美國(guó)科學(xué)家計(jì)劃投入5億美元于2016年建成世界上最大的天文望遠(yuǎn)鏡“大麥哲倫”（假想圖）。

 

 

科學(xué)家們用研磨設(shè)備開(kāi)始打磨鏡面。

最大天文望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃于2016年落成，七面巨幅鏡片之一已經(jīng)完成

科學(xué)家們用研磨設(shè)備開(kāi)始打磨鏡面。目前，直徑8.4米、高約1米、平均厚度卻不到3厘米，由多孔的硼硅酸鹽組成的“大麥哲倫”的第一面鏡片已經(jīng)成型。

最新一期美國(guó)《發(fā)現(xiàn)》雜志刊文報(bào)道說(shuō)，全球最頂尖的天文學(xué)家們正傾盡所有財(cái)力物力，外加他們?cè)跇I(yè)內(nèi)博得的聲譽(yù)，進(jìn)行一場(chǎng)史無(wú)前例的“豪賭”———他們計(jì)劃投入5億美元于2016年建成世界上最大的天文望遠(yuǎn)鏡“大麥哲倫”(GiantMagellan Telescope)，它將坐落于智利拉斯卡姆帕納斯地區(qū)，成像清晰度將達(dá)到“哈勃”望遠(yuǎn)鏡的10倍。

業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，“大麥哲倫”的建成將是一個(gè)里程碑式的跨越，使人們能夠直接觀測(cè)遙遠(yuǎn)星系的行星，尋找類(lèi)似太陽(yáng)系或地球的宇宙環(huán)境，以及潛在的智慧生命。之所以被看作一場(chǎng)“豪賭”，因?yàn)榫湍壳暗馁Y金以及科技水平，沒(méi)有人能保證這個(gè)夢(mèng)想最終能破繭化蝶。

造型 菊花七瓣

“大麥哲倫”的主觀測(cè)鏡片將由7個(gè)直徑均為27.6英尺(約8.4米)的巨幅鏡片組成。它們將以菊花的形狀被組裝在一起———1個(gè)居中，另外6個(gè)環(huán)繞在其周?chē)?。這些鏡片安裝在一起后的聚光能力相當(dāng)于一面直徑為21.4米的巨型完整鏡面。除此之外，“大麥哲倫”上還將裝備一臺(tái)光學(xué)適應(yīng)系統(tǒng)。借助該儀器，它的成像清晰度將達(dá)到“哈勃”太空望遠(yuǎn)鏡的10倍。

“我希望‘大麥哲倫’的每一面鏡子與數(shù)學(xué)的完美表面相比，都能維持差距在百萬(wàn)分之一英寸內(nèi)。這棘手之處在于，我們必須知道接下來(lái)該磨哪里、該用多少力道。”被譽(yù)為美國(guó)巨型天文望遠(yuǎn)鏡之父、年屆64歲的羅杰·安吉爾表示。他在位于美國(guó)亞利桑那大學(xué)的史都華天文臺(tái)的鑄鏡實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)了鏡片鑄造實(shí)驗(yàn)的任務(wù)。

這是他所制造過(guò)的最大的一面鏡片。而“大麥哲倫”的鏡片直徑也刷新紀(jì)錄，成為單一鏡片望遠(yuǎn)鏡中直徑最大的，并將鏡片的制造技術(shù)提升至一個(gè)新的境界。

制作 高溫熔鑄

鏡面制作的原理是將20噸玻璃均勻倒入一個(gè)表面分布著成千上萬(wàn)個(gè)小陶瓷光纖蜂巢容器中；玻璃在溫度高達(dá)1260℃的旋轉(zhuǎn)熔爐中變?yōu)橐簯B(tài)，流入下層容器，同時(shí)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力把多余的玻璃液體分離出去，形成一個(gè)凹面鏡坯；冷卻后，科學(xué)家們把蜂巢容器撤去，用研磨設(shè)備打磨鏡面。

如今，安吉爾實(shí)驗(yàn)室鑄造爐內(nèi)，溫度高達(dá)1000多℃的液態(tài)玻璃散發(fā)出橙色的光芒，20噸硅硼玻璃灼熱的液體已經(jīng)被澆注在模具中，3米高的模具在飛快地旋轉(zhuǎn)著，鋼架、電纜如同八爪魚(yú)的觸手一樣四處延伸，指示燈不停地閃爍著。液態(tài)玻璃正從六角柱孔緩緩溢出，鑄成一面巨大的蜂巢鏡。這預(yù)示著直徑8.4米、高約1米、平均厚度卻不到3厘米，由多孔的硼硅酸鹽組成的“大麥哲倫”的第一面鏡片成型。

由于載模漏了兩噸硼硅玻璃，進(jìn)度比原先預(yù)期的2005年夏季落后了數(shù)月之久，但安吉爾欣慰地解釋道：“光是第一面鏡子就很難搞定了，因?yàn)樵诖酥埃瑥奈从腥髓T造過(guò)如此巨大而形狀又那么詭異的鏡子。”

目標(biāo) 類(lèi)地行星

早在設(shè)計(jì)“大麥哲倫”的雛形時(shí)，安吉爾就認(rèn)識(shí)到只要靠點(diǎn)運(yùn)氣再加上一些精妙的技巧，就很可能在這片茫茫“星”海中找到一顆類(lèi)地行星。

他那極具顛覆性的解決之道，便是將主要的接收器排得像菊花的花瓣那般，六面形狀各異的偏軸鏡將環(huán)繞中央的對(duì)稱(chēng)鏡。這樣的設(shè)計(jì)下，能接收到的星光將是凱克望遠(yuǎn)鏡當(dāng)中任何一架的4.6倍。

對(duì)于同樣身為天文學(xué)家的弗里德曼而言，她想用“大麥哲倫”來(lái)一窺暗能量以及在恒星與星系生成前“黑暗時(shí)代”的神秘面貌，不過(guò)這并不是安吉爾最感興趣的問(wèn)題。安吉爾說(shuō)：“我之所以想這樣做，是因?yàn)樵谶^(guò)去2000年來(lái)，人類(lèi)一直在尋找另一個(gè)地球，而如今在其他恒星中覓得類(lèi)地行星的構(gòu)想不再遙不可及。現(xiàn)在，你可以坐下來(lái)好好計(jì)劃得用哪一種望遠(yuǎn)鏡來(lái)觀察類(lèi)地行星，并取得 光譜，以找尋液態(tài)水的化學(xué)跡象和外星生物的蹤影。”

經(jīng)費(fèi) 杯水車(chē)薪

目前，第一面鏡片已經(jīng)成型，但整個(gè)項(xiàng)目是否可能啟動(dòng)仍然是一個(gè)巨大的未知數(shù)。制造“大麥哲倫”需要的很多核心技術(shù)尚處于研究階段，而整個(gè)項(xiàng)目需要的5億美元經(jīng)費(fèi)目前實(shí)際到位僅1700萬(wàn)美元。

為了順利建造這臺(tái)巨型望遠(yuǎn)鏡，美國(guó)的加州卡內(nèi)基天文臺(tái)、 哈佛大學(xué)、史密松天文物理臺(tái)、亞利桑那州立大學(xué)、密歇根州立大學(xué)、麻省理工學(xué)院、得克薩斯州立大學(xué)和得克薩斯農(nóng)工大學(xué)組成了一個(gè)團(tuán)隊(duì)。

“雖然困難重重，但我有信心這個(gè)夢(mèng)想最終可以實(shí)現(xiàn)。”弗里德曼表示，她對(duì)安吉爾及他的鑄鏡功力信心十足。

而安吉爾必須為了經(jīng)費(fèi)時(shí)不時(shí)地離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室趕赴各地游說(shuō)，讓經(jīng)費(fèi)大戶(hù)們相信“大麥哲倫”值得5億美元這個(gè)價(jià)錢(qián)。

雖然有著高素質(zhì)的團(tuán)隊(duì)為后盾，但“大麥哲倫”還是得和其他巨型望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃為了經(jīng)費(fèi)而一較高下。其中有方案要將凱克望遠(yuǎn)鏡的分節(jié)鏡加大(兩架直徑10米的望遠(yuǎn)鏡，是目前世上最大的望遠(yuǎn)鏡)；加州理工學(xué)院和其余小組則想建造一座直徑30米的望遠(yuǎn)鏡；歐洲南方天文臺(tái)計(jì)劃斥資12億歐元，興建一座直徑100米，名為OWL的望遠(yuǎn)鏡。(吉典)

-新聞背景

大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡簡(jiǎn)史

●胡克望遠(yuǎn)鏡(Hooker)

1917年，胡克望遠(yuǎn)鏡在加州威爾遜山天文臺(tái)建成。其主反射鏡直徑為2.54米，在其建成后30年，它一直是全世界最大的天文望遠(yuǎn)鏡。正是利用這座望遠(yuǎn)鏡，埃德溫·哈勃發(fā)現(xiàn)了銀河系外的星系，并找到了宇宙膨脹的證據(jù)。

●海爾望遠(yuǎn)鏡(Hale)

直徑5.08米的海爾反射式望遠(yuǎn)鏡坐落在美國(guó)帕洛瑪山上。它于上世紀(jì)三四十年代建造，1948年完成，建造技術(shù)在當(dāng)時(shí)堪稱(chēng)奇跡。雖然從1993年以后，海爾作為最大反射式光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的地位已被取代，但仍在為宇宙探索發(fā)揮重要作用。

●凱克望遠(yuǎn)鏡(Keck)

目前世界上最大的光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡，位于夏威夷莫納克亞山。其雙子KeckI和KeckII分別在1993年和1996年建成。直徑都是10米，由36塊直徑1.8米的六角鏡面拼接組成。通過(guò)電腦控制的主動(dòng)光學(xué)支撐系統(tǒng)調(diào)節(jié)，使鏡面保持極高的精度。

●超大望遠(yuǎn)鏡(VLT)

1999年，歐洲南方天文臺(tái)在智利建造了超大望遠(yuǎn)鏡。它是由4臺(tái)8米直徑望遠(yuǎn)鏡組成的一臺(tái)等效直徑達(dá)到16米的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。這4臺(tái)望遠(yuǎn)鏡可以組成一個(gè)干涉陣，做兩兩干涉觀測(cè)，也可以單獨(dú)使用每一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡。它可以在不同波段觀測(cè)超新星等遙遠(yuǎn)天體。

●昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡(SUBARU)

日本的昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡是目前世界上最大直徑的單面反射鏡，其直徑達(dá)8.3米。坐落在夏威夷莫納克亞山上，建造完成于1999年。據(jù)稱(chēng)，僅僅是拋光其超大鏡面就花去了7年時(shí)間。昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡使用了主動(dòng)光學(xué)和自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)，支持鏡面的是261個(gè)機(jī)械手指，它們可以不斷調(diào)整鏡面的形狀以獲得最佳成像。(謝來(lái))

-延伸閱讀

最佳天文觀測(cè)點(diǎn)：南極天穹C

美國(guó)科學(xué)家還考慮在月球隕石坑建造大直徑望遠(yuǎn)鏡

美國(guó)天文學(xué)家羅杰·安吉爾從近來(lái)的一些論文之中，得知一處幾近理想的天文觀測(cè)點(diǎn)：那就是位于南極洲中央，一處海拔3300米的平臺(tái)，稱(chēng)作天穹C(DomeC)。他激動(dòng)地說(shuō)：“在天穹C，幾乎每項(xiàng)指標(biāo)性的陸基天文觀測(cè)質(zhì)量參數(shù)，都比地球上其他的地方要好上兩倍甚至更多。”

由于南極地區(qū)不像地球其他地區(qū)那樣有著每天的日夜更替，而是存在長(zhǎng)達(dá)5個(gè)多月的極晝和4個(gè)多月的極夜，這為對(duì)宇宙進(jìn)行持續(xù)觀測(cè)創(chuàng)造了獨(dú)一無(wú)二的條件。在極夜條件下，由于沒(méi)有太陽(yáng)光的干擾，天文學(xué)家們可以進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，這非常有利于發(fā)現(xiàn)超新星以及伽馬射線爆發(fā)。此外，由于可以長(zhǎng)時(shí)間地掃描天空，還將幫助天文學(xué)家們更好地搜索太陽(yáng)系外的行星系統(tǒng)，這是尋找地外文明最基礎(chǔ)的一步。

雖然南極被冰雪覆蓋，但南極卻是地球上最干燥的地區(qū)之一。由于大氣中水氣很少，宇宙中的紅外線以及亞毫米波等有助天文學(xué)家了解宇宙演變過(guò)程的射線在到達(dá)地面時(shí)損失很少，因此還非常有利于天文學(xué)家們進(jìn)行紅外觀測(cè)。

目前美國(guó)、 澳大利亞等國(guó)已經(jīng)在天穹C地區(qū)開(kāi)展了天文觀測(cè)，觀測(cè)清晰度為地球其他地區(qū)效果的20倍，這意味著天文學(xué)家們將可以觀測(cè)到天體更多的細(xì)節(jié)。雖然美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)否決掉一項(xiàng)在南極洲興建一座2米直徑望遠(yuǎn)鏡的提案，但安吉爾依然堅(jiān)持他的想法。他主張，“在南極洲興建一座直徑100米的望遠(yuǎn)鏡絕對(duì)是最佳方案。”

而太空也有吸引人的地方。安吉爾分析了在月球南極附近的隕石坑建造一座20米直徑望遠(yuǎn)鏡的優(yōu)缺點(diǎn)，這座望遠(yuǎn)鏡將以旋轉(zhuǎn)池內(nèi)液體的反射充當(dāng)鏡面。他坦言：“在月球上建望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)想令大部分的天文學(xué)家感到不安，因?yàn)槲覀儫o(wú)法完全掌控它。”