射电波的定向天线，放大射电波的高灵敏度接收机，以及射电信息处理和显示装置。

山顶望远镜与甚大望远镜

山顶望远镜（左图）和4台甚大望远镜（右图）

天文学家很早就知道，在高海拔处观测星空有助于削弱大气湍流对星光的影响。但直到20世纪后半期，遥远的山顶天文台才变成现实。凯克望远镜是位于在太平洋夏威夷岛上的一座天文望远镜，坐落在海拔4200多米的人迹罕至的莫纳克亚山上。

甚大望远镜是欧洲南方天文台部署在海拔高度为2632米处的大型光学望远镜，由4台相同的8.2米口径望远镜组成，组合的等效口径可达16米。4台望远镜可以同时观测多个光源，组成高分辨率光学干涉仪。

世界最大的望远镜

极大望远镜

2014年欧洲南方天文台宣布一个被称为“极大望远镜”的天文望远镜将在2024年投入运作。这个“极大望远镜”的主镜口径为42米，其中包含798个分镜。相比之下，“甚大望远镜”主镜直径仅仅为8.5米，所以“极大望远镜”是世界最大的望远镜。本来科学家们想建造直径为100米的“超大望远镜”，但后来证明这个想法耗资太大，所以退而求其次，决定建造“极大望远镜”。

“极大望远镜”建造在高度为3060米的智利塞鲁阿玛逊斯山顶，占地面积相当于一个体育馆大小。“极大望远镜”对可见光和红外光线非常敏感，可帮助天文学家探测140亿年前最早诞生的宇宙星系的状况。

下期预告：随着航天技术的不断发展，天文学家在太空部署望远镜的梦想成为现实。天基天文望远镜可以克服地球大气效应和地球运动等因素的影响。下期题目为“天基望远镜”，主要介绍天基望远镜的发展历程及所涉及到的文化，包括火箭探测器、哈勃望远镜、韦伯望远镜，以及韦伯望远镜承载的使命等等。