FAST建成！人類有哪些探測太空的巨眼？
宇宙浩瀚，根據大爆炸論的模型，到今天已經 140 億年左右，因此如果我們能看到 140 億光年以外的地方，那麼正好是宇宙誕生初期的狀態。最近剛剛建成的 FAST 射電望遠鏡正是全人類目前最大直徑的射電望遠鏡。包括 FAST 在內，我們觀察宇宙，都有哪些巨眼？
FAST 讓中國占上世界之巔
FAST，其實是五百米直徑球面射電望遠鏡的縮寫（Five hundred meters Aperture Spherical Radio Telescope），沒錯，科學家就這麼直接 …… 後面我們會提到 ELT，其實也是這種縮寫。FAST 的選址非常有意思，位於貴州的喀斯特地貌的窪地裡面，這種窪地有點類似隕石坑，天然就像一個碗，非常適合做射電望遠鏡使用。
直徑 500 米的 FAST 建成，世界最大
依據天然地貌建設，可以節約大量的資金
早在 1994 年，中國的科學界就提出了利用貴州喀斯特天然的地貌環節，可以節約成本建設超大直徑的射電天文望遠鏡。然而到真正的項目立項，已然是 2007 年，FAST 被列為十一五重大科學工程。FAST 的直徑達到了 500 米，觀測的並非可見光，而是電磁波譜中的高頻區域，尤其是中性氫 HI 的波段。FAST 有多個不同頻段的的接收器，用來接收反射回來的電波。在未來幾十年的時間裡，恐怕也不會出現比 FAST 更大的射電天文望遠鏡，而 FAST 雖然是中國投資建設的，但觀測申請則是向全世界開放的，這也是科學界的一種精神。
FAST 的局部，可以看到每個反射板反射到畫面右下的接收器裡面
FAST 的球面直徑達到了 500 米，有效的區域直徑則為 300 米，因為 FAST 的 " 大碗 " 是固定的，不能轉動，因此要觀測某個偏向的區域，就需要底部 4450 個反射板合作，讓 FAST 指向某個區域，這讓 FAST 具有很高的靈活性。雖然底部龐大，但是接收器的面積只有藥片大小，因此對精度的要求極高，這也是這類大型科學儀器的難點所在。雖然 FAST 歸屬中科院國家天文台，但設計建設過程凝聚的是全國多個高校、科研機構的心血。而高精度的設備造假昂貴，所以 FAST 最終上升到了十一五、發改委的層面進行投資建造。
或許有人會問，除了 FAST 還有那些大型的望遠鏡讓我們探索宇宙？
地面最大光線望遠鏡：凱克
地面最大的光學望遠鏡在哪裡？在夏威夷。並且不是一個，是規模一樣的兩個，由於是美國凱克基金會捐資建造的（美國捐贈科研可以抵稅），所以名字也叫做凱克天文望遠鏡。
十米直徑的凱克望遠鏡
凱克建造的時間不短，但是直到今天，依舊是世界最大的天文望遠鏡，直徑達 10 米。在光學原理上，凱克是反射式望遠鏡，十米是反射鏡的直徑。如果十米是一整塊玻璃，自重會非常恐怖，並且隨著移動自重的作用下難以保持完美的反射曲面，因此凱克的主鏡是幾十個小鏡片組成的，在觀測的時候，鏡片後面的感測器能夠進行每秒兩次的調整，讓整個鏡片陣列儘可能的接近理想的曲線。
兩個凱克望遠鏡相距 85 米
主動光學技術的兩個望遠鏡觀測同一目標，要射出兩道激光對準同一區域
凱克是兩個 10 米級別的望遠鏡，兩個都位於夏威夷海拔 4200 米的莫納克亞山上，凱克 1 建成於 1991 年，凱克 2 建成於 1996 年，兩個望遠鏡距離 85 米，因此在 2001 年配置了干涉儀之後，有了等效 85 米的直徑。
太空最大光學望遠鏡：哈勃
在地球上觀測天體，要透過一層厚厚的大氣層，有點類似於隔著毛玻璃看太空，因此對觀測環境要求很高，在凱克望遠鏡的旁邊，還有幾架大型光學望遠鏡，就是因為夏威夷低緯度、高海拔空氣稀薄，又在雲層之上，有利於觀測。如果把望遠鏡架設在太空，是不是就更好？是的，這個構想及實現就是哈勃太空望遠鏡（Hubble Space Telescope，HST）。
哈勃太空望遠鏡
受到太空發射條件的制約，哈勃不可能很大。而根據理論計算，在太空中，只要 2.5 米的直徑就能達到衍射極限 1 角秒，實際上 HST 的口徑是 2.4 米。關於 HST 的故事可以寫厚厚一本書，比如發射推遲、項目嚴重超預算、比如發射之後發現主鏡精度有問題，進行過更換等等。
90 年代 HST 第一次傳回高清晰圖像的時候震驚的是全世界而不是科學界
最重要的還是 HST 在修復之後的貢獻。HST 是一個超期服役的太空望遠鏡，在過去 20 多年的時間內，HST 為人類貢獻了有史以來最清晰的可見光天文圖像，這些圖像不僅僅是科學界，對於普通大眾來說這些圖像帶來的震撼讓人們對宇宙的浩瀚有了更多的感悟，讓更多的人走向了科學研究的道路。
2009 年哈勃進行了最後的修理和替換零件，剩下的就靠科學家們的運氣了，希望能服役更久
開普勒太空望遠鏡更多的是尋找宜居星球
遺憾的是，哈勃已然超期服役了，但是在未來很長世間都沒有這種可見光波段大型空間望遠鏡的計劃。目前在天上的開普勒太空望遠鏡更多的作用是尋找地外行星，目前很多公眾號的 "XX 星座發現新的宜居行星 "，都是開普勒太空望遠鏡的功勞。
詹姆斯韋伯太空望遠鏡
如果計劃順利，那麼詹姆斯韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope，JWST）應該已經在天上工作 5 年了。事實上是它最快也要 2018 年才能發射升空了。JWST 將是人類有史以來最大的太空望遠鏡，展開之後直接由 6.5 米，由 18 個鏡片拼合而成，每個鏡片表明的精度在 10 納米左右。
太空中展開的 JWST
成年人、HST 主鏡與 JWST 的大小對比，更形象一些
與 HST 觀測目標主要是可見光波段不同，JWST 觀測的波段主要是紅外波段，希望在這裡能找到宇宙大爆炸早期的證據。HST 被修理過，是因為它的軌道很低，只有 600 公里，而 JWST 則不一樣，被放在了第二拉格朗日點上，距離地球有 150 萬公里之遠，也正因為如此，它不需要像哈勃那樣由於軌道低需要頻繁的挑戰，進而能夠進行長期穩定的工作。
JWST 比 HST 看的更遠，有望給我們帶來宇宙早期的圖像
上圖是 JWST 能力的展示，它的高精度有希望觀測到宇宙極早期，也就是大爆炸發生 200 萬年之後的宇宙狀態，這樣能更加豐富宇宙的模型，用實踐來指導人們對於宇宙的認知，畢竟我們現在還太過渺小、太過無知。
未來大型望遠鏡計劃
JWST 已經是板上釘釘的事情，只待發射。但是科學界並不滿足，尤其是地面的大型光學望遠鏡，因為哈勃即將退役，可見光波段的太空望遠鏡只能靠新的望遠鏡的出現才能接替哈勃，甚至具有超越哈勃的精度，但是這也要求未來的望遠鏡的體積更大、更誇張。
現役及計劃中的大型望遠鏡
上面的圖就是既有的望遠鏡與計劃中的極大望遠鏡（Extreme Large Telescope，ELT）的對比，直徑 40 米的歐洲極大望遠鏡 E-ELT 是最大的，40 米的直徑相當於一個籃球場更大的主鏡要保持高精度的對準太空。當然還有美國的 30 米望遠鏡 TMT、25 米的巨型麥哲倫望遠鏡等等。
左邊是計劃中的 E-ELT，右邊是羅馬斗獸場，可見 E-ELT 有多大
按照原先的計劃，這些望遠鏡到 2018 年應該已經使用了，但現在還在爭論，背後的原因都是兩個字：沒錢。建造這些設備的成本實在是太昂貴了，比如歐洲的那個，預算就 10 億歐元以上，一旦建造開始，就不可能不超支，最終建完 20 億歐元都是很謹慎的估計。很多選址確定以後就是無休止的口水仗：要不要把錢花在這些昂貴的科學設備上，這種口水仗一直可以打到國會這種國家最高權力機構。
伽利略的第一個望遠鏡，發現了木星衛星、土星光環
中國 FAST 的建成讓我們的大型科學儀器走在了世界之巔。而在未來，中國應該也會發射自己的太空望遠鏡，並且憑藉後發的優勢超越前面的哈勃，成為人類探索宇宙的心的力。遙想當年伽利略第一次觀測木星的時候，望遠鏡口鏡只有 4.2 厘米，幾百年後我們的科技已經能夠將直徑幾米的望遠鏡送上太空，我們的前途是星辰大海 ……
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