一架獨(dú)特的帶有液體鏡面的望遠(yuǎn)鏡，終于對(duì)宇宙睜開(kāi)了它的眼睛。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)為在月球上建造同類(lèi)望遠(yuǎn)鏡鋪平了道路。

　　在印度北部北阿坎德邦境內(nèi)的喜馬拉雅山麓，矗立著一座建筑。這座建筑沒(méi)有屋頂，里面仰面躺著一口直徑4米長(zhǎng)的拋物形“大鍋”，直直地對(duì)準(zhǔn)天頂。對(duì)天文略有所知的人一眼就能認(rèn)出，這是一架天文望遠(yuǎn)鏡，拋物面是用來(lái)聚焦光線的。但是，倘若他們湊到“鍋沿”看一看，定會(huì)大吃一驚。他們會(huì)看到“鍋底”盛著亮閃閃的液體——水銀。到了夜里，當(dāng)裝置開(kāi)始工作的時(shí)候，他們還會(huì)看到，整個(gè)“鍋”轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，越轉(zhuǎn)越快，最后穩(wěn)定在一個(gè)轉(zhuǎn)速。“鍋底”的水銀也隨著轉(zhuǎn)動(dòng)慢慢爬上“鍋壁”，直至覆蓋了整個(gè)拋物形的“鍋面”。

　　你好，歡迎來(lái)參觀國(guó)際液態(tài)鏡望遠(yuǎn)鏡(ILMT)!液體鏡面望遠(yuǎn)鏡是一種獨(dú)特的望遠(yuǎn)鏡，其鏡面覆蓋著液體。它利用反射性極好的液體來(lái)收集天空中的光線，ILMT是目前同類(lèi)天文望遠(yuǎn)鏡中面積最大的一個(gè)。

　　那么，為什么要制造這么奇怪的天文望遠(yuǎn)鏡呢?它又是如何工作的?

　傳統(tǒng)固體鏡面望遠(yuǎn)鏡的缺點(diǎn)

　　我們知道，一個(gè)遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光線，能到達(dá)地球的，基本上可以視為平行光，因?yàn)榧偃缢鼈儾蛔銐蚱叫械脑?，從如此遙遠(yuǎn)的距離出發(fā)，早就發(fā)散開(kāi)了，不可能剛好都能抵達(dá)地球上。望遠(yuǎn)鏡的作用就是盡可能多地把這些光線收集起來(lái)，收集越多，圖像就越清晰。

　　那么，望遠(yuǎn)鏡是怎么收集光線的呢?最常見(jiàn)的辦法是做一個(gè)拋物形的鏡面。我們從解析幾何中知道，所有照射到拋物面上的平行光，經(jīng)反射后，都將聚焦于一點(diǎn)。所以，一架功能強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡，為了盡可能多地收集光線，鏡面要做得盡可能大，盡可能光滑。

　　傳統(tǒng)的固體鏡面望遠(yuǎn)鏡一般用鍍金屬的玻璃做鏡面。但工藝上面臨以下兩個(gè)難題：首先，當(dāng)鏡面很大時(shí)，不得不分解成很多塊，每塊單獨(dú)制造，最后組裝成一個(gè)整體。這對(duì)組裝的精度要求非常高。其次，鏡子的表面必須打磨得異常光滑，凹凸不平的程度需要降到光波長(zhǎng)的幾分之一。這對(duì)打磨的工藝也提出了非常高的要求。

　　所以，一般來(lái)說(shuō)，制造一架大型固體鏡面望遠(yuǎn)鏡，成本是非常高昂的，而液體鏡面望遠(yuǎn)鏡可以極大地降低成本。

　　液體鏡面望遠(yuǎn)鏡是如何工作的

　　液體鏡面望遠(yuǎn)鏡的概念出奇的簡(jiǎn)單。盛一桶水，當(dāng)你讓它沿著一根垂直的軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，你會(huì)看到中心會(huì)凹陷下去，邊沿會(huì)涌上來(lái)。學(xué)過(guò)物理的人會(huì)知道，當(dāng)水桶均速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，水的凹面可以形成一個(gè)理想的拋物面。所以，只要我們用一種反射性能良好的液體，并通過(guò)一個(gè)非常精確的控制系統(tǒng)來(lái)旋轉(zhuǎn)它，它就能將光線聚焦，作為一架望遠(yuǎn)鏡使。

　　這樣的望遠(yuǎn)鏡可以克服固體鏡面望遠(yuǎn)鏡的主要缺點(diǎn)。借助液體的流動(dòng)性，表面的任何凹凸都能自動(dòng)得到修復(fù)。原則上，液體盛在任何形狀的容器里，只要?jiǎng)蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，都能形成拋物形的表面，所以這樣的望遠(yuǎn)鏡對(duì)容器的形狀不敏感。

　　在實(shí)踐中，一般用反射性極好的液態(tài)金屬水銀作為液體(也可以選用低熔點(diǎn)的鎵合金)，而為了減少水銀的用量，會(huì)把鏡面盡可能制成拋物面，但因?yàn)閷?duì)拋物面的要求不高，所以液體鏡面望遠(yuǎn)鏡的制造成本只及傳統(tǒng)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的1%。譬如，直徑4米的ILMT，造價(jià)約200萬(wàn)美元，而它旁邊一架直徑3.6米的傳統(tǒng)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，造價(jià)為1700萬(wàn)美元。

　　不過(guò)，普通望遠(yuǎn)鏡可以指向不同的方向觀測(cè)，而液體鏡面望遠(yuǎn)鏡則不同，它只能觀測(cè)頭頂上的那片天空(當(dāng)然，由于地球的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)，這片天區(qū)的天象一年中也在緩慢變化)，天文學(xué)家稱之為“天頂”。這是液體鏡面望遠(yuǎn)鏡的一個(gè)嚴(yán)重缺陷，因?yàn)闆](méi)有辦法瞄準(zhǔn)特定的天體。差堪安慰的是，天頂是入射光線穿過(guò)地球大氣層最薄的地方，透明度最好，所以也是望遠(yuǎn)鏡成像質(zhì)量最好的。ILMT除了面積最大，另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，它緊挨著印度最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。如果天文學(xué)家通過(guò)ILMT發(fā)現(xiàn)了一些有趣的東西，他們就可以用另一架望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行跟蹤。

　　為了確保液體鏡面絕對(duì)光滑，液體鏡面望遠(yuǎn)鏡需要在無(wú)風(fēng)無(wú)雨的環(huán)境下工作，因?yàn)轱L(fēng)雨會(huì)把液體鏡面弄皺，影響成像質(zhì)量。所以ILMT是建在用高墻圍起來(lái)的室內(nèi)的，只有屋頂敞開(kāi);而且，到了印度的季風(fēng)季節(jié)，即每年的7至10月份，還會(huì)停下來(lái)休息。

　　把液體鏡面望遠(yuǎn)鏡建到月球上

　　自ILMT投入使用以來(lái)，迄今為止觀測(cè)的都是已知的天體。天文學(xué)家當(dāng)然希望它能發(fā)現(xiàn)一些全新的東西。但要做到這一點(diǎn)，它還有很多事情要做。如果它被證明是成功的，世界其他地方將會(huì)興建更大的同類(lèi)望遠(yuǎn)鏡。

　　許多人希望液體鏡面望遠(yuǎn)鏡未來(lái)能出現(xiàn)在更遠(yuǎn)的地方。美國(guó)航空航天局正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，看看液體是否可以用來(lái)制作太空望遠(yuǎn)鏡的鏡頭。傳統(tǒng)的太空望遠(yuǎn)鏡鏡頭是用玻璃打磨成的，這也要求很高的工藝。在沒(méi)有重力的太空，任何一團(tuán)液體最終都會(huì)形成一個(gè)完美的球形，這可以用來(lái)制作一個(gè)巨大的鏡頭。在模擬的微重力環(huán)境中測(cè)試時(shí)，液體透鏡已被證明比玻璃透鏡更好，而且制作簡(jiǎn)單。當(dāng)然，這樣的望遠(yuǎn)鏡嚴(yán)格來(lái)說(shuō)應(yīng)該叫“液體鏡頭望遠(yuǎn)鏡”，其原理也跟液體鏡面望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)大不相同。

　　天文學(xué)家最終的夢(mèng)想是在月球上建造一個(gè)巨大的液體鏡面望遠(yuǎn)鏡，以探測(cè)宇宙中的第一代恒星。第一代恒星被認(rèn)為是大爆炸后不久形成的。因?yàn)橛钪媾蛎?，它們距離我們已經(jīng)非常遙遠(yuǎn)，光線非常微弱，甚至前不久升空的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡也不太可能看到它們。要觀測(cè)它們，需要一架鏡面直徑100米以上的太空望遠(yuǎn)鏡。用傳統(tǒng)辦法制造，這實(shí)際上是不可行的，除非把它做成液體鏡面望遠(yuǎn)鏡，并建在月球上。

　　不過(guò)，月球上的液體鏡面望遠(yuǎn)鏡不會(huì)由水銀制成，因?yàn)檫@種金屬密度太大，無(wú)法在月球表面正常工作。一種選擇是離子液體，另一種選擇是一種液體形式的鹽。這兩種液體都具有反射性能好，密度小的優(yōu)點(diǎn)。屆時(shí)，該望遠(yuǎn)鏡將建在月球兩極附近的一個(gè)火山口中，它將把數(shù)據(jù)發(fā)送到月球軌道上的衛(wèi)星。這樣一個(gè)龐大的項(xiàng)目可能需要幾十年的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)。ILMT的建成是朝著實(shí)現(xiàn)這一夢(mèng)想的方向邁出的一大步。