
“室女座之眼”位于室女座,離我們約5000萬(wàn)光年,兩個(gè)星系之間距離約10萬(wàn)光年。它們的昵稱(chēng)來(lái)自這對星系的核心——當我們通過(guò)中等望遠鏡看去,它們看上去就像黑暗中的一對眼睛。
雖然這對星系的核心相似,它們的外圍明顯不同。位于右下的NGC 4435,看來(lái)比較致密,缺少氣體和塵埃;而位于左上的大星系NGC 4438,在核心前橫著(zhù)一條塵埃帶,左邊還有年輕恒星群,氣體更是延伸到圖像的左右邊緣。
NGC 4438與另一個(gè)星系的強烈相互作用使其外圍剝離:沖突扭曲了星系的外形。當30~40億年后銀河系與仙女座大星系相遇時(shí),會(huì )發(fā)生類(lèi)似的過(guò)程。

NGC 4435就是罪魁禍首。有的天文學(xué)家相信,這些破壞是大約一億年前,它與NGC 4438以1.6萬(wàn)光年近距離擦過(guò)造成的。但是隨著(zhù)大星系的外形被破壞,較小的NGC 4435會(huì )受到更大的影響。潮汐力既然能把NGC 4438的內容物扯出來(lái),也能剝離NGC 4435的大部分氣體、塵埃,減少星系的總質(zhì)量。
另一種可能是更遠的巨橢圓星系M 86(未在圖中顯示)的強大引力,造成了NGC 4438的形狀改變。最新的觀(guān)測顯示,這兩個(gè)大星系之間存在電離氫的纖維橋,意味著(zhù)它們在過(guò)去發(fā)生過(guò)沖突。
巨橢圓星系M 86和NGC 4438、4435都屬于室女座星系團,這是一個(gè)富含星系的集團。在這種環(huán)境中,星系相撞是非常常見(jiàn)的,因此NGC 4438很可能與這兩者都遭遇過(guò)。
本圖是“ESO宇宙珍寶節目”(ESO Cosmic Gems programme)的首個(gè)圖像,這是ESO為公共教育和宣傳而設立的新項目,主要在天空狀況不適合進(jìn)行科學(xué)觀(guān)測的時(shí)候,就讓儀器拍攝那些有趣的、有魅力的天體。這些數據同樣可以用于專(zhuān)業(yè)天文學(xué)家的科學(xué)研究。
歐洲自從第一次世界大戰前,便停止了對新天文儀器的建造。因此歐南臺的這第一具大望遠鏡計畫(huà),對重振歐洲天文學(xué)界具有重大的意義。
在五十年代歐南臺籌備期間的原始構想中,原本是希望建造類(lèi)似美國立克天文臺3米口徑反射望遠鏡──當年世界排名第二的「巨炮」,并以其低廉的造價(jià)與簡(jiǎn)單的結構聞名于世。然而就在1961年歐南臺臺長(cháng)??寺∣. Heckmann)與研究員佛倫巴克(Fehrenbach)親自操作后發(fā)現下列缺點(diǎn):
一、主焦觀(guān)測室(Prime focus observers-cage)太小,換裝底片或更換儀器非常不便。
二、保守的光學(xué)與機械設計理念,不能適應未來(lái)時(shí)代的需求。
立克天文臺3米望遠鏡的光學(xué)系統,均采經(jīng)典式的設計;如主焦焦比(口徑與焦距的比值)F/5,卡塞格林焦比F/15,庫德焦比F/35。這種保守的光學(xué)設計,雖然保證了良好的光學(xué)成像,但也使望遠鏡可觀(guān)測的星場(chǎng)縮小,而且望遠鏡鏡筒造得很長(cháng),相對地影響到望遠鏡的穩定性與赤道儀結構強度。這當然是受到當年該望遠鏡建造經(jīng)費的限制、急迫時(shí)程及技術(shù)限制,不得不作的妥協(xié)。
所以歐南臺的天文學(xué)家決定將望遠鏡口徑加大到3.6米,相對地也代表著(zhù)負擔更多的建造經(jīng)費。首先來(lái)談它的光學(xué)設計,以西德蔡司廠(chǎng)為班底的光學(xué)工程師們,設計出主焦F/3,卡焦F/8,庫焦F/30的R. C(Ritchey-Chretien)系統,這種新式的R. C光學(xué)系統,使望遠鏡的視野與光學(xué)成像品質(zhì)兩方面都作了最佳的協(xié)調,讓天文學(xué)家可以獲取較明亮清晰的星像,更適合研究遙遠暗淡的星系。并且因焦距縮短,對望遠鏡鏡筒的結構強度(因鏡筒長(cháng)度也縮短)與赤道儀追蹤星體的精度也有幫助。
其次這架望遠鏡的鏡片材質(zhì),是一種稱(chēng)為「溶解石英」(molten quartz)的低膨脹系數玻璃,使望遠鏡的焦點(diǎn)不易受到溫度變化而影響。負責研磨鏡片的法國REOSC公司,除了歐南臺3.6米鏡之外,也磨制了夏威夷的CFHT 3.6米鏡。兩鏡號稱(chēng)七○年代大望遠鏡界的BENZ與BMW,代表著(zhù)鏡片研磨精度之高。最后這架望遠鏡赤道儀的機械部分由位于瑞士的核物理研究中心(CERN)與歐洲太空研究組織ESRO(歐洲太空總署ESA的前身)負責設計制造。
歐南臺3.6米望遠鏡赤道儀自1969年十月開(kāi)工建造后,以迄1976年十一月七日望遠鏡正式啟用,歷經(jīng)了長(cháng)達七年時(shí)間,果然這架望遠鏡的表現,使歐南臺成為南半球天文學(xué)的重鎮,立下天文學(xué)新發(fā)現的赫赫戰功。
望遠鏡的發(fā)展和醫用顯微鏡在某些方面非常類(lèi)似。 醫生藉由精密顯微鏡的觀(guān)察以研究標本。顯微鏡的放大與解析能力愈大愈強,對醫生特定的某些研究工作也就愈有利。同樣地,天文學(xué)家借著(zhù)巨型天文望遠鏡觀(guān)察研究、取樣(拍攝光譜)恒星的演化與星系(Galaxy)的分布及宇宙的膨脹。然而望遠鏡的集光力(看得更暗)與解像力(看得更清楚),在過(guò)去都認為只有建造口徑更大的望遠鏡才能得到改善,直到NTT的出現……。
所謂NTT是New Technology Telescope的縮寫(xiě)。 這是人類(lèi)天文望遠鏡發(fā)展史上重要的里程碑,是歐洲人以全新的概念設計制造出的新一代天文儀器。自ESO 3.6米望遠鏡的啟用后,經(jīng)過(guò)數年的操作經(jīng)驗,歐南臺天文學(xué)家意外地發(fā)現這具3.6米的性能表現,竟然不輸給美國帕洛瑪天文臺的5米望遠鏡,這當然牽涉到天文臺臺址地點(diǎn)氣流穩定與否、望遠鏡制造的精密度等。原來(lái)大氣層擾動(dòng)(atmosphere turbulence)的作祟,使得美國帕洛瑪天文臺的5米望遠鏡不能發(fā)揮全力。
當然,繼續建造更大的望遠鏡,挑選空氣穩定的天文臺臺址是突破極限的方法,但所費不貲!美國人干脆就想到一步登天到太空中放天文臺,如哈柏太空望遠鏡。留在地球上的歐南臺就想到對付大氣層擾動(dòng)是不是可有法子呢?就是在這種順應大氣層,「懷柔」大氣層的理念下,NTT的各項設計中,以減少大氣層擾動(dòng)影響為其優(yōu)先考量。它的特點(diǎn)有:
精密的環(huán)境控制系統?。‥nvironment Control System)
NTT的建筑物使用氣冷與水冷方法,使建筑與望遠鏡的溫度保持在稍低于外界溫度的狀態(tài)下,避免熱對流的情況發(fā)生。 此外,一體成型的建筑與望遠鏡結合連動(dòng)在一起,不論望遠鏡轉至那個(gè)方位,建筑物的窗口也跟著(zhù)轉動(dòng)到那個(gè)方位,而阻隔氣流的簾幕與引導氣流的柵板也跟著(zhù)轉動(dòng)到那個(gè)方位,減少了過(guò)去氣流在望遠鏡建筑物內自亂陣腳的問(wèn)題(見(jiàn)圖三)??偠灾?,NTT被設計成能融入自然環(huán)境的「隱形望遠鏡」。
特殊的主動(dòng)光學(xué)系統?。ˋctive Optics System)與超高精度的主鏡鏡片
NTT的光學(xué)系統里主鏡(Primary mirror)與副鏡(Secondary mirror)都可以在影像分析器(Imageanalyzer)的指揮下,三者形成一封閉性的電腦控制回路(Closed loop computer control),使星像永保清晰銳利。筆者在陪同歐南臺天文學(xué)家在NTT觀(guān)測時(shí),便親眼目睹這種性能。那是什么樣的原因,使NTT擁有這么強的功能呢? 原來(lái)是NTT的主鏡鏡片,不像傳統式鏡片是固定死的。傳統式鏡片為了要維持研磨后的鏡面曲度,便非得要保持相當的厚度,以鞏固其鏡面的強度。NTT的鏡片卻是軟的,它的厚度只有24公分,是傳統鏡片的1/3厚﹔它的重量只有6噸,是傳統鏡片的1/2重。在主鏡鏡片下方有3個(gè)固定式支撐點(diǎn)與76個(gè)活動(dòng)支撐點(diǎn),隨時(shí)聽(tīng)令于影像分析器所發(fā)布的指令支撐鏡片,無(wú)論望遠鏡指向那個(gè)角度,仍能永保鏡片反射面的完美曲線(xiàn)(見(jiàn)圖五)。此外鏡片本身研磨的精密度,也是造就NTT能獲得完美星像的原因之一。它鏡面的平滑度達到相當于1公里長(cháng)度的表面起伏的誤差不超過(guò)2.5公分。這么「漂亮」的平滑曲線(xiàn),才能將所有進(jìn)入望遠鏡的星光一網(wǎng)打盡,而不會(huì )有因鏡面不平整而產(chǎn)生所謂亂反射的情況發(fā)生。因此NTT鏡片經(jīng)過(guò)測試的結果,有80%的星光能量可以被聚集在0.125秒角范圍之內。
輕巧的經(jīng)緯儀架臺?。ˋLT/AZIMUTH Mounting)
傳統式望遠鏡都架設在赤道儀上,由于赤道儀與地球自轉軸同軸,因此它可以依照地球自轉的速度與方向輕松地追著(zhù)星星跑。但是赤道儀的體積很龐大,導致望遠鏡建筑物也要變大,最后就是預算暴增,讓窮天文學(xué)家頭大!
如果換用地平方位的觀(guān)點(diǎn)看星星在天空的軌跡,它們是在天上以圓周曲線(xiàn)運動(dòng),水平與垂直的位置都隨著(zhù)地球自轉而不斷改變。這時(shí)只要有一個(gè)機器能同時(shí)修正XY軸的角度,同樣也可以達到追蹤星體的性能,它就是電腦控制的經(jīng)緯儀架臺。經(jīng)緯儀的優(yōu)點(diǎn)是體積與造價(jià)都大幅降低,比較麻煩的是要設計出完美的電腦控制程式,輸入因不同仰角而產(chǎn)生不同的星星移動(dòng)量資料。自從八○年代以來(lái)建造的大望遠鏡,已經(jīng)都采用既省錢(qián)又迷你的經(jīng)緯儀架臺。
此外NTT的經(jīng)緯儀架臺,采用摩擦式旋轉機械結構,因此避免了老式望遠鏡使用齒輪所產(chǎn)生的「齒隙差距」的缺點(diǎn),它的指向精度誤差低于一秒角,天文學(xué)家可以很精確直接找到要觀(guān)測的星體,而不必「調來(lái)調去」。
水平式雙軸光學(xué)終端系統?。∟asmyth Focus System)
ESO/NTT可以同時(shí)讓兩組天文學(xué)家觀(guān)測同一天體,或是說(shuō)一個(gè)天體可以得到兩組資料。NTT借望遠鏡中央一面可快速轉動(dòng)90°的平面鏡,將星光反射到望遠鏡左右兩側的終端設備。 以前的老式望遠鏡一次只能用一套儀器觀(guān)測,如果遇到特殊的天體出現(如超新星),一下子要記錄它光度的變化,一下子要拍攝它的光譜,可把天文臺里的技工忙壞了。更糟糕的是有的儀器,還需要花費時(shí)間細心調整才能使用呢! 使用NTT的天文學(xué)家可就輕松了,A組天文學(xué)家使用A組終端,B組天文學(xué)家使用B組終端。要換組觀(guān)測時(shí),只須按一下鈕,反射鏡一動(dòng),電腦與CCD就自動(dòng)開(kāi)始觀(guān)測記錄。
零膨脹系數微晶玻璃?。╖erodur Ceramics Glass)
在二十世紀初,當年的天文學(xué)家并不太了解,溫度變化對玻璃的熱脹冷縮效應,會(huì )影響焦點(diǎn)影像的清晰。等到望遠鏡愈造愈大,他們才發(fā)現選擇主鏡鏡片質(zhì)材的重要性。 到了1949年帕洛瑪天文臺的5米鏡使用了一種名叫Pyrex的鏡材,它對溫度的膨脹系數是每變化一度,鏡材便脹或縮3.1×10 -8公分。天文學(xué)家對它是不滿(mǎn)意但可接受。等到一九六○~七○年代建造的3~4米望遠鏡,普遍使用溶解石英,它對溫度的膨脹系數是每變化一度,鏡材脹縮0.5×10 -8公分。到了八○年代ZERODUR零膨脹系數玻璃問(wèn)世,它對溫度的膨脹系數是每變化一度,鏡材只脹或縮0.1×10 -8公分。 可別小看這種玻璃,舉凡軍艦、戰車(chē)、攻擊機上的雷射測距儀與光學(xué)瞄準器或是建筑工地使用的水準儀,統統都用得上它。 它使武器的第一擊命中率大增(因為減少了溫度變化造成的影像誤差),它使橋梁、建筑的測量與設計更精確,當然太空船及衛星上的攝影鏡頭也少不了它。這零膨脹系數玻璃,就是基礎科學(xué)發(fā)展后(天文學(xué)及化學(xué)、物理學(xué))服務(wù)國家社稷的明證。
衛星連線(xiàn)與人性化的控制系統?。⊿atellite Link and User Friendly Control System)
NTT最聰明的地方,就是讓天文學(xué)家不用千里迢迢從歐洲橫渡大西洋飛到智利觀(guān)測,直接在德國慕尼黑總部就可以遙控它。而且它的電腦系統還會(huì )主動(dòng)協(xié)助天文學(xué)家進(jìn)行觀(guān)測工作。
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