最大望远镜开建 清晰度是哈勃十倍

2006年02月14日16:08  来源:新华网

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美国科学家计划投入5亿美元于2016年建成世界上最大的天文望远镜“大麦哲伦”(假想图)。
  最新一期美国《发现》杂志刊文报道说,全球最顶尖的天文学家们正倾尽所有财力物力,外加他们在业内博得的声誉,进行一场史无前例的“豪赌”―――他们计划投入5亿美元于2016年建成世界上最大的天文望远镜“大麦哲伦”(GiantMagellan Telescope),它将坐落于智利拉斯卡姆帕纳斯地区,成像清晰度将达到“哈勃”望远镜的10倍。

  业内人士认为,“大麦哲伦”的建成将是一个里程碑式的跨越,使人们能够直接观测遥远星系的行星,寻找类似太阳系或地球的宇宙环境,以及潜在的智慧生命。之所以被看作一场“豪赌”,因为就目前的资金以及科技水平,没有人能保证这个梦想最终能破茧化蝶。

  造型 菊花七瓣

  “大麦哲伦”的主观测镜片将由7个直径均为27.6英尺(约8.4米)的巨幅镜片组成。它们将以菊花的形状被组装在一起―――1个居中,另外6个环绕在其周围。这些镜片安装在一起后的聚光能力相当于一面直径为21.4米的巨型完整镜面。除此之外,“大麦哲伦”上还将装备一台光学适应系统。借助该仪器,它的成像清晰度将达到“哈勃”太空望远镜的10倍。

  “我希望‘大麦哲伦’的每一面镜子与数学的完美表面相比,都能维持差距在百万分之一英寸内。这棘手之处在于,我们必须知道接下来该磨哪里、该用多少力道。”被誉为美国巨型天文望远镜之父、年届64岁的罗杰·安吉尔表示。他在位于美国亚利桑那大学的史都华天文台的铸镜实验室承担了镜片铸造实验的任务。

  这是他所制造过的最大的一面镜片。而“大麦哲伦”的镜片直径也刷新纪录,成为单一镜片望远镜中直径最大的,并将镜片的制造技术提升至一个新的境界。

  制作 高温熔铸

  镜面制作的原理是将20吨玻璃均匀倒入一个表面分布着成千上万个小陶瓷光纤蜂巢容器中;玻璃在温度高达1260℃的旋转熔炉中变为液态,流入下层容器,同时旋转产生的离心力把多余的玻璃液体分离出去,形成一个凹面镜坯;冷却后,科学家们把蜂巢容器撤去,用研磨设备打磨镜面。

  如今,安吉尔实验室铸造炉内,温度高达1000多℃的液态玻璃散发出橙色的光芒,20吨硅硼玻璃灼热的液体已经被浇注在模具中,3米高的模具在飞快地旋转着,钢架、电缆如同八爪鱼的触手一样四处延伸,指示灯不停地闪烁着。液态玻璃正从六角柱孔缓缓溢出,铸成一面巨大的蜂巢镜。这预示着直径8.4米、高约1米、平均厚度却不到3厘米,由多孔的硼硅酸盐组成的“大麦哲伦”的第一面镜片成型。

  由于载模漏了两吨硼硅玻璃,进度比原先预期的2005年夏季落后了数月之久,但安吉尔欣慰地解释道:“光是第一面镜子就很难搞定了,因为在此之前,从未有人铸造过如此巨大而形状又那么诡异的镜子。”

  目标 类地行星

  早在设计“大麦哲伦”的雏形时,安吉尔就认识到只要靠点运气再加上一些精妙的技巧,就很可能在这片茫茫“星”海中找到一颗类地行星。

  他那极具颠覆性的解决之道,便是将主要的接收器排得像菊花的花瓣那般,六面形状各异的偏轴镜将环绕中央的对称镜。这样的设计下,能接收到的星光将是凯克望远镜当中任何一架的4.6倍。

  对于同样身为天文学家的弗里德曼而言,她想用“大麦哲伦”来一窥暗能量以及在恒星与星系生成前“黑暗时代”的神秘面貌,不过这并不是安吉尔最感兴趣的问题。安吉尔说:“我之所以想这样做,是因为在过去2000年来,人类一直在寻找另一个地球,而如今在其他恒星中觅得类地行星的构想不再遥不可及。现在,你可以坐下来好好计划得用哪一种望远镜来观察类地行星,并取得光谱,以找寻液态水的化学迹象和外星生物的踪影。”

  经费 杯水车薪

  目前,第一面镜片已经成型,但整个项目是否可能启动仍然是一个巨大的未知数。制造“大麦哲伦”需要的很多核心技术尚处于研究阶段,而整个项目需要的5亿美元经费目前实际到位仅1700万美元。

  为了顺利建造这台巨型望远镜,美国的加州卡内基天文台、哈佛大学、史密松天文物理台、亚利桑那州立大学、密歇根州立大学、麻省理工学院、得克萨斯州立大学和得克萨斯农工大学组成了一个团队。

  “虽然困难重重,但我有信心这个梦想最终可以实现。”弗里德曼表示,她对安吉尔及他的铸镜功力信心十足。

  而安吉尔必须为了经费时不时地离开实验室赶赴各地游说,让经费大户们相信“大麦哲伦”值得5亿美元这个价钱。

  虽然有着高素质的团队为后盾,但“大麦哲伦”还是得和其他巨型望远镜计划为了经费而一较高下。其中有方案要将凯克望远镜的分节镜加大(两架直径10米的望远镜,是目前世上最大的望远镜);加州理工学院和其余小组则想建造一座直径30米的望远镜;欧洲南方天文台计划斥资12亿欧元,兴建一座直径100米,名为OWL的望远镜。(吉典)

  ■新闻背景

  大型光学望远镜简史

  ●胡克望远镜(Hooker)

  1917年,胡克望远镜在加州威尔逊山天文台建成。其主反射镜直径为2.54米,在其建成后30年,它一直是全世界最大的天文望远镜。正是利用这座望远镜,埃德温·哈勃发现了银河系外的星系,并找到了宇宙膨胀的证据。

  ●海尔望远镜(Hale)

  直径5.08米的海尔反射式望远镜坐落在美国帕洛玛山上。它于上世纪三四十年代建造,1948年完成,建造技术在当时堪称奇迹。虽然从1993年以后,海尔作为最大反射式光学望远镜的地位已被取代,但仍在为宇宙探索发挥重要作用。

  ●凯克望远镜(Keck)

  目前世界上最大的光学天文望远镜,位于夏威夷莫纳克亚山。其双子KeckI和KeckII分别在1993年和1996年建成。直径都是10米,由36块直径1.8米的六角镜面拼接组成。通过电脑控制的主动光学支撑系统调节,使镜面保持极高的精度。

  ●超大望远镜(VLT)

  1999年,欧洲南方天文台在智利建造了超大望远镜。它是由4台8米直径望远镜组成的一台等效直径达到16米的光学望远镜。这4台望远镜可以组成一个干涉阵,做两两干涉观测,也可以单独使用每一台望远镜。它可以在不同波段观测超新星等遥远天体。

  ●昴星团望远镜(SUBARU)

  日本的昴星团望远镜是目前世界上最大直径的单面反射镜,其直径达8.3米。坐落在夏威夷莫纳克亚山上,建造完成于1999年。据称,仅仅是抛光其超大镜面就花去了7年时间。昴星团望远镜使用了主动光学和自适应光学技术,支持镜面的是261个机械手指,它们可以不断调整镜面的形状以获得最佳成像。(谢来)

  ■延伸阅读

  最佳天文观测点:南极天穹C

  美国科学家还考虑在月球陨石坑建造大直径望远镜


  美国天文学家罗杰·安吉尔从近来的一些论文之中,得知一处几近理想的天文观测点:那就是位于南极洲中央,一处海拔3300米的平台,称作天穹C(DomeC)。他激动地说:“在天穹C,几乎每项指标性的陆基天文观测质量参数,都比地球上其他的地方要好上两倍甚至更多。”

  由于南极地区不像地球其他地区那样有着每天的日夜更替,而是存在长达5个多月的极昼和4个多月的极夜,这为对宇宙进行持续观测创造了独一无二的条件。在极夜条件下,由于没有太阳光的干扰,天文学家们可以进行连续观测,这非常有利于发现超新星以及伽马射线爆发。此外,由于可以长时间地扫描天空,还将帮助天文学家们更好地搜索太阳系外的行星系统,这是寻找地外文明最基础的一步。

  虽然南极被冰雪覆盖,但南极却是地球上最干燥的地区之一。由于大气中水气很少,宇宙中的红外线以及亚毫米波等有助天文学家了解宇宙演变过程的射线在到达地面时损失很少,因此还非常有利于天文学家们进行红外观测。

  目前美国、澳大利亚等国已经在天穹C地区开展了天文观测,观测清晰度为地球其他地区效果的20倍,这意味着天文学家们将可以观测到天体更多的细节。虽然美国国家科学基金会(NSF)否决掉一项在南极洲兴建一座2米直径望远镜的提案,但安吉尔依然坚持他的想法。他主张,“在南极洲兴建一座直径100米的望远镜绝对是最佳方案。”

  而太空也有吸引人的地方。安吉尔分析了在月球南极附近的陨石坑建造一座20米直径望远镜的优缺点,这座望远镜将以旋转池内液体的反射充当镜面。他坦言:“在月球上建望远镜的构想令大部分的天文学家感到不安,因为我们无法完全掌控它。”(吉典)

(责任编辑:马丽)
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