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苏定强:400年望远镜的光荣与希望

2008-07-05 11:54
默菲
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中国科学院院士苏定强


  在世界的科学史上,中国的天文学曾占有相当显赫的一席之地,在几百年的时间里长期领先世界。然而在300多年前,当西方天文学迅速崛起,并发展为现代科学的时候,我国的天文学发展却陷入停滞甚至衰退的局面中。根据天文史学家分析,在大约400年前,天文学领域出现了一个前所未有的机遇,那就是望远镜,当西方天文学家把望远镜指向星空的时候,中国的天文学却在同样的机遇面前,与望远镜擦肩而过。
 

  从1609年伽利略用望远镜观测天体,到如今已有将近400年历史了,为了纪念这个重要的时刻,联合国大会已经批准将2009年定为国际天文学年。
 

  6月26日,在第14次院士大会学术年会上,中国科学院院士苏定强介绍了400年来望远镜发展、它为天文学所带来的成就,以及将为我们带来的、对世界的认识的另一场飞跃。
 

  400年,4个里程碑
 

  1608年荷兰眼镜匠汉斯•利帕什制成了世界上第一架望远镜,不久后消息传到伽利略那里,他马上发现这一技术可以用来对天体进行观测。到1609年底伽利略先后制造过4架望远镜,都是折射望远镜,他用这些望远镜发现了银河是由星星组成的、木星有4颗卫星、月面上的山、金星的盈亏。苏定强介绍,这是天文学发展的第一个里程碑,开创了天文学研究的新时代。
 

  1668年牛顿制成了第一架反射望远镜,从此,折射望远镜和反射望远镜平行发展。
 

  1814年夫琅和费继渥拉斯顿之后,也发现了太阳光谱中的暗线,并作了详细的研究。苏定强认为,有了光谱才能精确研究天体的物理状态,如温度、压力、磁场、电场、向速度,以及天体的化学成分,这标志着天体物理学的诞生,成为望远镜史上的第二个里程碑。
 

  1938年,央斯基发现了来自银河中心方向的天体无线电波,开辟了另一个电磁波窗口,于是射电天文学诞生了,这是望远镜历程中的第三个里程碑,上世纪60年代天文学的四大发现都是射电天文学所取得的。
 

  1957年10月,苏联成功发射了第一颗人造地球卫星,开创了空间观测和太阳系探测的新时代。特别是观测可以在各个波段进行,全波段天文学的时代到来了,这是400年望远镜历史上的第四个里程碑。
 

  苏定强说:“提高分辨率以观测到天体的细节,是望远镜的制作和使用者们追求的目标,因此纵观望远镜400年的发展历史,就是一个将望远镜的口径越做越大的历程。”
 

  1918年,美国建成了当时最大的发射望远镜,口径为2.54米。1924年,哈勃用它证明了旋涡星云是银河系之外的、和银河系类似的星系。1929年,哈勃又用这架望远镜发现了河外星系的谱线红移。
 

  1948年,美国建成了口径5.08米的望远镜;1976年,苏联将望远镜的口径扩大到6米。从伽利略的3.8厘米,到苏联的6米,望远镜口径似乎已经达到极限,由于技术手段的限制,做出更大的望远镜已经十分艰难。
 

  到了上世纪80年代,一种称为“主动光学”的技术诞生了,它使制造口径超过6米的望远镜成为可能。目前世界上口径最大的望远镜是美国1993年以来建成的两架10米望远镜——KeckⅠ和KeckⅡ。
 

  我国的望远镜现状和未来
 

  上世纪60年代到80年代,我国研制了一批天文观测设备,苏定强说:“这批设备都是我国老一代天文学家和工程专家,在相当艰苦条件下自力更生研制成功的,这些仪器中有不少创新点。令人欣喜的是其中一些望远镜,至今仍然是我国天文观测的主力。
 

  目前,在王绶琯等建议下研制的大天区面积多目标光纤光谱望远镜(LAMOST)正在研制中。这是一架反射施密特望远镜,建成后将是世界上最大的大视场望远镜,焦面上设置4000根光纤,将超过美国,成为目前世界上获取光谱能力最强的仪器。这一项目在专家们十几年的努力下,将于今年完成。
 

  FAST是2007年国家发改委批准立项的另一个大项目,反射面板的基本形状是一个直径500米的球面,将固定安放在贵州黔南州平塘县的大窝凼洼地中。工作时使用直径300米的照明区域,随着天体的转动,照明区域在500米的大球面上移动。FAST将于今年底或明年初开工,预计将于2014年开光。它将是世界上最大的射电望远镜。地外文明的搜索将是FAST的科学目标之一。
 

  苏定强认为,从LAMOST和FAST中看到,中国专家创造性地发展了主动光学,用它产生了新的动态的光学、射电望远镜系统。
 

  此外,他建议未来再增加3个项目,其中之一是设在南极的15~30米的光学/红外/亚毫米波望远镜。目前国外已经发现南极冰穹C是地面上最好的台址,而我国科考队2005年在国际上首先到达南极冰穹的最高点南极冰穹A。苏定强说:“作为台址它很可能比南极冰穹C更好,我国应当积极利用这一机遇。”
 

  400年内外,成就与希望
 


  将人类的认识领域尽可能地拓展,是当代科学的目标之一,从天文学上来说,人类肉眼可以看到的星星只有6000多颗,而在望远镜的帮助下,目前人类记录下来的星星和星系约为100亿颗。400年来,天文学的发展除了放大了人类的视野、精确了我们的测量外,还精确地验证了哥白尼的学说。
 

  此后,在1846年,在按牛顿计算的位置上发现了海王星,又把牛顿力学推向了巅峰。而当另一位天文学家,预期在牛顿计算的位置上寻找比水星更靠近太阳的行星时,却没有能够取得成功。于是牛顿力学出现了阴影,人们因此发现了牛顿力学中存在的问题。“当时,没有任何其他地面实验能发现牛顿力学的问题,这应当是望远镜对牛顿力学的一次检验。”谈到望远镜的未来,苏定强表示,从学科、从对象来讲,未来的研究重点很多,其中对暗能量的研究应该是最为重要的。
 

  美国科学院院士、天体物理和宇宙学教授特纳曾经说:“虽然我们还不知道暗能量是什么,但可以肯定地说,弄清暗能量将会对统一宇宙间的力和粒子提供至关重要的线索,而弄清楚它的途径,靠的是望远镜而是不加速器。”
 

  苏定强说:“望远镜不仅在这400年天文学发展中起到了重大的作用,它还将在今后的研究中,特别是暗物质的研究中发挥重大的作用,那将是人类对物质世界认识的一次新的飞跃。”


  (助编:xiaohu)

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