从“液体”到“哈勃”

1609年11月的一天，一台“长镜子”指向了“月亮美人”。可是，既没有看到桂花树、桫椤树和玉兔，也没有看见捧出桂花酒的吴刚和美丽的嫦娥，惟见这个“美人”满脸的“麻子”——苍凉和凹凸不平的表面上的一座座环形山。

这台“长镜子”，就是伽利略制造的世界上第一台“天文望远镜”，它的倍率是20。

伽利略完成了首次人类“偷窥”“月亮美人”之后，又在当年和第二年磨制了倍率大到32的天文望远镜，并指向太阳系中更多的“美人”——金星、土星及其光环、太阳黑子等，获得了一系列的重大天文发现。

从此，形形色色的各种天文望远镜应运而生，把我们的视野扩展到了银河系之外。像美国于1948～1949年在帕洛马(山)天文台安装的“海尔”反射式望远镜，口径达5．08米，就可以观测到20亿光年之遥的天体……为了看到更远的天体，各种天文望远镜的口径被越做越大。例如，20世纪90年代，俄罗斯建造的反射式望远镜的口径，就达到25米！

但是，望远镜的口径越大，加工难度也越大。而且，巨大的镜面会因为自身的重力作用或者强气流作用而变形，从而影响聚光的精度。

大口径镜的加工难度，可以从德国朔特玻璃厂生产的一面直径358米的反射凹镜看出。先把45吨玻璃加温熔化到1 400℃，然后慢慢注入直径8米的碟形模具。全部注入后，再把它们放到一个以6圈／分速度转动的转台上，使熔化的玻璃因离心作用而布满碟形表面。当玻璃冷却到800℃时，才一起放进巨大的炉子中缓慢冷却——时间长达3个月！要这么长时间的原因，是防止骤然冷却会产生内应力而使玻璃裂成碎片。接下来8个月的热处理后，再进行研磨、抛光、镀铝和钻孔等工序。这样，一个重23吨、直径358米的反射凹镜，在“怀胎”2年多之后终于“分娩”。

事实上，上面提到的“海尔”，磨制它的凹镜就用了7年！

造镜这么困难，迫使科学家们另辟蹊径。

20世纪50年代，前苏联科学家乌德用水银制成了一台液体望远镜，但没有实用价值。

经过许多人的不断改进，在20世纪80年代初，加拿大科学家阿曼罗·博拉也用水银制成一台镜头直径45厘米的液体天文反射望远镜，达到了实用程度。后来，他还加大了直径，并在水银表面镀上了透明薄膜，既解决了外界对水银面的干扰，又避免了水银蒸发和危害人体健康。1987年，他们的水银望远镜直径已经达到15米。而他们的长远目标是建造镜面直径30米的巨型液体天文反射望远镜。

液体望远镜制作工序简单，只要几十分钟就能制成，而且容易搬动使用。它的成本只有一般光学天文望远镜的5％——例如1995年美国航天局的3米直径水银望远镜，仅耗资50万美元，而同直径的光学天文望远镜则需要1 000多万美元。

目前，液体天文望远镜还存在一些缺点。例如，由于它不能倾斜，所以好像“坐井观天”——只能看到正上方的一小片天空。但在2002年，已有NASA的天文学家科学家希克森发表论文指出，配上反射镜可以增大它的视野。也有科学家提出用黏滞性更大的硅油代替水银，避免因倾斜改变已经形成的形状。可以预见，这个“后起之秀”，有可能“后来居上”。

除了让望远镜“脱胎换骨”以外，科学家们还有另一条思路。那就是，“走出去”！

在地球上用天文望远镜来观测星星，有很多遗憾。地球是被一层大气包围着的，星光要通过大气后才能到达天文望远镜。大气中的烟雾、微尘、水蒸气的扰动，对天文观测都有影响。更糟糕的是，望远镜的口径越大，这种扰动也越明显。

为此，人们尽量把天文台设置在微尘稀少、大气透明的高山上。像世界上放得最高的天文望远镜，在夏威夷岛的莫纳克亚山顶上，海拔有4 200多米。尽管这样，来自大气层的干扰仍不可完全避免。天文学家把这种有趣的“打折”现象，比喻为“从金鱼缸的缸底看天空”。

天文学家多么希望有朝一日，能走出“金鱼缸”，到“大气层之外”去看天空啊。

这一天梦想终于成真了。

1990年4月24日，美国“发现”号航天飞机呼啸着扶摇直上九霄，首次携带着人类的第一台太空望远镜，进入高度约5957千米的低地球轨道。人类终于能“走出去”，摆脱大气层的干扰，清晰地、不“打折”地“看”星星了！

这台望远镜，就是著名的哈勃太空望远镜(HST)。用了十多年建造的HST，由光学部分、科学仪器和辅助系统三大部分组成，耗资15亿美元。HST长131米、直径427米、重115吨。直径24米的主镜和直径03米的副镜组成的“眼睛”，分辨率相当高。

HST使人类的视野扩大到140亿光年的空间，还可以清晰地探测到暗至29等的宇宙天体！一个比方可以帮助对这“29等”的理解：在华盛顿看到16 000千米以外悉尼的一只萤火虫！由此可见，它成功升空，在望远镜发展史上是一次飞跃。

那么，这台望远镜为什么要用一个人——哈勃的名字呢？

这是为了纪念星系天文学的奠基人、观测宇宙学的开创者、美国著名天文学家哈勃(1889～1953)。1924年在威尔逊天文台，他成功地用当时最大的25米口径望远镜拍摄“仙女座星云”的照片，并测定了它的距离，证明了它是一个和银河系同级的“河外星系”，为人类认识宇宙作出了重要的贡献。

由于制造的主镜面边缘比设计要求低了2微米多等原因，所以HST的视远由设计的160亿光年锐减为40亿光年——设想的“高瞻远瞩”变成了现实的“深度近视”。经过1993、1997、1999和2002年的4次太空维修，HST的效果有所改善。但由于根本问题无法解决，所以美国人原来打算在2004年的维修计划已经放弃，让它“挥手从兹去”，顾不上它“生死两茫茫”了！

HST既已老态龙钟，离“贪婪”的科学家们的要求渐行渐远，那就应该有“接班人”。这样，美国人就想在2007年让HST生一个“儿子”——仅有28吨的“哈勃之子”。据说，它将发射到太阳照不到的地球背面的所谓“拉格朗日点”处，这一点距离地球约150万千米。而且，为了保证“雏凤清于老凤声”，“雏凤”的镜头直径8米，是“老凤”的3倍多。

另外，美国亚利桑那州立大学的“史都华天文台镜子实验室”，2005年7月18日已经开始建造世界上直径最大的“巨型麦哲伦天文望远镜”，将于2016年在位于智利拉斯卡姆帕纳斯地区的卡内基天文台建成并投入使用。它的主观测镜片将由7个直径都是84米的大型子镜片组成。镜片将以甘菊花的形状被组装在一起：1个居中，另外6个环绕在它的周围。这样，就能观察到任何角度的光线。因此，它的聚光能力相当于一面直径为256米的巨型望远镜，功能是当前最大光学望远镜——直径超过8米的新皇望远镜(Subaru)的45倍，成像清晰度将达到HST的10倍。

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联盟。