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动科普 | 打造一双“慧眼”去看星光璀璨

来源:光明网2020-09-22 10:26

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  仰望星空,人类经历了从只用眼睛观测,到使用先进科学仪器的过程。

  观测工具的大飞跃,让我们不断认识宇宙,感知无限的空间与时间。

动科普 | 打造一双“慧眼”去看星光璀璨

  人眼的瞳孔调节范围是2-8毫米,能看到的最暗天体只到6.5等,用裸眼观测土星时,我们看不到它的美丽光环,更看不到木星由4个大卫星围绕旋转的画面,所以地心说统治了地球两千年。直到1609年,一台小望远镜指向夜空,清晰的画面映入人间:月球上的环形山、土星的光环、木星的四颗卫星、金星的盈亏变化……原来天空如此奇妙,这使人们意识到日心说比地心说更正确。

  两年后,德国天文学家开普勒对望远镜进行了优化,用两片凸透镜分别作为物镜和目镜,放大倍数显著提高,不过视野里看到的物体却全部倒立了。它被后人称为开普勒式望远镜。

动科普 | 打造一双“慧眼”去看星光璀璨

  好奇心驱动人类去观测更暗的天体,想看到更清晰的画面,就需要更大口径的望远镜。不过,技术难题也随之出现,世界最大的折射望远镜——叶凯士望远镜,口径1.02米,镜筒达到了19米之长。另外,制造镜片,要求材料均匀且透明度高,它的生产非常困难,并且折射材料会产生色差。

  天文学家继而转向研究反射式望远镜,并不断革新制造技术:镜面拼接技术采用较小的子镜拼接代替一整块主镜;薄镜面技术让镜面厚度由米级下降为厘米级,重量大大减轻;主动光学技术与自适应光学技术,则让成像的像质更加精细。

  科学家们还发明了干涉技术,将多台望远镜通过干涉技术,达到更高的分辨率。人类拍摄第一张黑洞照片,使用射电望远镜观测时,干涉的最大基线几乎接近地球的直径。

动科普 | 打造一双“慧眼”去看星光璀璨

  在干涉技术中,射电干涉技术的成功应用,也激发了天文学家攻克光学波段干涉技术的动力。目前最成功的干涉仪——甚大望远镜干涉仪,由4台完全相同的8.2米口径光学望远镜,和4台1.8米口径辅助望远镜组成,基线长度可达140米,能够对黑洞附近的恒星进行引力红移效应观测,还能被用于地外行星大气的光谱观测。

  新技术的出现,让人类观测宇宙的能力今非昔比。不过,以往的小问题却升级成了大问题,厚厚的大气层制约了天文观测。于是,天文学家们不再满足于在地面上看星星,天文观测进入了在太空看星星的新时代。

  空间望远镜被制造、发射、在轨观测运行,人类取得了大量前所未有的科学成果。2020年,我们熟悉的哈勃已服役满30周年。我国的空间天文观测亦亮点纷呈,2017年“慧眼”硬X射线调制望远镜发射成功,多台空间望远镜也在研制之中。

动科普 | 打造一双“慧眼”去看星光璀璨

  未来,望远镜还将更加神通广大。更多激动人心的新发现将继续推动人类文明发展的进程。望远镜的镜片中,未来可期,星空将更加绚烂!

  科学审核:李正阳、范舟、苟利军、袁凤芳

  策划监制:万昊宜、宋雅娟

  统筹:张佳兴

  编辑:赵宇豪

[ 责编:蔡琳 ]
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