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自古以來(lái)，人類對(duì)于遙遠(yuǎn)星空的探索從未停歇。望遠(yuǎn)鏡，作為觀測(cè)遙遠(yuǎn)天體的利器，其發(fā)展歷程不僅見(jiàn)證了人類對(duì)宇宙認(rèn)知的逐步深化，也體現(xiàn)了科技文明的輝煌進(jìn)步。1609年8月21日，意大利科學(xué)家伽利略發(fā)明了第一架天文望遠(yuǎn)鏡，為天文學(xué)的發(fā)展帶來(lái)了革命性的變化。從最早的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡到現(xiàn)代的空間望遠(yuǎn)鏡，這一歷程不僅見(jiàn)證了人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)不斷深入，同時(shí)也展現(xiàn)了科技發(fā)展的巨大力量。

◆古代望遠(yuǎn)鏡的萌芽

早在公元前4世紀(jì)，古希臘哲學(xué)家亞里士多德就提出了使用凸透鏡來(lái)放大物體的方法，這為望遠(yuǎn)鏡的誕生埋下了伏筆。1608年，一位荷蘭的眼鏡制造商漢斯·利伯希首先開(kāi)創(chuàng)了這一偉大發(fā)明。他在商店前看到兩個(gè)小孩正通過(guò)前后兩塊透鏡看遠(yuǎn)處教堂上的風(fēng)標(biāo)，于是他也開(kāi)始嘗試，發(fā)現(xiàn)用兩片眼鏡鏡片觀察時(shí)，遠(yuǎn)處的風(fēng)標(biāo)被放大了許多，于是嘗試將兩個(gè)鏡片組裝在一起，用一根管子作為骨架，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，最終成功組裝出了歷史上第一架望遠(yuǎn)鏡，他的這一發(fā)明被廣泛認(rèn)為是現(xiàn)代望遠(yuǎn)鏡的起源。

1609年，意大利天文學(xué)家伽利略·伽利雷對(duì)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了改進(jìn)，他使用凸透鏡代替了凹透鏡，制作了長(zhǎng)約1.2米、口徑約4厘米的折射望遠(yuǎn)鏡，能將物體放大20倍到30倍左右，使其具有更高的放大倍數(shù)和更好的成像質(zhì)量，讓觀察圖像更加清晰。伽利略總共制造了大約30架望遠(yuǎn)鏡，其中有10架都用于天空觀測(cè)。他將其用于科學(xué)地觀測(cè)月球表面，實(shí)現(xiàn)了人類首次對(duì)月球的科學(xué)觀測(cè)，在這之后，依靠自制設(shè)備開(kāi)展了太陽(yáng)系的系統(tǒng)性研究，伽利略對(duì)金星位相變化、木星的4顆衛(wèi)星和太陽(yáng)黑子等現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)的記述，為哥白尼“日心說(shuō)”找到了事實(shí)依據(jù)，為了紀(jì)念這個(gè)發(fā)現(xiàn)，人們將4個(gè)比較大的木星衛(wèi)星命名為“伽利略衛(wèi)星”。

伽利略的望遠(yuǎn)鏡也被認(rèn)為是世界上第一臺(tái)天文望遠(yuǎn)鏡，為天文學(xué)的發(fā)展帶來(lái)了革命性的變化。

◆近代望遠(yuǎn)鏡的崛起

1668年，牛頓制造了世界上第一臺(tái)反射式望遠(yuǎn)鏡，這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡口徑為25毫米，主鏡采用球面鏡。這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡雖然性能并不能稱得上良好，但以反射鏡替代折射鏡卻可以稱得上是一個(gè)巨大的進(jìn)步。

然而，因?yàn)榍蛎骁R帶來(lái)的球差非常嚴(yán)重，而拋物面加工困難，所以反射式望遠(yuǎn)鏡在其誕生的100年內(nèi)并沒(méi)有太多發(fā)展。18世紀(jì)的工業(yè)革命為其帶來(lái)了制造技術(shù)的保證，1773年，英國(guó)天文學(xué)家威廉·赫歇爾制作了一臺(tái)口徑達(dá)1300毫米的反射式望遠(yuǎn)鏡，并用這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡于1781年首先發(fā)現(xiàn)了天王星。與牛頓式不同的是，這臺(tái)被戲稱為“大炮”的望遠(yuǎn)鏡省去了反射副鏡，主反射鏡傾斜放置，需要觀測(cè)者站在高高的鏡筒口俯視。赫歇爾一生親手磨制了400多個(gè)鏡面，記錄下117600顆恒星的數(shù)據(jù)，并嘗試描述出了銀河系的結(jié)構(gòu)?？梢哉f(shuō)，是他對(duì)制鏡技術(shù)的執(zhí)著將人類帶入了恒星天文學(xué)的年代。

進(jìn)入20世紀(jì)，反射式望遠(yuǎn)鏡迎來(lái)了它的黃金年代。1908年落成的威爾遜山望遠(yuǎn)鏡口徑達(dá)到1.5米，1917年投入使用的胡克望遠(yuǎn)鏡口徑達(dá)2.5米，1948年投入使用的海爾望遠(yuǎn)鏡口徑已達(dá)到5米。

相比于反射望遠(yuǎn)鏡的迅速發(fā)展，折射鏡作為先產(chǎn)生的望遠(yuǎn)鏡類型，由于大尺寸透鏡的加工難度，而發(fā)展較為緩慢。直到1757年，法國(guó)化學(xué)家杜隆建立了初步的色差理論，提出并制造了消色差透鏡，折射式望遠(yuǎn)鏡才迎來(lái)了它的又一飛速發(fā)展的歷史階段。折射望遠(yuǎn)鏡的代表是1897年建成的，世界上最大的折射式望遠(yuǎn)鏡--口徑達(dá)1.02米的葉凱士望遠(yuǎn)鏡。然而，自葉凱士望遠(yuǎn)鏡以后，折射望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展似乎已達(dá)到極限，因?yàn)橥哥R越大、越重，就越容易從中央凹陷變形，久而久之會(huì)影響觀測(cè)質(zhì)量。

◆現(xiàn)代望遠(yuǎn)鏡的黃金時(shí)代

近40年是天文望遠(yuǎn)鏡發(fā)展的黃金年代，各式各樣種類繁多功能各異的望遠(yuǎn)鏡紛紛被投入使用。

如今望遠(yuǎn)鏡已突破了可見(jiàn)光波段的藩籬，邁向全波段的觀測(cè)。從伽馬波段的“悟空”，到可見(jiàn)光與近紅外波段的地基望遠(yuǎn)鏡凱克和天基望遠(yuǎn)鏡哈勃，再到射電波段的“天眼”（FAST）。同時(shí)，望遠(yuǎn)鏡的功能也極大豐富了，而不是僅限于過(guò)去的圖像攝影分析?，F(xiàn)代的可見(jiàn)光與近紅外望遠(yuǎn)鏡從功能上主要分為三大類，第一類是以8.2米口徑的甚大望遠(yuǎn)鏡為代表的通用型望遠(yuǎn)鏡，第二類是以8.4米口徑的大型綜合巡天望遠(yuǎn)鏡（LSST）為代表的大型圖像巡天望遠(yuǎn)鏡，第三類是以4米口徑的郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）為代表的光譜巡天望遠(yuǎn)鏡。

現(xiàn)代望遠(yuǎn)鏡中，許多望遠(yuǎn)鏡為我們提供了寶貴的觀測(cè)數(shù)據(jù)，極大促進(jìn)了天文學(xué)，宇宙學(xué)和物理學(xué)的發(fā)展。其中的數(shù)個(gè)望遠(yuǎn)鏡更是科學(xué)發(fā)展史上的里程碑。帕洛瑪海爾望遠(yuǎn)鏡是世界上第一個(gè)口徑突破3米的現(xiàn)代科學(xué)望遠(yuǎn)鏡，口徑達(dá)到5米，它于1930年開(kāi)始興建，1948年建成，它的數(shù)據(jù)幫助人們破解了重元素的產(chǎn)生之謎。它至今仍處于工作狀態(tài)。斯隆數(shù)字巡天望遠(yuǎn)鏡是目前世界上科學(xué)成果產(chǎn)量最豐富的望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目，它興建于1986年，建成于1998年，雖然該望遠(yuǎn)鏡的口徑只有2.5米，但它的數(shù)據(jù)產(chǎn)生了近9000篇論文，共計(jì)47萬(wàn)余次引用。它至今仍在產(chǎn)出豐富的數(shù)據(jù)以供天文學(xué)家們探尋宇宙奧秘。

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡是人類歷史上第一臺(tái)太空天文望遠(yuǎn)鏡，它突破了大氣層對(duì)于觀測(cè)的阻礙，將人類望遠(yuǎn)鏡的分辨能力第一次提升至衍射極限，大大豐富了人類對(duì)于宇宙的認(rèn)知。1990年4月24日，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡隨“發(fā)現(xiàn)號(hào)”航天飛機(jī)升空，隨后進(jìn)入距地600公里的環(huán)繞軌道。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)部分采用卡塞格林式反射系統(tǒng)，由兩個(gè)雙曲面反射鏡組成，主鏡口徑2.4米，副鏡口徑0.4米。光線從主鏡反射到副鏡，再射向主鏡的中心孔達(dá)到主鏡焦面上成像，經(jīng)精密儀器處理后，數(shù)據(jù)通過(guò)中繼衛(wèi)星發(fā)回地面。

由于沒(méi)有了大氣層的干擾，哈勃可觀測(cè)到的距離是地面最強(qiáng)的海爾望遠(yuǎn)鏡的7倍，可探測(cè)的宇宙空間是其350倍，圖像清晰度也可以達(dá)到地上觀測(cè)的10倍。哈勃望遠(yuǎn)鏡向地球發(fā)回超深空視場(chǎng)的影像，幫助解決了長(zhǎng)期困擾天文學(xué)家的許多基本問(wèn)題，包括推算出哈勃常數(shù)，將宇宙年齡確定為137億年。

綜合自《華中天文》《觀天巨眼》、光明網(wǎng)

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