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從伽俐略的望遠鏡到韋伯望遠鏡
送交者: 天蓉 2022年01月17日15:46:09 於 [教育學術] 發送悄悄話

從伽俐略的望遠鏡到韋伯望遠鏡,400年了,也需要多少了解一點這個“人類第三隻眼睛”的歷史吧……

      


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人類很早就發明了玻璃,公元前200年巴比倫發明了吹管制玻璃,但直到13世紀才發明了眼鏡。望遠鏡算是第一台被製造的光學儀器,根據廣泛傳播公認的故事,在 1600 年左右,兩個小孩在荷蘭眼鏡商利珀希Lippershey的商店裡,玩兩個玻璃鏡片時,不經意間透過它們朝遠處教堂凝視,發現教堂的尖塔奇蹟般地變得清晰!然後利珀希立刻意識到了這一發現的重要性,由此而擺弄兩個鏡片,折騰又折騰,最終發明了第一台望遠鏡。

神奇發明的消息傳到了威尼斯的伽利略那裡,偉大科學家開始自製望遠鏡,並認為這玩意兒也許可以作為戰爭工具。不過,伽利略舉起他的望遠鏡東張西望時,免不了對準他鍾愛的閃亮的星空!

這一望就非同小可,這一望就望出了名堂,鏡頭中的景象使伽利略震驚!他看到木星居然“長着耳朵”,看到了月面原來是坑坑窪窪,細看銀河中的雲彩,原來是一顆顆亮閃閃的星星!1610 年,那正是哥白尼的日心說挑戰教會思想的年代,出於科學家的本能,伽利略馬不停蹄地研究改進這新玩意兒,第一台、32倍放大倍數的天文望遠鏡由此誕生!

天文望遠鏡是觀測天體的重要工具,可以毫不誇張地說,沒有天文望遠鏡的誕生和發展,就沒有400年後的現代天文學。天文望遠鏡各方面性能不斷改進和提高,總的有折射和反射兩大類,以及結合兩者的折反射天文望遠鏡。伽俐略的望遠鏡是折射式的,物鏡是凸透鏡,目鏡是凹透鏡,後來的開普勒望遠鏡,物鏡和目鏡都是凸透鏡。折射天文望遠鏡的缺點是色差大,後來用反射鏡代替透鏡,從牛頓開始製造反射天文望遠鏡。

隨着玻璃製造及鍍層技術的發展,現代天文望遠鏡基本都是反射望遠鏡,有兩種方式,韋伯望遠鏡類似右邊的。反射天文望遠鏡的口徑越來越大。1793年英國赫瑟爾製做的反射式望遠鏡,反射鏡直徑為130厘米,用銅錫合金製成重達1噸。1917年,胡克望遠鏡在美國加州威爾遜山天文台建成。它的主反射鏡口徑為100英寸。正是使用這座望遠鏡,哈勃發現了宇宙正在膨脹的驚人事實。1948年美國建成了5.08m的海爾望遠鏡,1976年蘇聯建成6m望遠鏡。

接受無線電波的射電望遠鏡不在圖中,那就是安置在深山中的一口朝天大鍋,如中國的天眼,500米,是可見光望遠鏡望塵莫及的尺寸。大口徑望遠鏡可滿足天文學對高分辨率的需要,但製造整塊玻璃的傳統方法限制了尺寸。由此而誕生了拼接鏡面的天文望遠鏡。在一系列新技術的基礎上,目前國際天文界熱衷於製造幾十上百米的極大天文望遠鏡。此圖顯示了望遠鏡尺寸的變遷,這兒顯示的是可見光包括紅外線的望遠鏡,很多,要仔細看。如美國夏威夷莫納克亞山的是目前最大的,十幾米,這兒30米和39米的尚未建成。韋伯是太空最大的……

巨大的射電望遠鏡陣列(不是光學望遠鏡)

韋伯6.5米的主鏡由18面鏡片組成,歐洲2025將於智利建造好的極大望遠鏡,其主鏡直徑為39.3米,由798個六角形小鏡片拼接而成,39.3 vs 6.5798 vs 18,所以韋伯不算大。不過各路英雄本領和目標都不同!作為為數不多的幾個太空望遠鏡之一,韋伯望遠鏡逍遙自在於廣袤的宇宙中,看得更清望得更遠自有其優越之處。韋伯已經發射20幾天了,走過了全程的百分之九十以上。離鄉背井,如今它成天幹些什麼呢?

韋伯望遠鏡一刻也沒閒着,除了跑路之外,目前這十天正在調整它的各個鏡片,進行為期幾個月的光學校準階段。

因為發射時的存放位置完全不同於工作位置。存放時安全第一工作時精準第一。計算機控制的鏡子致動器為以納米的極小運動而設計。每個鏡子都可以作小至 10 納米非常精確地移動,或人類頭髮寬度的大約 1/10,000。現在每個子都需要移動12.5毫米方能互相對齊。但韋伯不着急,將這個距離分成許多短的移動,這種方式簡單而安全可從地面上密切監控。也得限制從執行電機進入韋伯非常冷鏡面的熱量,每個執行器一次只運行很短的時間。一步又一步在各段之間輪流,它大約花一天時間將所有部分移動 1 毫米!和草本植物每天生長的速度差不多!目前一切緩慢而穩定:鏡片移動到位,飛行器繼續滑翔,鏡子和儀器緩慢冷卻,目標就在前方,我們拭目以待……

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天文航天:“談天說地”  https://www.youtube.com/playlist?list=PL6YHSDB0mjBLmFkh2_9b9fAlN7C4618gK

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