最近有关宇宙的话题比较热门，原因有两个：首先，电影《Interstellar》口碑和票房都大获成功。其次，欧洲航天局的探测船“罗塞塔”号（Rosetta）携带的“菲莱”号（Philae）探测器在2014年11月12日成功登陆一颗彗星，这是历史上人类探测器首次登陆彗星（图一）。前者的成功让三个名词瞬间火爆：虫洞、黑洞和脑洞。而后者则是一个真实的科技突破。不仅仅是着陆本身，更重要的是人类期望通过对彗星磁场及其表面有机物质同位素的分析，探求太阳系甚至地球生命的起源。遗憾的是由于着陆地点角度不佳，探测器太阳能板无法全面工作。在发回一些照片和磁场数据后，探测器进入休眠状态，下次唤醒可能要等到明年八月了。

图一：Interstellar的“洞”和“菲莱”着陆

本着凑热闹不起哄的原则，笔者今天跟大家聊聊天文望远镜。呵呵，为啥？因为无论是虫洞、黑洞还是其它宇宙探索，都要依靠“天眼”——天文望远镜。说到天文望远镜的类型，NASA（美国国家航空航天局）做了一张很简明的图（图二），举例说明了针对不同电磁波段的天文望远镜。

图二：针对不同电磁波段的天文望远镜

最为大众所熟知的是光学或者叫可见光天文望远镜。就是一般天文台里大球面建筑物里的望远镜。例如紫金山天文台下属的盱眙观测站拥有近地天体望远镜（图三）。

图三：紫金山天文台下属的盱眙观测站的近地天体望远镜

很显然，由于大气层的阻拦，加之日益严重的空气污染，可见光天文望远镜在地球表面的应用越来越受到局限。1990年哈勃(Hubble)太空望远镜入驻地球低轨道，这个2.4米的独眼巨人能够“看到”包括可见光以及可见光两侧的紫外和近红外光（参见图二中哈勃望远镜对应的光谱区）。虽然这是一个昂贵的（美帝估计到哈勃退役，总花销可能达到60亿美金），多灾多难的项目（在过去的24年服役期里，总共进行了四次重大维修）但是它所贡献的科学发现以及公众关注度还是非常成功和不可替代的（图四）。

图四：哈博发布的所谓“深场”太空照，这实际是十年对同一太空区域观测的数据的整合，包含了大概5500个星系，其中有的古老到132亿，接近人们对宇宙的估算年龄－137亿年。

哈勃会在2020年前退休，它的继任者－詹姆斯韦伯太空望远（JamesWebb Space Telescope，JWST，图五）计划于2018年发射，替代哈勃和另一个红外太空望远镜－SpitzerSpace Telescope（这也是个倒霉蛋儿，发射六年后，大部分设备因为没有液氦冷却而停用）。与哈勃不同，JWST是红外望远镜，它也不围绕地球旋转，而是远离地球150万公里背向太阳（这要坏了可咋修啊？）。

图五： JWST和哈勃结构对照：两者都是反射镜面设计，JWST主反射镜直径扩大到6.5米，而且是三镜而非二镜系统。为了保证极低温环境，JWST坐在一个18米长的阳光盾上。

另一大类天文望远镜是射电望远镜（radio telescope)。从图二可以看出这类望远镜收集的是大波长的无线电，分辨率逊于前面介绍的可见光和红外望远镜，所以要靠大口径来弥补。比较著名的是位于波多黎各的阿雷西博（Arecibo）望远镜。由于它是目前最大的单面口径射电望远镜（直径350米）所以深受影视作品喜爱。最著名的包括007系列《黄金眼》和电影《Contact》（图六）。其中《Contact》这部1997改编自同名科幻小说的电影第一次细致表现了虫洞这一概念。目前在中国贵州省平塘县克度镇大窝凼洼地正在建造FAST－Five hundred meter Aperture SphericalTelescope－500米口径球面射电望远镜，预计2016年完工后成为世界之最（图七）。

图六：007系列《黄金眼》和电影《Contact》剧照

图七：FAST最新建设进展（2014年11月更新，不得不说一下这个工程网站做得太寒酸，今天访问改版了，照片都有的打不开了，如此巨资投入，就不能省点儿钱搞搞宣传吗？）

射电望远镜的另一种模式利用所谓干涉原理，组成甚大天线阵（Very Large Array－VLA）。其基本原理是：用相隔两地的两架射电望远镜接收同一天体的无线电波，两束波进行干涉，其等效分辨率最高可以等同于一架口径相当于两地之间距离的单口径射电望远镜。什么，看不懂？其实就是电波的叠加效应，当两个波峰重叠时，信号就加强了。比较有名的天线阵是在美国新墨西哥州的VLA。由27台25米口径的天线组成，是世界上最大的综合孔径射电望远镜。所有天线呈Y形排列，每臂长21公里，组合成的最长基线可达36公里。既然是最大，自然媒体要亲睐。包括上面提到《Contact》，还有电影《独立日》（Independence Day)，《绝世天劫》（Armageddon）都曾在此取景。目前计划中的下一代巨型射电望远镜阵叫作平方公里阵（Square Kilometre Array－SKA），是由多国合作，将在澳大利亚和南非建造上千台天线阵（图八）。

图八：SKA效果图

既然理论上两个射电望远镜离得越远，叠加电波分辨率越高，那为何不建两个超距的望远镜呢？事实上，俄罗斯已经想到并实施了。图二右上角可以找到Spektr-R，这个2011年发射的10米直径的射电望远镜和地球最远距离达到39万公里，比地球和月亮之间的距离还长一点儿。按说这个应该产生大量重要数据，但是由于国际合作终止，目前只有俄罗斯独家经营，产出甚少。其实说到大尺寸，前苏联也是当仁不让。早在1974年前苏联就建成了一个直径近600米设射电望远镜 RATAN－600 （图九）。只不过这个的设计有些不同，无线电波的采集是依靠环形的反射板完成的。虽说从图九看如今设备已经锈迹斑斑，但是它依然在收集信号，产出科研数据。老毛子的东西还真是经造！

图九：Ratan-600

哗哗啦啦地写了这么多，让学生物的笔者几近吐血。然而转头再看图二，居然还有一半的波谱没有涉及。哎，难怪大爆炸理论研究不清，光搞明白这么多望远镜半辈子也过去了。爱因斯坦这个躲在瑞士专利局的毛头小伙（时年24－7岁）原来才是太空垃圾的“罪魁祸首”！哈哈。

无论是紫外线、X光还是伽马射线，在穿越大气层时都损失殆尽，所以一般不适合在地球上观测。唯一例外的是伽马射线。高能立体视野望远镜（HighEnergy Stereoscopic System－HESS）（图二左下角）设置在纳米比亚，实际观察的是伽马射线和大气层接触后的“电子雨”。

最后说一个非传统意义上的“望远镜”。激光干涉引力波天文台（LaserInterferometer Gravitational-Wave Observatory－LIGO, 图十）检测的是所谓引力波。需要两组这种大“L”形状的检测器检测到信号才算。呵呵，听不懂？Albert（爱因斯坦的名字），出来给大家讲讲广义相对论！

图十：LIGO在美国华盛顿州的一个“L”，每个延伸臂长4公里，里面是高真空激光信号。这个基本上就是大海捞针，啥时候激光哆嗦了一下，赶紧看3000公里外的另一个“L”里的激光是不是也哆嗦了，没有的话就是过汽车了，或者。。。地震了！