近日，记者从南京天文光学技术研究所得知，中国天文学家即将在南极冰原最高点冰穹A上，架设一个南极施密特望远镜阵(AST3)，此前，天文学家曾在2008年1月在冰穹A架设了一个南极小望远镜阵(CSTAR)。

　　今年正是伽利略首次用望远镜观测天文的第四百周年，因此被定为国际天文年。人类是怎样发现了望远镜的秘密，从而打开了宇宙的大门？它们如何给人类开启了“天眼”？我们日常使用的望远镜，又和天文望远镜有什么区别？发现周刊将和您一起去探访这个神奇的望远镜世界。

　　◎中国的南极望远镜怎样在极端条件下工作？

　　◎我们平常玩的望远镜，和天文学家所用的望远镜区别大吗？

　　◎为什么没有望远镜就不会有数码相机？

　　一个眼镜商的新奇玩意

　　1609年，伽利略利用自制的望远镜指向天空，从此人类开始了对宇宙的近距离探索。

　　但是，望远镜的第一个发明者不是伽利略，一般来讲，望远镜是在1608年由荷兰眼镜商汉斯·利普赫制成的。据说他为检查磨制出来的透镜质量，把一块凸透镜和一块凹镜排成一条线，通过透镜看过去，发现远处教堂的塔好像变大而且拉近了，于是他在无意中发现了望远镜的原理。1609年消息传到伽利略那里，他很快就制造了望远镜。

　　从第一架望远镜诞生以来，望远镜的发展历史已经走过了四百年。江苏省天文学会副秘书长严家荣说：“如果没有望远镜，那就没有现代天文学。”

　　望远镜的工作原理其实就和人眼一样。人眼观察世界的秘密主要就在于眼睛里的瞳孔，通过瞳孔放大缩小来观测远近不同的物体，但人眼的瞳孔到了成年后最多也就是6-7毫米，所以能观测到的距离有限。而望远镜“瞳孔”的口径可以更大，比如伽利略制造的望远镜最大口径约为3.8厘米，能把物体放大32倍。

　　从第一架望远镜问世以后，这个家族在“口径越大越好”的口号下经历了四百年的发展。那么，是否意味着望远镜口径越大就越好呢？

　　望远镜的“瞳孔”引出了一个怪圈

　　1948年，美国建成了5米口径的望远镜，1976年苏联建成了6米口径的望远镜，到了5米、6米的时候，望远镜的发展却遇到了瓶颈。

　　科学家发现，增加了望远镜口径，也就意味着增加它的厚度，重量也随之增大，将会引起自身的变形，那么光线通过镜片时就会产生折射，所测试到的数据就不会准确。

　　另外，为了使它能够跟踪天体的运行，还需要为它建造极为复杂而又灵活的支撑系统，而大口径望远镜的支撑系统往往重达上百吨，制作起来就异常麻烦。

　　大的镜面，也预示着镜片玻璃的浇铸工作十分复杂。这种大镜片在对着天空的时候，很难保障它的温度不发生变化，任何一点温度的变化，都会导致镜片的变形，从而导致望远镜观测精度的下降。

　　望远镜的发展似乎陷入了一个怪圈，往后的路究竟应该怎么走呢？

　　科学家怎样突破了望远镜口径瓶颈

　　这个问题难不倒科学家。既然望远镜的口径不可能无限扩大，人们就开始寻找其他办法来解决这个问题。最后有人想到了用一些小镜片组合成一台大口径的望远镜，这个办法很快得到全世界的关注。

　　现今世界上最大口径的望远镜——美国的凯克望远镜，就是运用了这种技术，它的主镜片由36块六角形小镜片组成，组合后的效果相当于一架口径10米的望远镜。这个庞大的系统采用计算机来控制它的支撑系统和轨道齿轮，这些轨道齿轮可调整望远镜系统指向天空的精确方向。在这个运行过程中，36块镜片的相对位置必须保持一致。

　　中国著名的大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(英文简称LAMOST)也采用了这种技术，它的两个镜面都是由几十块六角形的子镜组成。

　　当然，除了这种方法，科学家还想到用其他方法来解决口径的难题。比如摆一个望远镜阵，由多台望远镜组成一个阵列，从而提高观测的效果。比如中国科学家在南极冰穹A所架设的望远镜就用到望远镜阵，之前的CSTAR小望远镜阵就是由4台望远镜组成的，而即将安装的AST3也是一个望远镜阵。

　　南极望远镜如何应对零下80℃难题

　　南京天文光学技术研究所的栗效东副所长告诉记者，明年的这个时候，科学家就将动手架设AST3，它由3台口径为50-70厘米的施密特式望远镜组成。

　　南极被誉为是地球上最寒冷的地方，却又是现在地球上观测天文最好的地方，很多国家的天文学家都看中了这块地方。栗效东说：“就因为这里寒冷、干燥、空气稀薄，所以透明度高，望远镜受大气干扰因素小，观测的数据才最好。”不过，栗效东告诉记者，在南极架设望远镜不是那么容易的事，冰穹A是南极的最高点，我们的科研人员要去那里架设几吨重的望远镜，难度是非常大的。沿途都是冰天雪地，不小心还可能遇到冰缝，中国南极科考队已经有3台雪地车被淹没在了那里，幸好人员没有受伤。

　　栗效东说，去年中国在冰穹A架设的CSTAR望远镜阵，第一次使用时只有2台能接收到数据，因为温度太低，机器难以运行。不过CSTAR是望远镜在南极的探路者，它的作用和意义仍非常大。

　　此次即将上马的AST3就是在吸收了CSTAR经验基础上研发的，负责这个项目的袁祥岩副组长告诉记者，AST3在抗低温、低压以及远程遥控技术上要比CSTAR更先进。

　　因为南极空气干冷，普通玻璃镜头在这种温度下会发生严重变形，所以在南极的天文望远镜镜头必须配置低膨胀系数的镜头，可以防止因低温而发生的变形。另外，低温还会带来镜头结霜的问题，所以在望远镜上还要装备自动导热系统，防止镜头结霜。经过他们测试，这次的AST3望远镜的耐低温温度最低可达零下80℃左右，而这个温度也差不多是南极的最低温度。

　　那么，通过AST3，我们能够看到距离地球多远之外的星体呢？

　　来自21等星的召唤

　　关于这个问题，栗效东和袁祥岩都笑着说，对于一般人来讲，都喜欢用放大了多少倍、能看多远等来衡量望远镜的好坏，但从专业角度讲，一般是把能观测到几等星作为标准。我们的肉眼能观察到的星星最暗的是6等，而通过望远镜，我们可以观察到更暗的星，比如哈勃望远镜能观测到28等星。

　　而AST3估计能观察到21等左右的星，不过这要根据不同的滤光器来观察。

　　严家荣也告诉记者，现代天文望远镜的技术高低早已不是单纯比较镜头的优劣了，而最重要的就在于望远镜的接收器系统(CCD)，镜头只是其中一个技术参数。

　　天文学早就从星星时代进化到射线时代

　　现代天文学需要收集的早已不仅仅是宇宙中有多少天体，或者这些天体在哪里，是什么样子，而是要寻找除了人眼能看到的物体之外的物质，比如暗物质、暗能量、宇宙射线等。而这些物质依靠什么来“观测”呢？也是望远镜，不过是另外一种形式的望远镜。

　　严家荣说，人眼能感受到的光波段只是所有波段中的一小部分，还有大部分的波段我们是看不到的。这些波段的射线在穿过地球大气层时，大部分已经被阻挡了，只有少部分能穿越进来。即使穿越进来，人们也难以捕捉到，一是我们看不见，二是没有东西能够捕捉到它，因为这些射线穿透率极强，基本上所有的物体它们都能穿过。为此，科学家们特地研发出了CCD。

　　CCD很多人可能都知道，特别是对于喜好照相机的人来说，它在如今的数码相机中广泛使用，学名叫“电荷藕合器件图像传感器”，它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，于是人们就可以清晰地看到这些光线组成的图像了。

　　只不过，天文望远镜中用到的CCD比数码相机中的要高级很多，现代天文望远镜就是主要依托CCD接收器来研究宇宙中的各种射线、暗物质、暗能量等等。

　　普通望远镜与天文望远镜有啥区别

　　除了天文望远镜，日常生活中我们也经常会用到一些普通望远镜，比如看大型演出的时候、观景的时候。平常我们用的这种望远镜，和天文望远镜有什么差别呢？

　　严家荣说，排除天文学上用到的特殊仪器外，普通望远镜和天文望远镜并无多少差别，都是用折反射原理来观测。只不过天文望远镜用到的口径更大，放大倍数更多，镜头要求质量更高。

　　不管是天文上用的，还是普通观测用的，所有的望远镜最重要的就是镜头的配置。而对爱好户外和摄影的人来说，大名鼎鼎的蔡司镜头是最受欢迎的。为什么蔡司镜头如此受欢迎，它有什么特殊之处呢？

　　好镜头到底好在哪里

　　严家荣说，判断一个望远镜镜头的好坏，有很多要素，比如透光性、分辨率、色差消除等等。而一个好的镜头，首先就是镜片的材质要好，镜片不能有气泡和杂质，镜片根据不同的材料透光性能也各有不同，一般的有树脂、玻璃，好点的有水晶、萤石等等。

　　此外，好镜头的切割和打磨工艺要高，一般用手工打磨的镜头最好，因为机械打磨重复性高，来回之间会造成一些槽痕，而手工打磨时就可以避免重复性，这样镜面弧度才会完美，不会影响折射率。

　　蔡司镜头之所以被公认是最好的镜头，很大一部分原因就是它的打磨工艺高超，研磨精度最终会控制在1微米内，也就是曲面偏差不超过1微米。严家荣说，其实像蔡司那种镜头，我们国家也能生产，研磨精度不比人家差，但是我们生产的成本比人家高，我们生产1个，人家可能生产好几个了，所以竞争不过人家。

　　红膜望远镜有没有夜视功能

　　我们日常所见的望远镜，它的物镜要么是红色或偏黄色，要么是蓝色，这是镜片外镀了一层膜，为了防止光线在镜片上面反射的漫射光造成薄雾般的白茫茫现象，使透光率增加，增加色彩的对比度、鲜明度。平常使用最多的就是蓝膜和红膜，蓝膜是一种传统的镀膜，而红膜是从上个世纪上半期出现的。

　　很多人认为红膜比蓝膜好，一些经销商把这种有红镀膜的望远镜称为“红外线”望远镜，说它能够在夜间观察。但严家荣说，这只是商家的骗局。真正的红外线望远镜跟镜头颜色没有关系，关键在于是否带有夜视仪，只有通过夜视仪才能在晚上看到目标，需要电源才能观察。镀红膜的望远镜，正常是在雪地上阳光强烈刺眼时，降低亮度所使用。而好的镀膜基本应该是透明的，稍带一点蓝光，所以正常使用蓝膜望远镜就可以了。

　　为何便携式望远镜通常不超过10倍

　　玩过望远镜的人可能会有一个疑问，为什么放大倍数越高的望远镜看东西时越会容易抖动，特别是放大10倍以上的望远镜，只要手持看东西，景象就会不停地抖。

　　严家荣说，其实道理很简单，就因为你的手在抖。望远镜是把观察的物体放大的，本来一丝的变动，在望远镜里看来也被放大了，抖动感觉就非常明显，放大倍数越大，抖动就越容易出现。而人体本身是不可能一点不动的，手持望远镜时不可避免抖动。

　　此外，因为光线在空气中传播时，会发生散射、折射等现象。如果望远镜镜片的质量不高，不同颜色的光线通过镜片的折射之后，也会有速度、角度方面的差别，显示为物象抖动。

　　所以一般在生产便携式望远镜时，倍数都不会超过10倍，特别是军用望远镜。

　　没有望远镜就不会有数码相机

　　在珠江路的一家照材市场，记者看到这里的望远镜五花八门，有观景望远镜、观鸟镜、军用望远镜、俄罗斯望远镜等等。其中价格最贵的就要数蔡司镜头的望远镜了。

　　蔡司镜头除了打磨好，它的设计也是世界一流。最经典的一款设计叫做“鹰之眼”，听店老板介绍说，“鹰之眼”镜头是由4片三组镜头组成，这种组合堪称光学、物理学设计经典，通过这个镜片组合成的像，分辨率高、色彩非常鲜明，能最大限度还原真实场景。所以“鹰之眼”镜头非常适合照相机使用。

　　严家荣说，其实照相机也是一种望远镜，只是照相机的功能主要放在拍摄画面上了。照相机就好比一套小型的天文望远镜，只是天文望远镜拍摄的是地球外的“风景”。

　　举一个简单的例子，就可以知道照相机和望远镜工作原理差不多，当我们要拍摄远距离照片，专业的摄影师会换上长焦镜头，这个长焦镜头其实也是一种放大望远镜，可以将远距离的景物在近处成像从而拍摄。而一些爱好天文的人如果想拍摄一些天文图像，也会在普通的天文望远镜上安装CCD，从而将观察到的天文景象拍摄下来。

　　而天文学家用到的天文望远镜只是将两者的功能都放大而已。所以严家荣说道：“没有天文就没有数码相机。”而这一切，都要归功于人类首先发明了望远镜。

　　本版主笔

　　见习记者 戎丹妍