望遠(yuǎn)鏡――望向未來(lái)

1、望遠(yuǎn)鏡望向未來(lái)“地球都有男朋友了，你還是單身嗎？ ”2015年7月23日，美國(guó)國(guó)家航空航天琢以下簡(jiǎn)稱(chēng)NASA） 在音頻新聞發(fā)布會(huì)上宣布，天文學(xué)家通過(guò)開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡 確認(rèn)在宜居帶（指行星距離恒星遠(yuǎn)近合適的區(qū)域，在這一區(qū) 域內(nèi)，恒星傳遞給行星的熱量適中，既不會(huì)太熱也不太冷， 能夠維持液態(tài)水的存在。）發(fā)現(xiàn)第一顆與地球大小相似的太 陽(yáng)系外行星開(kāi)普勒一 452b。這顆被NASA稱(chēng)為“地球2.0” 的星球是迄今為止最接近“另一個(gè)地球”的外系行星，但它 比地球體積更大，壽命更長(zhǎng)。開(kāi)普勒-452b的發(fā)現(xiàn)是人類(lèi)朝著尋找“另一個(gè)地球”邁 出的重要一步，從一定意義上說(shuō)，地球或許己不再“孤獨(dú)”。在人類(lèi)探索太空的歷史

2、中，開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)揮了至 關(guān)重要的作用一一迄今為止，人類(lèi)發(fā)現(xiàn)的系外行星總數(shù)超過(guò) 1800顆，其中開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡確認(rèn)的就超過(guò)1000顆。地球的“男朋友”如伺被發(fā)現(xiàn)？開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡（KEPLER）是世界上首個(gè)用于探測(cè)太 陽(yáng)系外類(lèi)地行星的飛行器，于美國(guó)東部時(shí)間2009年3月6 日22時(shí)49分57秒465毫秒（北京時(shí)間7 H 11時(shí)49分57 秒465毫秒），從佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角空軍基地17-B發(fā) 射臺(tái)發(fā)射升空，它將是美國(guó)宇航局發(fā)射的首顆探測(cè)類(lèi)地行星 的探測(cè)器。在至少3年半的任務(wù)期內(nèi)，“開(kāi)普勒”太空望遠(yuǎn) 鏡將對(duì)天鵝座和天琴座中大約10萬(wàn)個(gè)恒星系統(tǒng)展開(kāi)觀測(cè)， 尋找類(lèi)地行星和生命存在的跡彖。美國(guó)航

3、天局公布的資料顯 示，“開(kāi)普勒”太空望遠(yuǎn)鏡攜帶的光度計(jì)裝備有直徑為95厘 米的透鏡，它將通過(guò)觀測(cè)行星的“凌日”現(xiàn)彖搜尋太陽(yáng)系外 類(lèi)地行星。開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡探測(cè)行星的依據(jù)在于：當(dāng)恒星系統(tǒng)中 的行星運(yùn)行到開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡與恒星之間時(shí)，由于行星的遮擋, 開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡光度計(jì)傳感器接收到的恒星亮度會(huì)變?nèi)?。地?科學(xué)家可以根據(jù)恒星亮度周期性的微弱變化來(lái)推算岀行星 的大小和軌道周期等數(shù)據(jù)。開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡能探測(cè)到的這種亮 度微弱變化可以小到百萬(wàn)分之十左右。這一技術(shù)方法已經(jīng)被 科學(xué)家采用了大約十年，并幫助了天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了 300多顆 較大的行星。而開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡將目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)更小的行星，像地 球一般大的宜居住行星，它們都圍

4、繞其母恒星運(yùn)轉(zhuǎn)。開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡是世界上第一個(gè)真正能發(fā)現(xiàn)類(lèi)地行星的 太空望遠(yuǎn)鏡，它將發(fā)現(xiàn)宜居住區(qū)圍繞恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的行星。在開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡三年半多的任務(wù)結(jié)束之前，它將讓我們 更好地了解其它類(lèi)地行星在我們銀河系到底是多還是少，這 將是回答“我們是否是宇宙中的惟一”這個(gè)長(zhǎng)久問(wèn)題的關(guān)鍵步。開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡具有太空最大的照相機(jī)，有一個(gè)95兆像 素的電荷偶合器（CCD）陣列，這就像我們?nèi)粘Ｊ褂玫臄?shù)碼 相機(jī)中的CCD 樣。并且通過(guò)定位在地日系統(tǒng)的第二拉格朗 日點(diǎn)，圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以可以全時(shí)段檢測(cè)目標(biāo)天區(qū)。望遠(yuǎn)鏡的偶然發(fā)現(xiàn)27世紀(jì)初，在荷蘭的米德?tīng)柋ば〕?，眼鏡匠利珀希幾乎 整日在忙碌著為顧客磨鏡片。在他開(kāi)設(shè)的店鋪里各種各樣

5、的 透鏡琳瑯滿(mǎn)目，以供客戶(hù)配眼鏡時(shí)選用。當(dāng)然，丟棄的廢鏡 片也不少，被堆放在角落里的廢鏡片則成了利珀希三個(gè)兒子 的玩具。一天，當(dāng)三個(gè)孩子在陽(yáng)臺(tái)上玩耍的時(shí)候，小弟弟雙手各 拿一塊鏡片靠在欄桿旁前后比劃著看前方的景物，突然發(fā)現(xiàn) 遠(yuǎn)處教堂尖頂上的風(fēng)向標(biāo)變得又大又近，他欣喜若狂地叫了 起來(lái)，兩個(gè)小哥哥爭(zhēng)先恐后地奪下弟弟手中的鏡片觀看房上 的瓦片、門(mén)窗、飛鳥(niǎo)它們忽然變得十分清晰，仿佛是近 在眼前。利珀希對(duì)孩子們的敘述感到不可思議，他半信半疑 地按照兒子說(shuō)的那樣進(jìn)行試驗(yàn)，手持一塊凹透鏡放在眼前， 把凸透鏡放在前面，手持鏡片輕緩平移距離，當(dāng)他把兩塊鏡 片對(duì)準(zhǔn)遠(yuǎn)處景物時(shí)，利珀希驚奇地發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)處的視物被放大了,

6、似乎就在眼前觸手可及。這一有趣的現(xiàn)象被鄰居們知道了，觀看后也頗感驚異。 此消息一經(jīng)傳開(kāi)，米德?tīng)柋さ氖忻駛兗娂妬?lái)到店鋪要求一飽 眼福，不少人愿出一副眼鏡的代價(jià)買(mǎi)下可觀看物景變近的鏡 片獨(dú)自享用，結(jié)果廢鏡片成了 “寶貝”。受此啟示，利珀希 意識(shí)到這是一樁有利可圖的買(mǎi)賣(mài)，于是向荷蘭國(guó)會(huì)提岀發(fā)明 專(zhuān)利申請(qǐng)。2608年10月12日，國(guó)會(huì)審議了利珀希的申請(qǐng)專(zhuān)利后給 予了回復(fù)，受理的官員指著樣品對(duì)發(fā)明人提出改進(jìn)要求：能 夠同時(shí)用兩只眼睛進(jìn)行觀看并且“玩具”要有具體的名稱(chēng), 利珀希在一個(gè)套筒上裝上鏡片，把兩個(gè)套筒聯(lián)結(jié)，滿(mǎn)足了人 們雙眼觀看的要求，經(jīng)過(guò)冥思苦想將這個(gè)玩具取名為“窺視 鏡”。這一年的12月5日，經(jīng)

7、改進(jìn)后的雙筒“窺視鏡”發(fā)明 專(zhuān)利獲得政府批準(zhǔn)，國(guó)會(huì)發(fā)給他一筆獎(jiǎng)金以示鼓勵(lì)。伽利略天文望遠(yuǎn)鏡問(wèn)世1609年6月，意大利天文學(xué)家和物理學(xué)家伽利略在威尼 斯收到朋友寄來(lái)的一封信，告訴他有個(gè)荷蘭眼鏡商造出“窺 視鏡”，利用鏡片的組合可看清遠(yuǎn)處的景物。伽利略獲得信息后意識(shí)到它在天文學(xué)上的應(yīng)用價(jià)值，立 即返回帕多瓦集中精力研究光學(xué)和透鏡，反復(fù)琢磨并親自動(dòng) 手將鏡片安裝在銅筒的兩端，銅筒則被定置在固定架上。最 初望遠(yuǎn)鏡只能放大3倍，在此基礎(chǔ)上，伽利略不斷地摸索改 進(jìn)，使望遠(yuǎn)鏡能夠放大32倍，第一臺(tái)天文望遠(yuǎn)鏡就這樣問(wèn) 世了。從1609年末到1620年初，伽利略在佛羅倫薩用這臺(tái)劃 時(shí)代的天文儀器進(jìn)行天體觀測(cè)：他

8、發(fā)現(xiàn)月球表面布滿(mǎn)了凹坑 和環(huán)形山，也尋找到木星有四顆衛(wèi)星；看到銀河系是由無(wú)數(shù) 星體組成；還觀測(cè)到太陽(yáng)的黑子、金星的盈虧、土星的光環(huán) 等。為把天象觀察結(jié)果公之于眾，伽利略于1610年3月在 威尼斯出版了星空使者一書(shū)，揭示了這一系列重大的天 文發(fā)觀而轟動(dòng)了歐洲。不久，德國(guó)天文學(xué)家開(kāi)普勒也制造出一臺(tái)新的望遠(yuǎn)鏡, 這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡的物鏡和目鏡都是用凸透鏡組成，前端凸鏡為物 鏡，用來(lái)收集光線，后面的凸鏡為目鏡則再次將景物放大。 因此這臺(tái)天文望遠(yuǎn)鏡觀察到的景物是倒立的，他發(fā)明的這臺(tái) 望遠(yuǎn)望被稱(chēng)為“開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡”。開(kāi)普勒利用新的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)天象，將恩師一一丹麥天文 學(xué)家第谷觀測(cè)到的777顆恒星擴(kuò)展為1005顆，16

9、27年編制 并出版了魯?shù)婪蛐潜?，因精確度高被視為標(biāo)準(zhǔn)星表。在 整理第谷長(zhǎng)達(dá)30年的天文觀測(cè)資料時(shí)，發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)的 三大定律，后人贊頌開(kāi)普勒是“宇宙的立法者”。 天 文望遠(yuǎn)鏡打開(kāi)了宇宙的大門(mén)，伽利略發(fā)現(xiàn)了新宇宙，開(kāi)普勒 則為星空制定了法律。牛頓與反射式望遠(yuǎn)鏡伽利略的天文望遠(yuǎn)鏡與荷蘭利珀希發(fā)明的望遠(yuǎn)鏡一樣, 都是由凹凸兩透鏡組成的，包括開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡，均被稱(chēng)為“折 射式望遠(yuǎn)鏡”。由于鏡片的色散作用，“折射式望遠(yuǎn)鏡”看到 的景物都帶有彩色的邊緣，如何消除透鏡的“色差”這一缺 陷呢？英國(guó)科學(xué)家牛頓試圖解決這個(gè)難題。牛頓用三棱鏡做科學(xué)實(shí)驗(yàn)，觀察發(fā)現(xiàn)玻璃能把白光分解 成七色，這意味著鏡片可以把不同顏色的光

10、聚集到不同的點(diǎn), 從而產(chǎn)生一種模糊而帶色的影像。牛頓在研究光的折射課題 后，提出了 “反射現(xiàn)彖”的思路來(lái)設(shè)計(jì)望遠(yuǎn)鏡。他認(rèn)為光本 身是一種折射率不同的復(fù)雜混合物，并具有規(guī)律，一旦光線 的反射角等于它們的入射角，并且可以找到一種反射材料， 就可避免“色差”的缺陷。2668年，牛頓把這個(gè)設(shè)想變成了現(xiàn)實(shí)，制成了世界上第 一臺(tái)反射式望遠(yuǎn)鏡，不久，牛頓又對(duì)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行改進(jìn)，于1671 年制成了第二臺(tái)反射式望遠(yuǎn)鏡，這臺(tái)閃爍人類(lèi)智慧之光的珍 貴望遠(yuǎn)鏡，至今仍保存完好，并且被英國(guó)皇家學(xué)會(huì)圖書(shū)館永 久收藏。牛頓研制的望遠(yuǎn)鏡是用一個(gè)反射鏡代替物鏡，消除色差 之后，推動(dòng)了望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展。琴師赫歇耳的重大貢獻(xiàn)2757年秋天

11、，法國(guó)軍隊(duì)占領(lǐng)了德國(guó)，威廉赫歇耳和他妹 妹離開(kāi)故土，漂泊流浪到英國(guó)，靠街頭和酒吧賣(mài)藝維持生計(jì)， 過(guò)著艱辛的生活?？墒?，這對(duì)兄妹對(duì)天文觀察有著濃厚的興 趣，為了觀測(cè)星空，他們決定自己動(dòng)手研制大口徑的反射望 遠(yuǎn)鏡。望遠(yuǎn)鏡的物鏡是一塊采用青銅材料的反射鏡，為了提高 望遠(yuǎn)鏡的取光作用和分辨能力，他們用手工將這塊青銅磨成 高精度的拋物形鏡面；目鏡是一塊透鏡，由玻璃琢磨制成。 兄妹倆經(jīng)過(guò)數(shù)年的努力，終于制成了兩臺(tái)當(dāng)時(shí)世界上最大的 天文望遠(yuǎn)鏡，其中一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡口徑為12米，焦距長(zhǎng)達(dá)22米。1781年春的一個(gè)晴朗的夜晚，兄妹倆來(lái)到望遠(yuǎn)鏡旁觀察 天象。當(dāng)鏡筒對(duì)準(zhǔn)雙子星座，此時(shí)有一顆不尋常的六等小星 進(jìn)入他們的視線

12、，引起了赫歇耳的注意。對(duì)星空非常熟悉的 赫歇耳立即判斷它是一顆未知的新星，經(jīng)過(guò)連續(xù)半個(gè)月的跟 蹤觀察，終于確定它是太陽(yáng)系的一顆新行星一一天王星，這 一天是3月13 Ho為了嘉獎(jiǎng)威廉赫歇耳發(fā)現(xiàn)天王星，英皇 喬治三世御封他為“英國(guó)皇家天文學(xué)家?！痹谔煳耐h(yuǎn)鏡的發(fā)展進(jìn)程中，赫歇耳首創(chuàng)了拋物形鏡面, 為后來(lái)獲得廣泛使用的折反射式天文望遠(yuǎn)鏡制造奠定了基 礎(chǔ)。同時(shí)，赫歇耳開(kāi)了制造大口徑反射式望遠(yuǎn)鏡的先河。自 此，科學(xué)家為了觀測(cè)到更多的星體，又制造出了口徑更大的 反射式望遠(yuǎn)鏡。1845年，英國(guó)天文學(xué)家羅斯造出了 口徑為 1.84米的反射式望遠(yuǎn)鏡。歷史總在不斷地前進(jìn)，1913年，美國(guó)威爾遜天文臺(tái)裝備 的反射式

13、望遠(yuǎn)鏡口徑增大到2.54米。由于望遠(yuǎn)鏡口徑的增大, 致使人們對(duì)宇宙的觀測(cè)和研究也逐步深入起來(lái)。美國(guó)在1948 年制造出了 口徑達(dá)5.08米的反射式望遠(yuǎn)鏡，它那鍍銀的拋物 面玻璃反射鏡競(jìng)重達(dá)14.5噸，這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡被定置在帕洛馬山 天文臺(tái)；1975年，蘇聯(lián)制造岀了一臺(tái)口徑達(dá)6米的反射式望 遠(yuǎn)鏡，這臺(tái)巨型望遠(yuǎn)鏡僅轉(zhuǎn)動(dòng)部分就重達(dá)800噸，是目前世 界上最大的反射式望遠(yuǎn)鏡1930年，德國(guó)人施密特(BernhardSchmidt)將折射望遠(yuǎn)鏡和反射望遠(yuǎn)鏡的優(yōu)點(diǎn)(折 射望遠(yuǎn)鏡像差小但有色差而且尺寸越大越昂貴，反射望遠(yuǎn)鏡 沒(méi)有色差、造價(jià)低廉且反射鏡可以造得很大，但存在像差) 結(jié)合起來(lái)，制成了第一臺(tái)折反射望遠(yuǎn)鏡

14、。直至2014年6月18 0,智利將夷平賽羅亞馬遜(Cerro Amazones)山的山頂，用以安置世界上功率最大的望遠(yuǎn)鏡“歐 洲特大天文望遠(yuǎn)鏡”(英文縮寫(xiě)EELT)O又稱(chēng)“世界最大的天 空之眼”，寬近40米，重約2500噸，其亮度比現(xiàn)存望遠(yuǎn)鏡 高25倍，清晰度是哈勃望遠(yuǎn)鏡的16倍。該望遠(yuǎn)鏡造價(jià)8.79 億英鎊，有望于2022年正式投入使用。隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，我國(guó)古代的“千里眼” 傳說(shuō)己不再是美妙的幻想，現(xiàn)代天文望遠(yuǎn)鏡己將神話變成現(xiàn) 實(shí)。望遠(yuǎn)鏡的用途除了在探索宇宙空間發(fā)揮著巨大作用之外，望遠(yuǎn)鏡在軍 事領(lǐng)域和生活的作用也不可小覷。在生活中，當(dāng)人們觀看音樂(lè)會(huì)、戲劇表演、足球等大場(chǎng) 地的戶(hù)

15、外比賽時(shí)，可以選用放大倍率為78倍，外形緊湊的 望遠(yuǎn)鏡;天文愛(ài)好者可以選用放大倍率在10倍左右的產(chǎn)品， 因?yàn)檩^大的物鏡直徑可以帶來(lái)更明亮和更寬廣的視野。在軍事上，望遠(yuǎn)鏡發(fā)揮的作用更為重要。軍事望遠(yuǎn)鏡多用于觀察戰(zhàn)場(chǎng)、研究地形地物和偵察目標(biāo), 還可用右目鏡中的密位分劃進(jìn)行簡(jiǎn)易測(cè)量。早期的軍用望遠(yuǎn)鏡都是伽利略結(jié)構(gòu)，此種望遠(yuǎn)鏡雖然結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，透光率高，但倍數(shù)和觀測(cè)視場(chǎng)都很小。在19世紀(jì) 末20世紀(jì)初在軍用望遠(yuǎn)鏡己用普羅棱鏡結(jié)構(gòu)成功解決了倍 數(shù)和視場(chǎng)的問(wèn)題，在冷戰(zhàn)和后冷戰(zhàn)時(shí)代，軍用望遠(yuǎn)鏡的使用 環(huán)境發(fā)生了巨大的變化，望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)思想也有了較大的改 變。首先是機(jī)械化的實(shí)現(xiàn)，使用者經(jīng)常要在顛簸車(chē)的上使用 望遠(yuǎn)鏡，這就對(duì)望