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林山
新闻背景
日前，世界上迄今为止规模最大的地面射电望远镜阵列项目——位于智利查面托高原上的阿塔卡玛射电天文望远镜全部落成并投入使用，由66座碟形射电天线构成的望远镜群，拥有0.01角秒的分辨率，相当于能看清500多公里外的一分硬币。
有人说，没有天文望远镜就没有现代天文学。而这个历史可以回顾到400多年前。
光学望远镜与科学革命紧密相联
眼镜商的偶然发现
要说到光学望远镜的产生，不得不首先说到玻璃透镜的应用。
玻璃透镜可以溯源于两千年前，在古希腊克里特岛出土的粗糙的透镜足以证明这一点。
大约到了公元12至13世纪。英国人开始系统研究玻璃透镜，他们研制出的透镜，可以用来放大物体、放大书写字母。
到了14世纪初，意大利人开始使用眼镜，最初是双凸透镜眼镜，首先解决了老年人的花眼问题。以后又产生了双凹透镜，解决了年轻人近视的苦恼。
在16世纪末、17世纪初，欧洲一些国家的眼镜制造业已迅速发展起来。尤其是在荷兰，能够磨制出各种类型的优质眼镜。
关于望远镜的诞生，有这样一则广为流传的故事。在温学诗、吴鑫基撰写的《观天巨眼——天文望远镜的400年》一书中这样写道：据说在荷兰首都阿姆斯特丹西南方不远的米德尔堡市，有一位名叫汉斯·里帕席的眼镜商。有一天，里帕席有事外出了，留在家里守摊子的小徒弟趁师傅不在家，用商店里的镜片寻找乐趣消磨时间。他拿两块透镜放在眼前，一块儿远一块儿近，当他用两块透镜去看远处教堂顶上的风标时，那风标变得又大又近。小徒弟觉得十分新奇，惊讶不已。
里帕席听到了徒弟的讲述，马上意识到了这个发现的重要性。他找来粗细适宜的金属管子，将两块透镜固定在管子内部适当的地方，世界上第一架望远镜就在他手上诞生了。
不久，里帕席把望远镜献给荷兰政府。当时，荷兰正在反抗西班牙的侵略中，与西班牙苦战了40年。荷兰海军得到了望远镜，它让荷兰舰队的船只能先敌发现敌人的动向，从而取得了战争的主动权。里帕席也因此得到了荷兰政府的嘉奖。
伽利略把望远镜对准星空
1609年5月，著名科学家伽利略45岁的时候访问了威尼斯。在那里他听到了荷兰人造出望远镜的故事，并为此兴奋不已。
伽利略马上动手制造自己的望远镜。他在一根铅管两端，装上一片平凸透镜和一片平凹透镜。平凹透镜靠近眼的一端，称为目镜。平凸透镜靠近观测物一端，称为物镜。他用自制的望远镜观测物体时，远处的物体被放大了许多倍。
伽利略虽然不是第一个发明望远镜的人，但以他科学家的敏感，成为第一个将望远镜对准星空的人。从此，天文望远镜诞生了，天文学获得了探索宇宙的新武器，并由此取得了一个又一个惊人的发现。
伽利略不断改进自己制作的望远镜，并不断用这些望远镜观察天体。很自然地，月亮成了他最早观察的对象。他发现了月球上很多环形山，还看到月亮表面有一些面积较大的平坦阴暗区域，伽利略认为它们应该是像地球表面的大洋一样，于是把它们叫做“月海”。后来人们知道，月球上那些阴暗部分只是一些低洼地，但“月海”的名字却一直沿用下来。
伽利略还发现了木星的四颗卫星，即木卫一、木卫二、木卫三和木卫四，现在仍统称为伽利略卫星；伽利略又发现了金星的位相变化；1610年年底，伽利略发现太阳表面上有黑子，并且根据黑子在日面的变化情况，证明太阳本身有自转。
风靡一时的“长镜筒”
1610年，著名天文学家开普勒也得到了一架伽利略式望远镜，并且马上对望远镜的光学原理产生了浓厚的兴趣。事实上，开普勒才是第一个钻研凸透镜怎样把平行光会聚于一点的人。
开普勒发现，前凸后凹式的伽利略望远镜，做目镜的凹透镜实际上是在做物镜的凸透镜的焦点前面。所以通过它看见的都是放大了的虚像，这使放大了的像有些模糊，光学术语叫“球差”。如果能消除这种球差，望远镜的观测效果就会大大提高。
开普勒想出了一种办法，就是将原来的凹透镜目镜改换成凸透镜，并把它放在物镜的焦点后面。用开普勒的改进方法做出来的望远镜叫做开普勒望远镜，它得到的像是实像，球差大大减小了。开普勒望远镜也有美中不足的地方，它所成的像都是倒像，是上下左右完全颠倒的像。不过这一点对于天文观测并无大碍。因为宇宙天体本身就没有上下之分，正着看倒着看都没有关系。
开普勒望远镜逐渐被天文学家看好，并推广开来。荷兰天文学家惠更斯一生中制造了很多望远镜。透镜越做越大，镜筒越做越长。他的最后一架望远镜长达7米。
尽管这种超长的望远镜并非天文学家得心应手的观测工具，但在当时人们还没有其他办法造出令人更满意的望远镜的情况下，各国天文学家不得不都在长镜筒上狠下功夫。这个纪录最终达到65米！有人甚至曾经设想制造一架长达305米的望远镜，以为如果有了这样长的望远镜，假如月球上有动物和植物的话，就能用它来观察它们的活动情况了。当然，这是不可能的。
牛顿发明了反射望远镜
反射镜与透镜一样，也具有聚光的本领，这是古人早已知道的事实。在长镜筒望远镜渐入绝境的情况下，人们自然想到了利用反射镜。
不管是伽利略望远镜，还是开普勒望远镜，都是折射望远镜。折射望远镜存在令人头疼的色差问题。由于每种颜色光的折射率各不一样，导致了入射光线经过透镜以后不能再会聚于一点而形成色差。而反射望远镜没有色差的问题，所有光的反射角都等于入射角，光线反射之后不会分散。著名科学家牛顿发现了这个问题后，下定决心要发明一种新型的令人满意的反射望远镜。
1668年，牛顿的第一架小型反射望远镜制成了。它的物镜是用青铜磨制的凹面反射镜。直径只有2.54厘米，镜筒长度15厘米，放大倍率达40倍，观测效果不亚于2米长的折射镜。他在物镜的前面装上一小块倾斜45度放置的平面反射镜，当光线射到物镜上以后先被反射到平面镜上，又被平面镜反射到镜筒一侧的目镜前聚焦，通过目镜即可看到被放大的像。
牛顿设计的反射望远镜在英国皇家学会进行了展示，引起了很大的轰动。他的反射望远镜不仅彻底消除了令人厌恶的色差，而且制作起来比较容易，使用起来更方便。反射望远镜很快发展起来，成为光学望远镜的主流。目前世界上最大型、最优秀的望远镜都是反射望远镜。
17世纪是科学革命的时代。望远镜的发明和当时的很多科学巨匠有着紧密的关系，对人们认识宇宙、认识世界发挥了不可缺少的作用，其意义怎么评价都不过分。
射电望远镜不再是“色盲”
为解决天电干扰而建的装置
光学望远镜接收来自宇宙的信息，只局限于可见光的范围内。从某种意义上来说，很像一个“色盲”患者。
20世纪30年代，借助新兴的无线电和雷达技术，人类探测到了来自宇宙的射电波，从此突破了天文学只能观察天体光波辐射的局面，一门和光学天文学并行的射电天文学诞生了。
射电探测技术的开创者，是美国无线电工程师央斯基。他1928年大学毕业后来到贝尔电话实验室，接受的主要工作是对短波无线电通信中的天电干扰问题进行研究。
为了巡查天电干扰来自何方，天线必须具有比较好的方向性，而且能够灵活地转动。1931年12月，央斯基设计的天线装置架设在新泽西州霍尔姆德尔的一家农场里。长30.5米、高3.66米的天线阵看上去有点像一个飞机翅膀的骨架。天线下面安上了四个轮子，使之能够在马达的带动下旋转起来。央斯基把这面天线叫做“旋转木马”。
1931至1932年间，央斯基发现了一种很低又很稳定的噪声，与雷雨时放电的霹雳声迥然不同。这种“射电噪声”具有方向性，随地球的自转而在天空中运动。经过长时间的观测，他于1933年发表论文指出，这种“射电噪声”来源于太阳系之外，很可能来自银河系中心。
这一重要发现，为射电天文学史写下了开创性的篇章。
第一次用射电望远镜巡天
1937年，美国业余天文学家雷伯，对央斯基的发现产生了兴趣。他在自己住宅的后院，动手制作了一个比央斯基的“旋转木马”精确得多的装置——抛物面射电望远镜。这个抛物面天线的直径为9.6米，焦距6米。抛物面天线和支架都用木头制作，然后再在抛物面上铺上镀锌的铁皮，木头上还涂上油漆以防雨水浸蚀。
雷伯建造了世界上第一台专门用于天文观测的射电望远镜，直到第二次世界大战结束，这台望远镜仍是世界上唯一的射电望远镜。
1941年他用这台望远镜进行人类第一次射电巡天——用射电望远镜对天空逐点进行观测，终于发现天鹅座、仙后座和人马座中的三个射电源。雷伯获得了人类历史上第一幅银河系射电天图。
如今，央斯基的“旋转木马”和雷伯的射电望远镜已经被作为“文物”放置在美国国立射电天文台。
二战雷达大大促进了射电天文
射电天文学是通过接收天体的无线电波来研究天文现象的一门学科。它突出了以无线电接收技术为主的观测手段，观测的对象遍及整个宇宙，可探测到以往凭光学手段所看不到的地方。射电天文学的基础是射电望远镜。称它为“望远镜”，是因为它与光学望远镜一样，可以观测遥远的天体。但其工作原理和结构，实际上是无线电接收设备。
第二次世界大战期间，各国争相发展的雷达技术已经在多个方面超过雷伯的射电望远镜。当时的雷达已经从米波发展到分米波和厘米波段，战后由雷达改装的射电望远镜遍地开花。很快，英国、澳大利亚、法国、荷兰、美国和加拿大等国就有了用军事剩余物资的雷达改装的射电望远镜，并迅速取得观测研究成果。
拨开迷雾抬望眼
——哈勃空间望远镜的故事
随着航天技术的发展，人类终于可以冲出地球遨游宇宙空间。而摆脱地球大气的束缚，把望远镜发射到太空中去探测宇宙，也成了一种十分自然的想法。除了普通光学望远镜以外，空间望远镜还可以到天上去观测和研究在地面上接收不到的X射线、远红外辐射、紫外辐射的伽马射线，从而发现了一系列前所未知的新天象，使天文学进入了新的时代。
哈勃望远镜是人类发射的最早、最著名的空间望远镜。关于它还有一段曲折的故事。在崔石竹、李东生编著的《太空“千里眼”》一书中对此做了描述。
低级错误
副镜放错了1.3毫米
1990年4月24日上午8时33分，在美国佛罗里达州卡那维拉角的肯尼迪航天中心，装载着哈勃空间望远镜的发现号航天飞机终于升空了。这是人类航天史上的一大壮举。
这架望远镜的光学主镜口径为2.4米，副镜口径为0.34米，镜筒长度为13.3米，镜筒直径为4.3米，总重量为11.6吨。
整个科学界都在密切地关注着“哈勃”，企盼着它能发回优于地面望远镜拍摄的高质量天体照片。但哈勃太空望远镜通过中继卫星发回的第一张照片却让人们失望之极。照片成像的效果几乎与用地面望远镜拍摄的没有什么两样，根本就达不到设想的要求。紧接着，哈勃望远镜对准距离地球4100光年的旋涡星系中心拍照，照片上呈现的也是模糊的画面。
这到底是怎么回事？科学家们很快就查出，是空间望远镜的心脏——2.4米的主镜面出了毛病。无论人们怎样移动望远镜的聚焦系统，都不能得到清晰的图像。显然主镜的镜面有“球差”。原来在磨制主镜的过程中，工作人员犯了低级错误。他们在检验主镜精确度时，把检验副镜的位置放错了1.3毫米。在错误的位置上磨制主镜面，即使磨制得再好，再光滑，也是枉然。
太空修复
眼睛重新擦亮了
1993年12月2日，载有7位训练有素宇航员的奋进号航天飞机在美国肯尼迪航天中心发射升空了，它的使命是去修复哈勃空间望远镜。这一举动震惊世界的程度决不亚于三年前哈勃望远镜的升空。
奋进号航天飞机进入太空两天后，即12月4日，宇航员们寻找到了像一颗明亮星星的哈勃望远镜。航天飞机渐渐地靠近它，在从后下方接近望远镜不到10米的地方时，它们的相对速度只有每秒2.5厘米，几乎处于相对静止状态。此时宇航员用航天飞机上15米长的机械臂成功地抓住了哈勃望远镜，并把它拉入敞开的机舱内。
12月5日，两名宇航员进行了第一次太空行走。他们用了将近5个小时的时间，更换了定位用的陀螺仪和它的电子控制装置，从根本上解决了哈勃望远镜的定位问题。12月8日，在第四次太空行走中，宇航员拆除了原来的高速光度计，在那里安装上了如冰箱大小的“考斯特”装置。在这个装置里，装有一组使哈勃望远镜聚焦的矫正透镜。12月9日，宇航员完成了第五次也是最后一次太空行走，将哈勃太空望远镜送回它的运行轨道，使这架焕然一新的太空“神眼”继续在太空中遨游。
1993年12月31日，哈勃望远镜传回室女座星系团中旋涡星系M100中心部分的照片。照片十分清晰，与维修前拍摄的照片相比有了明显的进步。修复后这架太空神眼，源源不断地向地球发回清晰的具有极高价值的天体照片，取得了一系列地面望远镜无法获得的观测成果。
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