图解天文望远镜发展史（6）

文/ 叶楠

新世纪的大型天文望远镜

进入21 世纪以来，大型光学天文望远镜的建造不再是发达国家的专利，许多发展中国家也开始加大对天文学基础设施建设的投入。和平年代里的世界各国在空间和天文领域开展友好的竞争与合作，让人耳目一新的技术层出不穷，液态金属可以用来制造望远镜，新的光路结构可以兼具大口径与大视场的优势，超越10 米量级的更大口径的望远镜也在各国的合作下开始建设。在不久的未来，人类将通过这些新设备逐步解开宇宙中更多的奥秘。

麦哲伦望远镜

麦哲伦望远镜位于智利的拉斯坎帕纳斯天文台，由两台口径6.5 米的光学望远镜组成。两架望远镜相距60 米，分别以天文学家沃尔特·巴德和慈善家兰顿·克莱的名字命名，于2000 年和2002 年先后建成。2013 年，随着自适应系统的升级改造，麦哲伦望远镜可以拍摄到最清晰的可见光图像，角分辨率可以达到0.02 角秒，相当于从160 千米外分辨出一枚硬币的直径。为其配备的自适应副镜名为MagAO，原本是为大双筒望远镜准备的，不过由于意外，这面镜子的边缘在安装前破碎了，便经过切除边缘破损部分后装配到了麦哲伦望远镜上，也算是因祸得福。

大天顶望远镜

400 年来，所有的望远镜主镜都是由金属或玻璃磨制而成。但是早在数百年前，牛顿曾经指出，旋转液体的表面可以形成一个抛物面，这一特性正好可以用来制作望远镜。不过受限于当时的技术水平无法制造出能保持稳定速度旋转的装置，同时另一个困难是受重力影响，液体镜面望远镜只能面朝天顶方向。2003 年，位于加拿大的不列颠哥伦比亚大学建造完成了这台口径6 米的液态镜面望远镜，名为大天顶望远镜，它是迄今为止液态镜面望远镜中最大的。它以液态汞为原料，每分钟大约旋转8.5 圈，角分辨率可以达到1.4 角秒。

南非大望远镜

南非大望远镜隶属于南非国家光学天文台，于2005 年建成，台址位于开普敦东北370 千米外的汉塔姆自然保护区，海拔1837 米，是南半球最大的光学望远镜。南非大望远镜由91 个六边形镜片拼接而成，每个镜片直径1 米，拼接成11.1 米×9.8 米的主镜（右图），等效口径9.2 米。与其他拼接镜面望远镜不同的是，南非大望远镜的反射镜不是呈抛物面状而是呈球面状，这主要是为了利用激光更好的对反射面进行校准。另一个不同寻常之处在于，在观测期间镜子本身是不进行跟踪的，只有焦点位置的仪器进行移动跟踪，这与阿雷西博射电望远镜的观测方式有异曲同工之处，不过这也大大限制了望远镜所能观测到的天区范围。

加那利大型望远镜

加那利大型望远镜坐落于西班牙所属的加那利群岛中的拉帕尔玛岛上，这里是欧洲重要的地基光学和红外天文观测基地。望远镜于2002 年开始建造，但受限于群岛地带交通不便以及气候状况的影响，直到2007年才建成，2009 年开始正式科学观测。望远镜的主镜由36 片六边形镜片拼接而成，等效口径10.4 米，是世界上最大的单一口径望远镜。重达400 吨的望远镜和仪器漂浮在一层极薄的润滑油上，只需要很小的力就可以使望远镜平稳地改变指向和进行跟踪。

大双筒望远镜

大双筒望远镜位于美国亚利桑那州海拔3300米的格拉汉姆山上，由两台口径8.4 米的主镜构成，等效口径11.8 米。两面主镜分别于2004 年和2006 年建成，由于两台望远镜被架设在同一台基座上，因此被称为大双筒望远镜。当两台望远镜进行干涉观测时，其分辨率相当于一台口径22.8 米的望远镜，干涉观测主要应用在红外波段。大双筒望远镜除了有着强大的观测能力之外，由于其特殊的造型，它也经常在各类科普节目中出镜。

甚大望远镜

甚大望远镜的英文名非常直接，就叫做Very Large Telescope（VLT），它由4 台相同的8.2 米口径望远镜组成，位于智利北部阿塔卡马沙漠旁的帕拉纳山上，隶属于欧洲南方天文台。每台望远镜的主镜厚18 厘米、重22 吨，采用R-C 光学系统，焦比为F/2。每台主镜还配备了由150 个促动器组成的主动光学系统。从1999 年至2000 年，4 台望远镜陆续建成，它们可以单独进行观测，也可以进行光学干涉观测以获得更高的角分辨率。单台望远镜观测角分辨率为0.05 角秒，进行光学干涉时可达到0.002 角秒。甚大望远镜是地基天文台中最具有生产力的设施，在可见光波段的观测成果转化成科研论文的数量仅次于哈勃空间望远镜。

伊朗国家天文台3.4 米望远镜

2022 年，耗资2500 万美元建造的伊朗国家天文台3.4 米口径望远镜正式投入运行。天文台位于伊朗中部海拔3600 米的加尔加什山上，从选址开始到望远镜建成一共经历了22 年的时间。3.4 米望远镜采用R-C 结构，焦比F/11。望远镜拍摄的第一幅照片是距离我们约3.19 亿光年的Arp 282 星系，图像分辨率为0.8 角秒。第二张图像的分辨率达到了0.65 角秒，接近望远镜在当地大气条件下的分辨率极限。亚洲中西部地区一直是天文观测的一个空白区域，3.4 米望远镜的建成填补了这个空白，对于那些转瞬即逝的天文现象，如伽马射线暴的观测有着积极意义。

印度3.6 米光学望远镜

作为文明古国之一的印度在进入新世纪后也在不断加大对航天及天文的投入，相继开展了月球及火星探测等空间项目。在天文学领域，印度于2004 年在奈尼塔尔附近海拔2540 米的山上开始建造3.6 米口径光学望远镜。该望远镜由比利时与印度合作建造，主镜重达4.3 吨，配备有主动光学和自适应光学系统。2016 年3 月31 日，印度总理莫迪和比利时总理米歇尔共同远程启动了这台望远镜。该望远镜配备有光学摄谱仪、CCD 成像仪及近红外摄谱仪等终端设备，是当时亚洲最大的通用型天文光学望远镜。

云南2.4 米口径望远镜

坐落于我国云南丽江海拔3193 米的高美古观测站中的2.4 米口径望远镜，是我国及东亚地区口径最大的通用型天文光学望远镜。望远镜于2007 年由云南天文台的工程技术人员完成安装，2008 年通过验收投入使用。望远镜主镜口径2.4米，采用微晶玻璃材质制作，其近乎于零的热膨胀性能确保望远镜在-10℃～35℃的工作环境中不会发生形变。望远镜整体由液压支撑，机械驱动和圆顶全部由计算机自动控制。其分辨率、指向精度、跟踪精度等指标均为国内最高水平。2.4米望远镜虽然口径在国际上不算很大，但其填补了地理经度上的空白，并具有先进的控制和观测系统，为我国光学、精密机械、电子及相关技术的发展提供了有益的借鉴。

郭守敬望远镜

郭守敬望远镜的全称为大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜（LAMOST），位于中国科学院国家天文台兴隆观测基地，于1997 年立项，2001 年开始动工，2009 年通过验收，2012 年开始正式巡天观测。这是一架新类型的大视场兼备大口径望远镜，光路结构为“王-苏反射施密特望远镜”。其主要构造分为三部分：球面主镜由37 块对角线长1.1 米、厚75 毫米的六边形球面子镜拼接而成，大小为6.67 米×6.05 米；反射施密特改正镜由24 块对角线长1.1 米、厚25 毫米的六边形平面子镜拼接而成，大小为5.72 米×4.40 米；第三部分是放置在焦平面处的4000 根光纤。天体的光经过光纤传输到光谱仪上，可以同时获得4000 个天体的光谱，这使其成为世界上光谱获取效率最高的望远镜。

现在世界上已经有了数台10 米级的望远镜，新技术以及新方法的应用也在不断丰富着望远镜的类型。但人类对于更大口径望远镜的向往依然如旧，我国正在筹划12 米口径光学红外望远镜的建造；位于智利拉斯坎帕斯口径25.4 米的巨型麦哲伦望远镜正在建造之中；位于夏威夷口径30 米的TMT 望远镜受到了当地人的阻碍，能否继续修建还是未知数；欧洲南方天文台口径39.3米的ELT 望远镜在建成后将会成为世界上最大的光学望远镜。伽利略第一次将望远镜指向夜空时让人类看到了许多前所未知的东西，这些更大口径的望远镜又能带来什么惊喜，让我们拭目以待。