建造世界上解析度最高的望遠鏡

如果洛厄爾天文台的傑拉德·范·貝爾（Gerard van Belle）找到了自己的方式，你很快就會看到一顆系外行星穿過它的恆星面，距地球數百光年。他現在無法向您展示，但他應該能夠在亞利桑那州北部的海軍精密光學干涉儀上安裝新鏡子。他們現在到了，應該很快開始收集星光 - 並使其成為世界上解析度最高的光學望遠鏡。

Van Belle最近在巨大的儀器周圍展示了Ars，它與非天文學家在聽到「望遠鏡」這個詞時幾乎沒有任何相似之處。現場有一些更為傳統的望遠鏡在穹頂頂部的筒倉中，包括一個內置的20世紀20年代在俄亥俄州，它度過了生命的最初幾十年。

要大了

在這些傳統示波器上改善圖像的最佳方法是增加鏡子捕捉光線的直徑。但這有它的極限 - 完美的鏡子只能建造得那麼大。

夏威夷的凱克望遠鏡通過建造一個由許多較小的六角形鏡子組成的10米鏡子推動了邊界。韋克的工作原理是因為望遠鏡的唯一要求，van Belle解釋說，每一縷天體光都必須傳播完全相同的距離，即使它撞擊望遠鏡的主鏡，也會在望遠鏡的鼻子處從較小的次鏡反彈，到達相機。無論光線照射到硬體上，每條可能的彈跳路徑都必須長度在50 納米以內 - 只是人類頭髮寬度的千分之一。

更大的鏡子有兩個優點：它可以捕獲更多的光線（使較暗的物體可見），併產生更高解析度的圖像。如果你放棄了第一個優勢，你可以通過在相當遠的距離上布置一些小鏡子來全力以赴。總的鏡面面積（因此光線收集）不會那麼大，但陣列的巨大直徑將解析度提高到11。

這是海軍精密光學干涉儀背後的原理，這是一種Y形裝置，功能直徑達430米。三個真空抽空管沿著「Y」的每個臂運行，能夠將望遠鏡的光線傳送到中心。在不同的點上，一個5英寸的望遠鏡鏡子將星光反射到一個被稱為「蜥蜴頭」的圓柱體上。將其重定向到其中一個管子。目前，該儀器一次最多可與六個鏡子配合使用，在「變焦」配置下總長度為100米，或者在「廣角」模式下擁抱中心。

這是它開始變得棘手的地方。它仍然具有擊球相機之前，是真實的，擊中所有這些反射鏡的光傳播相同的距離（到在50個納米）。這對硬體來說有點棘手 - 如果Y的一個臂上有兩個鏡子，一個顯然遠離中心。但天空本身也帶來了其他挑戰。當恆星出現在地平線上時，它們的光必須穿過陣列才能擊中遠端的鏡子。必須採取措施才能非常精確地同步所有這些光線。

一系列管

這就是為什麼有一系列額外的管子從建築物中延伸出來的相機。鏡子被放置在每個管子的不同位置，以使具有較短路線的光線運行額外的一圈，可以這麼說。在建築物內部，有第二組微調管，以提高精度，完成相同的任務。在每個管內，鏡子位於可移動的推車上。在推車上，還有三個級別的調整：推車上的槓桿臂，槓桿臂上的音圈（如揚聲器驅動器），以及音圈上的微小膨脹壓電晶體。最終結果是所有光路都可以撥入甚至小於50nm的要求。

經過適當調整後，燈光就可以滿足相機了。但是，如果你期望看到一個簡單的小電子盒子卡在這些管子的末端（就像我一樣），你就會離開。相反，你進入一個氣候控制的房間，在學生離開後就像一個大學物理課堂。管穿過牆壁進入...結束。光線射向開放的房間。桌子上擺放著一系列令人難以置信的手工大小的鏡子（稱為「開關站」），將燈光重新導向房間一側的封閉式桌子，該桌子本身可以保持Tinkertoy排列的鏡子，分光窗格和稜鏡。在這裡，來自各種反射鏡的光被組合併擺弄，最後沿著光纖電纜行進到達下一個房間中的圖像捕獲感測器。

公平地說，這個特殊的設置即將被一個稍微複雜一點的現代化版本所取代。每條線路中仍然有幾個鏡子，但是它們將饋入連接到類似集成電路晶元的精密光纖線路，該集成電路晶元執行當前相機台的所有功能，僅用於微型。其背後是為醫學設計的新型現成相機。「所有這些技術都來自天文學，進入乳房X線照片的醫學成像，進行熒光顯微鏡檢查，」van Belle解釋說。「它已全部商業化，因此現在很容易使用。它附帶軟體！「

就像這個大規模的裝置一樣瘋狂，它已經有20年的魅力了。但實際上它並沒有被用於完全潛在的解析度 - 將望遠鏡放在每隻手臂的兩端 - 因為在如此高的解析度下唯一值得看的東西太暗，不能被目前使用的5英寸鏡子捕獲。

不大，但更大

隨著已經開始到來的升級，這種情況即將發生變化。正在安裝三台40英寸望遠鏡，這將使所收集的光量增加50倍。每台新望遠鏡都安裝在拖車上，使其能夠更容易地在不同位置之間移動。燈光將像現在一樣彈回真空管中，無需其他更改。

但你問這個望遠鏡用的是什麼？美國海軍對該設施的興趣在於非常精確地對物體的位置進行編目。雖然海軍艦艇不再完全跟隨北極星，但世界上的GPS導航仍然部分依賴於恆星。星形定義用於精確定位GPS衛星位置的參考系，以便它們的信號可以準確地告訴您自己的位置。

天文學家利用了海軍的利益。洛厄爾天文台的科學家們用這台望遠鏡研究了附近恆星的表面。新鏡子帶來了新的可能性。「我真的想做的事情，那就是，只是一種令人興奮的事情......」van Belle咧嘴笑著說道。「我們在其他恆星周圍發現了越來越多的行星，其中一些行星排成一列，所以它們在主人和我們之間傳遞，我們實際上可以製作一部關於另一個世界的影子的電影。這不是很成像地球表面，但你知道，你基本上看「不是行星」，這是一種很酷「。

它們還能夠進一步推進恆星形成的行星恆星系統。天文學家已經成像了一些這些旋轉的塵埃和聚集嬰兒行星的圓盤，但我們無法弄清楚太多的細節。在這些望遠鏡使用的波長下，我們實際上只能看到這些磁碟的冷外圍。隨著新的更大的鏡子，范貝爾和他的同事們應該能夠看到盤中較溫暖的部分，那裡可能存在液態水並且可能形成行星。

畢竟，這是遊戲在天文學中的表現：建立一個更好的望遠鏡，看看你夢寐以求的下一層事。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！