新秀出世蒼穹論劍 去者亦非落寞英雄
太空望遠鏡：朝代更替的大幕已然拉開(kāi)
18世紀赫歇爾制造的望遠鏡。
甚大陣射電望遠鏡。
斯隆2.5米望遠鏡。
威爾金森宇宙微波各向異性探測衛星
新視野
望向遠方即望向歷史，科學(xué)家們這樣形容太空望遠鏡。因為光的速度，人類(lèi)肉眼看過(guò)去一片漆黑之地，望遠鏡卻找到了成千上萬(wàn)的星辰，它們只存在于宇宙歷史的某刻。而借望遠鏡之眼，人們可以回眸這些過(guò)往，驚鴻一瞥，已然攝人心魄，見(jiàn)之忘俗。這大概是太空望遠鏡對人類(lèi)的無(wú)價(jià)反饋，它讓我們明白，其實(shí)并不是人類(lèi)在對宇宙孜孜以求，而是宇宙的吸引讓我們身不由己。
開(kāi)拓者：演繹數百年變遷
一幅珍貴的圖畫(huà)，曾顯示了1609年伽利略正在向當時(shí)威尼斯的統治者演示折射望遠鏡的場(chǎng)景。這是一部長(cháng)約1.2米的簡(jiǎn)易光學(xué)系統——平凸透鏡為物鏡，凹透鏡為目鏡，焦距很長(cháng)，但色差也較嚴重。伽利略本人不是望遠鏡的發(fā)明者，但伽利略式望遠鏡卻是第一臺瞄向太空的儀器，自此天文學(xué)邁進(jìn)了望遠鏡時(shí)代。
在他之后，牛頓沒(méi)有繼續將玻璃透鏡發(fā)揚光大，而是自己動(dòng)手磨了一個(gè)彎曲的鏡面，將光線(xiàn)反射到一個(gè)焦點(diǎn)之上，其將物體放大的倍數，比使用透鏡要高出數倍，反射代替了折射。牛頓式反射望遠鏡雖然會(huì )產(chǎn)生一定的像差，但卻消除了色差。
而大型反射望遠鏡的建造始祖，是18世紀晚期德國天文學(xué)家威廉·赫歇爾。他一生制作望遠鏡無(wú)數，其中最大的一臺，鏡面口徑1.2米，非常之笨重，需要四個(gè)人合力操作。
進(jìn)入19世紀末期后，制造較大口徑的折射望遠鏡也成為可能，世界上現存70厘米以上折射望遠鏡8架，其中7架是在1885年到1897年間建成的。1895年，耶基斯折射望遠鏡的主透鏡建成，這是當時(shí)世上最大的望遠鏡，至今坐落于美國威斯康星州耶基斯天文臺。
但這之后，大型折射望遠鏡顯露出弊端，技術(shù)上，人們無(wú)法鑄造出大尺寸的完美玻璃透鏡，而它的變形會(huì )在重力作用下更加明顯而喪失焦點(diǎn)。1908年，美國天文學(xué)家海耳于威爾遜山建成了一臺口徑1.524米的反射望遠鏡，個(gè)頭兒、光譜分析、視差測量，一時(shí)無(wú)兩。但9年后，同樣是威爾遜山，口徑2.54米的胡克望遠鏡問(wèn)世了，在它身上，光學(xué)干涉儀首次得到應用，使望遠鏡能精確測量恒星的大小和距離，亦使人類(lèi)完成了恒星的分類(lèi)、認識到銀河系外星系以及宇宙在膨脹的事實(shí)。
胡克望遠鏡稱(chēng)霸行業(yè)三十幾年，直到1948年，海耳5.08米巨型望遠鏡在帕洛馬山天文臺落成。而在美國貝爾電話(huà)實(shí)驗研究所，研制出了能探測發(fā)現宇宙微波背景輻射的喇叭天線(xiàn)，它結構簡(jiǎn)單且易于控制，加上校正相位的反射面或透鏡后，具有頻帶寬、效率高等特點(diǎn)。
在20世紀50年代，國際上開(kāi)始形成幾個(gè)射電天文中心，其中以英國的實(shí)力最強。為重奪領(lǐng)先地位，美國1981年終于在新墨西哥州建成了甚大陣射電望遠鏡（VLA）。這是由27臺25米口徑天線(xiàn)組成的陣列，每個(gè)天線(xiàn)重230噸且可在鐵軌上移動(dòng)?？茖W(xué)家借助它發(fā)現了水星上的水、銀河系中的微類(lèi)星體、遙遠星系的愛(ài)因斯坦環(huán)以及伽馬射線(xiàn)爆。
哈勃，這架1990年4月升空的望遠鏡，創(chuàng )造了一個(gè)無(wú)出其右的時(shí)代。它最成功的意義，在于取得了之前所有地基望遠鏡從來(lái)沒(méi)有取得的革命性突破。當時(shí)最為清晰的火星星球、土星極光、海王星云層……無(wú)數前所未見(jiàn)之圖片紛至沓來(lái)。甚至就在今年8月，哈勃還協(xié)同美國宇航局（NASA）的另兩張王牌望遠鏡——錢(qián)德拉X射線(xiàn)太空望遠鏡與斯皮策紅外太空望遠鏡，合拍出星系對撞后糾纏不休的景觀(guān)。它幾乎撰寫(xiě)了天文學(xué)史教科書(shū)，但作為一架太空望遠鏡，哈勃的工齡實(shí)在夠長(cháng)了，2009年NASA最后一次維修哈勃，并發(fā)回了一批它迄今拍到的最清晰宇宙照片，蕩滌心靈的驚艷之作，讓人們愈發(fā)難以割舍這位20年友伴的情誼。
英國《新科學(xué)家》雜志網(wǎng)絡(luò )版曾評選出人類(lèi)歷史上最著(zhù)名的望遠鏡，以上十臺悉數入榜。其跨度之大，從17世紀直到20世紀90年代，而這些正是望遠鏡技術(shù)史上的10次節點(diǎn)。由它們開(kāi)始，人類(lèi)逐步觸及宇宙洪荒的狀態(tài)、揭開(kāi)星系誕生的序幕、測算出宇宙的年齡、改寫(xiě)宇宙膨脹理論、推導出暗能量和暗物質(zhì)……
探索者：看透億萬(wàn)年風(fēng)景
盡管無(wú)數的人們對以哈勃為代表的老牌天文望遠鏡感情深厚，但仍不得不承認，和那些“繼任者”的華麗配置相比，“前輩”們不占優(yōu)勢。
美國宇航局：百花齊放
地基望遠鏡的新時(shí)代，由位于夏威夷莫納克亞山的凱克望遠鏡開(kāi)創(chuàng )。凱克總耗資1.3億美元，口徑10米，鏡面由36塊六邊形分片組合而成，避開(kāi)了單片望遠鏡口徑超不過(guò)8.4米的技術(shù)掣肘。這臺望遠鏡坐落之處高到人跡罕至，地面觀(guān)測能力居然與在太空軌道運行的哈勃不相上下，而其規模是同類(lèi)型“前輩”——海耳5.08米巨型望遠鏡的2倍，而在“海耳5.08米”稱(chēng)雄的歲月里，人們曾認為不可能制造出更大的望遠鏡。
在今年1月，研究人員綜合了兩臺凱克望遠鏡的光線(xiàn)收集功率，使其疊加效果相當于一臺85米超大口徑的天文望遠鏡——這樣的功率比目前甚至短期計劃中的所有望遠鏡功率都要大，進(jìn)而獲得了距離地球約2100光年外一顆恒星稀少波段的測量結果。
從規模上來(lái)看，美國新墨西哥州阿柏角天文臺的“斯隆數字天空勘測計劃”2.5米望遠鏡沒(méi)什么特別。但該望遠鏡配備有一個(gè)相當復雜的數字相機，能進(jìn)行光譜觀(guān)測。斯隆望遠鏡內部包含30個(gè)電荷耦合器件（CCD）探測器，測光系統分別位于u、g、r、i、z波段的五個(gè)濾鏡對天體進(jìn)行拍攝，圖片經(jīng)過(guò)處理之后生成天體的列表，形態(tài)、CCD亮度等各種參數，將直接顯示出天體的類(lèi)型和所在波段。
宇宙微波背景輻射的開(kāi)山者是喇叭天線(xiàn)，而集大成者則是NASA于2001年7月發(fā)射的威爾金森宇宙微波各向異性探測衛星（WMAP）。這是研究宇宙大爆炸遺留物輻射問(wèn)題的專(zhuān)家，目標是找出宇宙微波背景輻射的溫度之間的微小差異，以幫助測試有關(guān)宇宙產(chǎn)生的各種理論，其精細復雜的全天掃描，做一次就需要6個(gè)月時(shí)間，但WMAP不負眾望，由它繪制的首張清晰的宇宙微波背景圖，使人們可以精確地測定宇宙的年齡為137億年。
NASA的雨燕（Swift）觀(guān)測衛星發(fā)射于2004年，能分別從伽馬射線(xiàn)、X射線(xiàn)、紫外線(xiàn)和光波四個(gè)方面研究伽馬射線(xiàn)暴和它的耀斑，不但可以檢測到120億光年以外單獨的恒星參數，還可在短短的一分鐘內自動(dòng)觀(guān)測到伽馬暴現象。截止到2009年，“雨燕”已經(jīng)發(fā)現了數百次此類(lèi)現象，其中最短的伽馬射線(xiàn)暴只持續了50毫秒。
NASA引以為傲的新一代望遠鏡，還包括錢(qián)德拉X射線(xiàn)空間望遠鏡、斯皮策紅外太空望遠鏡，以及與歐洲、加拿大聯(lián)合開(kāi)發(fā)的詹姆斯·韋伯望遠鏡。
錢(qián)德拉1999年升空，服役時(shí)間不短，曾經(jīng)創(chuàng )下領(lǐng)域許多第一。只不過(guò)，類(lèi)似它與費米伽馬射線(xiàn)望遠鏡這一類(lèi)，致力于超大質(zhì)量黑洞及暗物質(zhì)的探測，短期內似乎很難拿出明確成果；斯皮策于2003年發(fā)射，一舉成為NASA發(fā)射的四大太空望遠鏡之一，其以觀(guān)測天體紅外波段為絕活，有別于哈勃等老一代天文望遠鏡以光學(xué)觀(guān)測為主；而詹姆斯·韋伯望遠鏡，還未問(wèn)世就與凱克、哈勃、費米等望遠鏡齊名，被美國《大眾機械》雜志盤(pán)點(diǎn)為世界功能最強的天文望遠鏡之一。計劃中其將在2013年發(fā)射升空，目前關(guān)于它最引人關(guān)注的就是——“哈勃接替者”這個(gè)名號。
歐洲空間局：一枝獨秀
赫歇爾紅外太空望遠鏡，可謂集歐洲空間局（ESA）的萬(wàn)千寵愛(ài)于一身。
2009年5月14日這架望遠鏡發(fā)射升空，成為迄今為止人類(lèi)發(fā)射的最大遠紅外線(xiàn)望遠鏡。赫歇爾鏡面直徑達到3.5米，是哈勃望遠鏡鏡面直徑的約1.5倍，是它的“前任”——歐空局1995年發(fā)射的遠紅外線(xiàn)望遠鏡的6倍。
歐空局對赫歇爾寄予厚望。升空一年后，在歐空局研討會(huì )上，研究人員帶來(lái)了赫歇爾的首次科研成果，其挑戰了先前對于恒星起源的固有認知，為未來(lái)研究開(kāi)啟了新的道路。
在赫歇爾望遠鏡發(fā)回的一張圖片上，顯示了成千上萬(wàn)的遠距離星系狂暴地構成了恒星，以及懸掛于銀河系的美麗星云，其甚至捕捉到了一顆恒星正在形成的畫(huà)面。這顆編號為RCW 120恒星星云揭示了一個(gè)即將在未來(lái)數十萬(wàn)年之內演變?yōu)殂y河系內最大、最耀眼恒星的新生恒星。其目前的質(zhì)量已是太陽(yáng)質(zhì)量的8倍至10倍，并由約為太陽(yáng)質(zhì)量2000倍的氣體和塵埃所包圍。
馬賽天體物理實(shí)驗室的安妮·扎瓦格諾表示，大質(zhì)量恒星十分稀有且壽命很短，捕獲到其在形成過(guò)程中的圖片可為解決長(cháng)久困擾天文界的矛盾提供寶貴的機會(huì )?，F在赫歇爾為科學(xué)家提供了一個(gè)絕好的、近距離探索大質(zhì)量恒星起源的機會(huì )，科研人員可借助數據證實(shí)這些恒星如何顛覆了常規的理論。
另一張赫歇爾發(fā)回的照片展示了銀河系中的部分“恒星搖籃”是怎樣形成的。圖片顯示恒星胚胎首次出現在銀河系間灼熱的灰塵和氣體的細絲內，這催生了數萬(wàn)恒星的誕生，并形成網(wǎng)絡(luò )將銀河系包裹其中。在恒星開(kāi)始形成時(shí)，遠紅外波長(cháng)向外放射，地球的大氣可完全阻擋大部分這種波長(cháng)的光，因此源自太空的觀(guān)察也就顯得至關(guān)重要。而赫歇爾能借助自身極高的分辨率和極強的敏感性，對銀河系恒星形成的區域進(jìn)行“普查”。
此外，赫歇爾望遠鏡也在探索銀河系之外的深空，測量數千萬(wàn)距離為數億光年的系外星系的紅外線(xiàn)。目前，赫歇爾得到的結果顯示，星系進(jìn)化速率比人們預想的更快，因此挑戰了人們之前的理解。天文學(xué)家之前相信，星系是以與之前近30億年相同的速度形成了恒星。而赫歇爾證實(shí)了這一猜測并不正確。
宇宙中有許多堪稱(chēng)瘋狂的自然活動(dòng)，仍不被完全知曉。“赫歇爾將帶領(lǐng)我們一探究竟。”英國加的夫大學(xué)的史蒂夫·伊萊斯如是說(shuō)。
與此同時(shí)，歐空局還把赫歇爾望遠鏡作為探測分子的主要設備。赫歇爾已首次在太空中發(fā)現了帶電的太空水。這種水與人們熟悉的固體冰、液態(tài)水和氣態(tài)蒸氣都不相同，屬于一種新的水“態(tài)”，其在地球上不會(huì )自然生成。對于太空水的帶電原因，科學(xué)家推測：“紫外線(xiàn)能穿過(guò)年輕恒星周?chē)臍怏w云，借助輻射使云中的水分子失去電子，從而使水分子帶有正電荷。”
從宏觀(guān)到微觀(guān)，赫歇爾的觀(guān)測范圍可謂無(wú)所不包。其可憑借尖端的儀器，探測到更多遠紅外線(xiàn)范圍內的宇宙星體、塵埃和氣體。談及這架新一代望遠鏡的前景，歐洲航天局赫歇爾項目的參與者信心滿(mǎn)滿(mǎn)：“赫歇爾的任務(wù)才剛剛展開(kāi)，其發(fā)現的宇宙奧秘將逐步展現在世人面前。”
