夫琅和费的望远镜远超伽利略时代,他的大师级作品是9英寸(24厘米)折射式望远镜(图8),比人眼的分辨率强了数百倍。夫琅和费开启了 “巨型折射望远镜时代” (the great refractor era)。各天文台竞相定制夫琅和费的望远镜,就象今天大医院抢购最强的医学成像机一样。可是巨型折射式望远镜时代只延续了70年,口径从1826年的24厘米增加到了1900年的125厘米, 然后就像恐龙一样退出了历史舞台。
这是因为,透镜口径越大镜片越重,由于折射望远镜的镜片中间通光,镜片只能靠其边缘来支持其自身重量。我们在中学时就学过,玻璃是液体而不是固体,自重造成的玻璃变形足以破坏大镜片的成像精度。
反射望远镜的兴起
那么,难道大型望远镜技术的发展就停止在夫琅和费的时代了?当然不是。望远镜有两种类型,折射型和反射型(图8)。折射型就像照相机镜头那样,光从镜片中间通过,再聚焦到眼睛。而反射型是用镜子反射光线来收集光线,聚焦到眼睛。伽利略和夫琅和费的望远镜都是折射型,而现代望远镜大多是反射型的。
图8 望远镜的两种基本类型
反射型式望远镜不再需要让光透过玻璃镜片,而是在玻璃表面镀上金属,像镜子一样反射来光收集光线。虽然镜片还是玻璃,但可以从下面底座上由很多点支撑,这样,即使望远镜做得很大也不会出现镜片因自重而变形的问题。
目前世界最大的光学望远镜是39米口径的欧洲南方天文台极大望远镜(Extremely Large telescope, ELT)。ELT由798块直径140厘米的镜片精确地合成高达39.3米的口径, 采光能力是人眼的一亿倍,分辨率达到0.005弧秒(图9)。这分辨率是啥概念呢?用它看月亮表面,可以看到当年美国登月留在上面的登月舱。可惜,ELT计划了多年,目前尚未建成。
图9 欧洲南半球天文台极大望远镜的想象图。为啥工作的时候旁边要有几束激光呢?因为大气层流动造成其密度不断变化,相当于在望远镜前面加个不完美透镜。用激光可以探测到当前大气的不均匀,可以即时在望远镜的主反射镜下面不同的地方顶一顶,让主反射镜稍微变形,这样就能补偿因大气不均匀造成的分辨率降低