坐观星河：天文望远镜发展简史(组图)
2008-6-12 10:32:55   中国国家天文

　　“这架200英寸望远镜以乔治?埃勒里?海尔命名，他的远见卓识和亲自领导使之变成了现实。”

　　1969年12月，威尔逊山和帕洛马山两座天文台重新命名，统称为海尔天文台。

　　全新的思路

　　天文望远镜的口径越大，收集到的光就越多，就能探测到越远越暗的天体。与此同时，一架望远镜的口径越大，分辨细节的本领也就越高。这对天文观测来说，同样至关重要。

　　不过，大也有大的难处。大型反射望远镜仅仅对它直接指向的那一小块天空，才能形成优质的星像，才能拍下极其清晰的照片。在这一小块天空以外，拍摄的照片都将因失真太大而无法使用。通常，望远镜的口径越大，每次能够高精度地进行观测的天空范围也就越小。例如，用威尔逊山上那架口径254厘米的胡克望远镜，每次只能观测像满月那么大小的一块天空。海尔望远镜的视场甚至比这更小。如果用大型反射望远镜拍摄星空，每次一小块一小块地拼起来，直到覆盖整个天空，那就需要拍摄几十万甚至几百万次。大望远镜的这一弱点，使它们难以胜任“巡天”观测。

　　那么，“巡天”究竟是什么意思呢？

　　天文学上最普遍的“巡天”，相当于对天体进行“户口普查”，它为大量天文研究工作提供最基本的素材。正如普查人口之后，就可以根据不同的特征——性别、民族、年龄等，对“人”进行分门别类的统计研究那样，对天体进行“户口普查”后也可以根据不同的特征——亮度、距离、光谱类型等，对它们进行分门别类的统计研究。

　　要想在不太长的时间内完成一次天体的“户口普查”，望远镜的视场就不能太小，因而其口径就不能太大。另一方面，为了看清很暗的天体，望远镜又必须足够地大。这两者是有矛盾的。那么，有没有可能“鱼与熊掌得兼”，造出一种口径既大、视场也大的新型天文望远镜呢？

　　早在20世纪20年代，旅德俄国光学家施密特就开始朝这个方向迈出了第一步。施密特生于1879年3月30日，他接受的正规教育十分有限，但自学光学很有成绩。施密特早年就喜欢做实验，并为此付出了高昂的代价。他把火药塞进一根钢管，然后点燃它，爆炸效果令人满意，但是却炸掉了他的右手和右前臂。后来，他不得不用一条胳膊来研磨他的透镜和反射镜。

　　施密特想出一种同时使用反射镜和透镜的方案。1930年，他研制成功第一架“折反射望远镜”：用球面反射镜作为主镜，在它的球心处安放一块“改正透镜”。改正透镜的形状特殊，中间最厚，边缘较薄，最薄的地方则介于中间与边缘之间。改正透镜设计得使透过它的光线经过折射以后恰好能弥补反射镜引起的球差，同时又不会产生明显的色差和其他像差。这就是所谓的“施密特望远镜”，它使望远镜的有效视场增大了许多。世界上最大的施密特望远镜安装在德国的陶登堡天文台，其主镜和改正透镜的口径分别为2.03米和1.34米。

　　施密特望远镜的视场宽阔，使它在“巡天”工作中起到了无可替代的巨大作用。例如，美国的帕洛马山天文台，以及位于澳大利亚的英澳赛丁泉天文台各用一架主镜口径1.22米的施密特望远镜巡天，记录了全天约10亿个天体的位置、形状等信息。

　　施密特望远镜使用了透镜，这使它也像折射望远镜那样不可能做得太大。那么，能不能用一块“改正反射镜”来代替“改正透镜”呢？

　　如何研制“反射式施密特望远镜”，正是20世纪90年代以来国际天文界共同关心的问题。只有做到这一点，才能将整个望远镜的口径和视场同时做得很大。我国天文学家在这方面的研究处于比较先进的地位。预期在2010年前，反射式施密特望远镜就将成为现实。

　　在一架施密特望远镜拍摄的单张底片上，所包含的星像可多达上百万颗。如果在某张底片上发现了什么特别有趣或者可疑的东西，这时就该进而利用巨型反射望远镜来更加精细地考察它们了。

　　因此，即使有了施密特望远镜，我们也还需要越来越大的反射望远镜。但是，不少科学家认为，材料、设计、工艺、结构等多方面的重重困难，似乎已经使制造更大的反射望远镜成了镜花水月。例如，制造大块光学玻璃本身就是一大难题，而且它只要有极微小——例如温度变化所致——的形变，就会使星像变得模糊，从而使望远镜的威力大减。因此，海尔望远镜在落成后的30年内，始终仿佛鹤立鸡群，没有任何新的望远镜可以与之媲美。