液体望远镜

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  望远镜能让人们的目光穿越浩瀚的天空,探索到宇宙的奥秘。世界上第一架望远镜是17世纪初由伽利略发明的,由一面凹透镜和一面凸透镜组成,当时只能把物体放大3倍,改进后也只能放大到30倍。后来,开普勒又发明了一种由两块凸透镜组成的望远镜。这两种望远镜都是利用光折射原理成像,经常会有不可避免的“失真”现象。为此,牛顿利用光反射原理,用凹面镜聚光,再使光线通过凸透镜成像,从而发明了反射式望远镜。
  牛顿的第一架反射式望远镜的凹面镜,直径只有12.7厘米,观察太空的范围极其有限。要观测更广泛的太空,必须要增大望远镜的口径。现代天文望远镜个个都是庞然大物。目前世界上最大的(单镜头)望远镜是耸立在夏威夷的两架“凯克”望远镜,它的镜头直径达10米,竖起来比3层楼还高。
  建造大型天文望远镜无疑是一项巨大的工程,耗费几千万甚至上亿美元的巨资且不必说,天文望远镜的镜头制作要求极高,凹面镜越大,镜面的加工就越艰辛困难。例如20世纪40年代落成于美国帕洛玛山上的“海耳”望远镜,口径虽不到5米,但几十年的制作加工过程堪称困难重重。要浇制一块如此巨大、绝无任何瑕疵的光学玻璃就是一大难题。光是浇制后让它在巨型炉内恒温冷却就花费了10个月,然后是长达8个月的热处理,进一步的精细加工更是耗去了7个春秋,被磨去的玻璃屑重达4.5吨!
  制作一块巨型玻璃凹面镜如此困难,科学家不得不去寻找简便的方法。于是科学家想到了用液体来代替玻璃作望远镜的镜头。其原理非常简单,一盆液体在高速旋转时,由于离心力的作用,液面自然就会形成一个标准的抛物面,而这正是天文望远镜所需要的形状。
  世界上第一架液体望远镜是在20世纪50年代初,由苏联物理学家乌德用一盆水银制成的。经过不断改进探索,加拿大科学家阿曼罗·博拉在80年代初制造出了第一架可供天文观测用的液体望远镜,镜头直径为45厘米。后来,博拉又用250千克水银制成了两台直径1米、一台直径1.6米的望远镜,并在水银面上加了一层特殊的透明树脂,既解决了外界因素对水银面的干扰,又避免了水银蒸发从而危害人体健康的问题。
  液体望远镜的优点是不言而喻的。首先它的成本极低,水银可重复使用,费用不到一般望远镜的5%。制作又特别方便,一般只要几十分钟就可以完成。经过训练的望远镜操作人员甚至可以在几十秒内“旋转”出完全没有孔隙的光洁的水银薄膜凹面镜。然后让木盘保持恒速旋转,就可以进行观察。不用时,可以让木盘保持旋转,或停止旋转至下一次使用时重新操作。而且它也不需特别的观测圆顶,故可以随时搬迁到各处使用,这也是传统望远镜无法企及的。
  1995年,美国航天局造出了直径3米的水银望远镜,安装在新墨西哥州,专门监视太空垃圾和近地小行星。其总成本不到50万美元,而通常像这样大小的望远镜制作费用至少为一二千万美元。
  由于装水银的盘子只能水平放置,液体望远镜只能观测头顶上空的一小片天空,所以也并非十全十美。纵然借助电脑可以将“目力”有所扩大,但总是受很大限制。为了解决这个问题,科学家准备采用硅油之类粘滞性更大的液体来代替水银,以使它即使倾斜也不会轻易改变已经形成的形状。
  尽管液体望远镜还有一些技术问题有待解决,但科学家却雄心勃勃。相信液体望远镜的完善,必会对人类探索宇宙奥秘做出更大贡献。
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