提起天文望遠(yuǎn)鏡，大家或許會(huì)首先想到500米口徑的中國(guó)“天眼”FAST，這臺(tái)世界最大的單口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡耗資約12億人民幣。然而，近日歐洲南方天文臺(tái)開造的一臺(tái)天文望遠(yuǎn)鏡—極大望遠(yuǎn)鏡（ELT），其耗資或許會(huì)顛覆你的認(rèn)知，整個(gè)ELT項(xiàng)目的預(yù)算為10.55億歐元，約合人民幣82.7億。要知道這還是ELT項(xiàng)目縮減后的價(jià)格，卻依然是FAST的7倍，其造價(jià)之高，可見一斑。
那么極大望遠(yuǎn)鏡有何玄機(jī)，歐洲南方天文臺(tái)為什么要花巨資建造它，它又能帶給我們?cè)鯓拥捏@喜呢？讓我們一起來了解一下：
極大望遠(yuǎn)鏡是歐洲南方天文臺(tái)于2005年開始研究設(shè)計(jì)的大型天文望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目，最初，該望遠(yuǎn)鏡主鏡設(shè)計(jì)的口徑為42米，但迫于資金、技術(shù)等因素，2011年該望遠(yuǎn)鏡口徑被縮減至39米。隨后，在2012年6月，該望遠(yuǎn)鏡正式獲得歐南臺(tái)的批準(zhǔn)，并于2017年5月，開始了正式的建造工作。在今年1月9號(hào)，它的主鏡部分的第一塊六角形鏡片也開始了鑄造工作。
極大望遠(yuǎn)鏡的鏡體創(chuàng)新性的采用了五面鏡的方案設(shè)計(jì)，其主鏡為凹面鏡，直徑達(dá)39.3米，這差不多相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)的寬度了。
它由798個(gè)1.4米長(zhǎng)、5厘米厚的六角形鏡片拼接而成，每個(gè)鏡片上又裝有3個(gè)致動(dòng)器，用于調(diào)整鏡面的形狀，來消除鏡片因受重力、溫度和風(fēng)力等因素影響而引起的變形，保證觀測(cè)成像的質(zhì)量。
極大望遠(yuǎn)鏡的副鏡是一塊直徑4.2米的凸面鏡，加上直徑3.8米的凹面鏡第三面鏡，前三面鏡組成了三反鏡光學(xué)成像系統(tǒng)。這縮短了它的鏡筒長(zhǎng)度、降低它的制造難度，保證了成像質(zhì)量的穩(wěn)定。
雖然理論上天文觀測(cè)的分辨率只受望遠(yuǎn)鏡主反射鏡大小的限制，但因?yàn)榈厍虮砻娓采w有一層大氣層，大氣湍流的存在會(huì)使得光線在通過大氣層時(shí)產(chǎn)生失真。為了應(yīng)對(duì)這種情況，大型望遠(yuǎn)鏡一般配有光學(xué)系統(tǒng)來消除這種效應(yīng)。
所以極大望遠(yuǎn)鏡的第四、第五面鏡主要作用就是為了消除大氣湍流的扭曲效應(yīng)，其中第四面鏡的設(shè)計(jì)尤為特別，它的直徑為2.5米、厚度卻只有2毫米，其底部加裝的5千多個(gè)致動(dòng)器，可以使它的鏡面形狀每秒彎曲上千次，以保證望遠(yuǎn)鏡成像不被大氣湍流所影響。
除了消除大氣湍流的扭曲效應(yīng)，極大望遠(yuǎn)鏡的第四、第五面鏡還允許將觀測(cè)到圖像光線傳輸?shù)酵h(yuǎn)鏡兩側(cè)焦點(diǎn)站，從而使得極大望遠(yuǎn)鏡可以同時(shí)安裝有多臺(tái)大型儀器。而歐洲南方天文臺(tái)建造它的主要目是為了推進(jìn)人類在行星和行星系統(tǒng)、星系的形成與演化、暗物質(zhì)和暗能量以及宇宙學(xué)和物理學(xué)等方面的認(rèn)知。
目前極大望遠(yuǎn)鏡已確認(rèn)搭載的儀器設(shè)備有：自適應(yīng)光學(xué)模塊MAORY、自適應(yīng)光學(xué)成像儀MICADO、高分辨率光學(xué)和近紅外積分場(chǎng)光譜儀HARMONI、中紅外成像儀和光譜儀METIS、多目標(biāo)攝譜儀MOSAIC和高分辨率光譜儀HIRES。
通過以上這些關(guān)鍵設(shè)備，極大望遠(yuǎn)鏡將能夠比現(xiàn)行天文望遠(yuǎn)鏡更為詳細(xì)的探測(cè)來自其他恒星周圍的行星和行星系統(tǒng)，這不僅包括行星的質(zhì)量以及成像，甚至是其大氣層特征。而這將幫助我們探索有關(guān)行星形成和演化、其他恒星的行星環(huán)境以及為什么我們太陽系這么獨(dú)特等問題。
在另一方面，憑借其優(yōu)越的分辨率和光敏感性，極大望遠(yuǎn)鏡將允許我們對(duì)更具有代表性的星系的恒星群進(jìn)行更為精確的觀測(cè)，我們知道一個(gè)星系的恒星群承載了星系的形成歷史，而破譯這些信息，可以讓我們洞察星系的形成與演化歷史。
在天文學(xué)領(lǐng)域，星系和天體離我們遠(yuǎn)去時(shí)，光譜在可見光波段表現(xiàn)為譜線朝紅端移動(dòng)了一段距離，叫做紅移。而在極大望遠(yuǎn)鏡巨大的光敏感性和分辨率的增益下，我們將能夠以超越現(xiàn)在的視野，觀測(cè)星系紅移，從而有望揭開形成和改變宇宙間星系的物理過程。
極大望遠(yuǎn)鏡上搭載的儀器還將幫助我們發(fā)現(xiàn)和識(shí)別遙遠(yuǎn)的Ia型超新星（由白矮星產(chǎn)生劇烈爆炸結(jié)果的激變變星），幫助我們發(fā)現(xiàn)識(shí)別暗能量的本質(zhì)，這些都是宇宙膨脹很好的距離指標(biāo)。
而由于宇宙膨脹速率會(huì)導(dǎo)致遙遠(yuǎn)星際介質(zhì)紅移的微小時(shí)間漂移，極大望遠(yuǎn)鏡將借助這種效應(yīng)直接測(cè)量宇宙膨脹的加速度。
此外，極大望遠(yuǎn)鏡還將探尋物理學(xué)中的基本常數(shù)，如精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)和質(zhì)子對(duì)電子質(zhì)量比是否會(huì)隨著時(shí)間而變化，這些將對(duì)我們認(rèn)識(shí)基本相互作用的統(tǒng)一理論產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
由此可以看出，極大望遠(yuǎn)鏡將會(huì)極大的推進(jìn)我們?cè)谛行呛托行窍到y(tǒng)、星系的形成與演化、暗物質(zhì)和暗能量以及宇宙學(xué)和物理學(xué)等方面的認(rèn)知。
在接下來的一段時(shí)間里，極大望遠(yuǎn)鏡主鏡片的鑄造工作將繼續(xù)由德國(guó)特種玻璃制造商肖特公司進(jìn)行，該公司將會(huì)鑄造和拋光900多塊六角形分段鏡面模塊，除了798塊做為主鏡本身使用外，剩下的將作為備用部分。
預(yù)計(jì)到2022年，極大望遠(yuǎn)鏡將會(huì)完成建造工作。建成后，它將是世界上最大的光學(xué)/近紅外望遠(yuǎn)鏡，其聚光面積將高達(dá)978平方米，聚光能力將是目前世界最大光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的13倍，而利用該望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)的圖像清晰度也將是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的16倍、詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的6倍。
到了2024年，極大望遠(yuǎn)鏡將會(huì)正式開始使用，屆時(shí)這臺(tái)被稱為“世界上最大的天空之眼”的天文望遠(yuǎn)鏡將會(huì)帶給我們?cè)鯓拥捏@喜呢？讓我們拭目以待！
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