望远镜之年

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今年对于望远镜来说是特别重大的一年，不仅因为今年是联合国确定的国际天文年――纪念伽利略首次用望远镜观测天体400周年；而且。新的“开普勒”轨道望远镜已在3月发射升空，目的是了解隐藏在遥远恒星光芒背后的类地行星。5月，宇航员将为服役近20年的“哈勃”太空望远镜安装一台新相机，以便她在完成历史使命前施展再多一点的魔力。

指向星空

为了把握播种、收获的时节，安排一年四季的生产、生活，人类仰望星空关注天象由来已久。古代天文学家修建观象台，借助各种仪器，记录他们所看到的日月星辰的位置、运动以及日食、月食、彗星光临等各种天象。但在伽利略之前，人类只能用自己的眼睛观测天空。

1608年，荷兰人里帕席发明了一种奇妙的“光管”，能够把远处物体放大，使观察者看得更清楚，并为此申请了专利。1609年，意大利物理学家伽利略听说此事后，经过研究，独立制成了一架口径4.4厘米，长1.2米，放大率32倍的望远镜。当他把望远镜指向星空后，很快发现银河原来是由数不清的星球组成的：月亮并不如亚里士多德说的那样完美，而是有山有谷；金星有盈亏；太阳有黑子；木星有4个围绕着它运转的卫星，而不是“地心说”主张的那样，所有天体都围绕着地球在运行。

望远镜的威力来源于它收集光线的面积远远超过人眼的瞳孔：望远镜口径越大，你就能看得越远，也越清楚。这就是400年来望远镜越做越大的原因。伽利略自制的望远镜的放大倍率在今天看来小得可怜，但取得的成果却开创了天文学研究的新时代。从那以后，望远镜口径的每一次增大，都扩展了我们认识宇宙的眼界。

天外有天

借助望远镜，荷兰人惠更斯发现了土星的最大卫星，而且正确地观测到土星的光环是与土星分开的：借助望远镜，法国天文学家卡西尼在1675年发现并确认了土星光环中有个缝，这个环缝今天就以他的名字命名为卡西尼环缝。

英国科学家牛顿发现了万有引力定律和光的色散，并发明了镜简短、无色差、后来成为主流的反射式望远镜。100年以后。英国人威廉・赫歇尔用自制的望远镜发现了天王星，也正是他在建成了当时世界上最大的反射式望远镜后。首次通过观测证实了银河系的恒星呈扁平状分布。1845年，爱尔兰的罗斯伯爵三世，将一架更大的望远镜建在了比尔城堡的两面石墙之间：正是这架望远镜发现了第一个不是模糊一团，而是有结构的星云。

19世纪末20世纪初，天文学得到了两个革命性的工具：一个是光谱学――通过分析天体的光谱就可以知道它的物理性质、化学组成和运动速度。另一个是照相术，它比目测更具积累性和客观性。19世纪20年代，美国人埃德温・哈勃正是借助这两种工具，从威尔逊山的2，5米望远镜中发现仙女座星云其实是由大量恒星组成的，而且距离远远超过银河系的尺度；人类终于知道了银河系外“天外有天”的事实。

打开大天窗

1929年，哈勃利用反射式天文望远镜观察了18个星系的光谱，发现所有的星系光谱都明显向红端移动，说明这些星系都在以极大速度离我们而去，而且星系离我们越远，运行速度越快，这意味着宇宙正在膨胀。哈勃的这一重要发现，为宇宙大爆炸学说奠定了观测基础。哈勃的成就激励了全世界科学家建造更大望远镜的决心，可是一个偶然的发现。改变了人们建造望远镜的思路。

1932年，美国贝尔电话公司的科学家在寻找无线电长途电话的干扰来源时，无意中发现了来自银河系中心的无线电波；天文学家立即对来自宇宙的无线电波产生了兴趣。在不久后爆发的第二次世界大战中，英国人为了预警德国飞机的袭击发明了雷达。1942年2月，他们发现雷达信号也会受到来自太阳黑子和耀斑的干扰。二战结束后，雷达变身为射电望远镜，给天文望远镜的发展带来了一次质的飞跃。

在此前的长达几百年的时间内，天文观测始终脱离不了“可见光”的范围。但事实上除了可见光之外，宇宙中还存在着各种人眼看不见的射线，例如红外线、紫外线、x射线、r射线，以及包括长波、短波、超短波等在内的无线电波。其中，仅无线电波可以观测的有效波长范围就是可见光的109倍。因此，人们形容用可见光来观测宇宙，就如同被关在黑屋子里的人从门缝看房子外面的一切。而射电望远镜的发明，犹如给这间黑屋开了一扇大窗子。在短短几十年时间里，射电望远镜已经取得了类星体、脉冲星、宇宙微波背景、星际分子等一系列卓越的发现。

太空望远镜

由于地球大气的影响，来自宇宙的大部分短波长的紫外线及x射线无法到达地面。为了要观测它们，唯一的办法是把天文望远镜架设到大气层外去。1970年12月，美国成功发射了“自由号”X射线卫星，随着它和后来的“爱因斯坦天文台”发射升空，数千个新的x射线源被发现。而这些发射x射线的天体中，便包含着宇宙中最神秘的“黑洞”。

1990年4月25日，口径2.4米，工作波长从紫外到近红外，耗资30亿美元的“哈勃太空望远镜”，由航天飞机运载升空。尽管由于人为的差错，不得不在1993年12月2日对它进行了规模浩大的修复工作，但成功修复的哈勃望远镜。性能甚至超过了原先设计的目标。近20年来，分辨率比地面的大型望远镜高出几十倍的哈勃太空望远镜，不仅取得了丰硕的科学研究成果。还以它拍摄的令人称奇的宇宙照片激发了无数人对探索宇宙的渴望。

被指定接替“哈勃”的，是定于2013年发射的“詹姆斯-韦布太空望远镜”。它将能接收到宇宙中最古老、最微弱的光线：这些光线在星系诞生之前就已经发出，当时宇宙刚开始变得透明，光线刚刚能够自由传播――这几乎要追溯到时间的起点了。

迎接“巨无霸”

在太空望远镜大发展的同时，在得到名为“自适应光学技术”的支撑后，21世纪的人类，将迎来地面天文望远镜竞相发展的“巨无霸”时代。其中包括，美国和澳大利亚合作研制。计划2016年落成。口径24.5米的大麦哲伦望远镜。美国和加拿大合作研制。计划十年内完成，口径30米的大型望远镜。此外。还将有镜面跨度42米，由906块六边形的小镜片组成的欧洲超大望远镜和欧洲空间局计划投资10亿欧元建设的，口径100米，聚光面积大于6000平方米的世界上最大的光学红外望远镜。

目前世界上最大的单口径射电望远镜是美国建造的口径305米阿雷西博望远镜。咱们中国正在利用贵州的“天坑”建设口径500米，比阿雷西博更大、技术更先进的FAST望远镜。建成后将成为世界上规模最大、灵敏度最高的单口径射电望远镜，预计2014年投入使用。

月基望远镜

对天文学家来说，在不远的将来。再没有比把天文望远镜架设到月球表面更理想的了。月球表面没有大气，处于超真空状态。在地球上进行天文观测时，由地球大气层造成的一切干扰，对于月基望远镜将不复存在。月球上没有地壳那样的板块运动，月球的内核也已经凝结成固态。因此，月球上几乎没有“月震”活动。对大型天文望远镜而言。这是一个巨大、稳定而且极其坚固的平台。月球上绝对无风，尤其适宜建立基线长达几十千米甚至几百千米的光学、红外和射电干涉等天文观测系统。它面临的技术问题要比处于失重状态下的太空望远镜简单得多，造价亦远为低廉。

地球每24小时自转一周，造成了天体的东升西落，所以在地球上通常很难长时间地跟踪观测同一个天体。月球大约每27天才自转一周，月球上的每个白昼或黑夜差不多都有地球上的两个星期那么长，因而在那里持续跟踪观测一个目标可以长达300多个小时。而且。月球上没有大气。太阳光不会遭到散射，所以纵然烈日当空，照样还是繁星满天。依然可以用光学望远镜观测天体。如今，要把望远镜送上月球，在技术上并没有不可逾越的障碍。