科技史上的今天 | 1609·8·21人类第一架天文望远镜诞生

自古以来，人类对于遥远星空的探索从未停歇。望远镜，作为观测遥远天体的利器，其发展历程不仅见证了人类对宇宙认知的逐步深化，也体现了科技文明的辉煌进步。1609年8月21日，意大利科学家伽利略发明了第一架天文望远镜，为天文学的发展带来了革命性的变化。从最早的光学望远镜到现代的空间望远镜，这一历程不仅见证了人类对宇宙的认识不断深入，同时也展现了科技发展的巨大力量。

◆古代望远镜的萌芽

早在公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德就提出了使用凸透镜来放大物体的方法，这为望远镜的诞生埋下了伏笔。1608年，一位荷兰的眼镜制造商汉斯·利伯希首先开创了这一伟大发明。他在商店前看到两个小孩正通过前后两块透镜看远处教堂上的风标，于是他也开始尝试，发现用两片眼镜镜片观察时，远处的风标被放大了许多，于是尝试将两个镜片组装在一起，用一根管子作为骨架，经过多次实验，最终成功组装出了历史上第一架望远镜，他的这一发明被广泛认为是现代望远镜的起源。

1609年，意大利天文学家伽利略·伽利雷对望远镜进行了改进，他使用凸透镜代替了凹透镜，制作了长约1.2米、口径约4厘米的折射望远镜，能将物体放大20倍到30倍左右，使其具有更高的放大倍数和更好的成像质量，让观察图像更加清晰。伽利略总共制造了大约30架望远镜，其中有10架都用于天空观测。他将其用于科学地观测月球表面，实现了人类首次对月球的科学观测，在这之后，依靠自制设备开展了太阳系的系统性研究，伽利略对金星位相变化、木星的4颗卫星和太阳黑子等现象进行了详细的记述，为哥白尼“日心说”找到了事实依据，为了纪念这个发现，人们将4个比较大的木星卫星命名为“伽利略卫星”。

伽利略的望远镜也被认为是世界上第一台天文望远镜，为天文学的发展带来了革命性的变化。

◆近代望远镜的崛起

1668年，牛顿制造了世界上第一台反射式望远镜，这台望远镜口径为25毫米，主镜采用球面镜。这台望远镜虽然性能并不能称得上良好，但以反射镜替代折射镜却可以称得上是一个巨大的进步。

然而，因为球面镜带来的球差非常严重，而抛物面加工困难，所以反射式望远镜在其诞生的100年内并没有太多发展。18世纪的工业革命为其带来了制造技术的保证，1773年，英国天文学家威廉·赫歇尔制作了一台口径达1300毫米的反射式望远镜，并用这台望远镜于1781年首先发现了天王星。与牛顿式不同的是，这台被戏称为“大炮”的望远镜省去了反射副镜，主反射镜倾斜放置，需要观测者站在高高的镜筒口俯视。赫歇尔一生亲手磨制了400多个镜面，记录下117600颗恒星的数据，并尝试描述出了银河系的结构。可以说，是他对制镜技术的执着将人类带入了恒星天文学的年代。

进入20世纪，反射式望远镜迎来了它的黄金年代。1908年落成的威尔逊山望远镜口径达到1.5米，1917年投入使用的胡克望远镜口径达2.5米，1948年投入使用的海尔望远镜口径已达到5米。

相比于反射望远镜的迅速发展，折射镜作为先产生的望远镜类型，由于大尺寸透镜的加工难度，而发展较为缓慢。直到1757年，法国化学家杜隆建立了初步的色差理论，提出并制造了消色差透镜，折射式望远镜才迎来了它的又一飞速发展的历史阶段。折射望远镜的代表是1897年建成的，世界上最大的折射式望远镜--口径达1.02米的叶凯士望远镜。然而，自叶凯士望远镜以后，折射望远镜的发展似乎已达到极限，因为透镜越大、越重，就越容易从中央凹陷变形，久而久之会影响观测质量。

◆现代望远镜的黄金时代

近40年是天文望远镜发展的黄金年代，各式各样种类繁多功能各异的望远镜纷纷被投入使用。

如今望远镜已突破了可见光波段的藩篱，迈向全波段的观测。从伽马波段的“悟空”，到可见光与近红外波段的地基望远镜凯克和天基望远镜哈勃，再到射电波段的“天眼”（FAST）。同时，望远镜的功能也极大丰富了，而不是仅限于过去的图像摄影分析。现代的可见光与近红外望远镜从功能上主要分为三大类，第一类是以8.2米口径的甚大望远镜为代表的通用型望远镜，第二类是以8.4米口径的大型综合巡天望远镜（LSST）为代表的大型图像巡天望远镜，第三类是以4米口径的郭守敬望远镜（LAMOST）为代表的光谱巡天望远镜。

现代望远镜中，许多望远镜为我们提供了宝贵的观测数据，极大促进了天文学，宇宙学和物理学的发展。其中的数个望远镜更是科学发展史上的里程碑。帕洛玛海尔望远镜是世界上第一个口径突破3米的现代科学望远镜，口径达到5米，它于1930年开始兴建，1948年建成，它的数据帮助人们破解了重元素的产生之谜。它至今仍处于工作状态。斯隆数字巡天望远镜是目前世界上科学成果产量最丰富的望远镜项目，它兴建于1986年，建成于1998年，虽然该望远镜的口径只有2.5米，但它的数据产生了近9000篇论文，共计47万余次引用。它至今仍在产出丰富的数据以供天文学家们探寻宇宙奥秘。

哈勃太空望远镜是人类历史上第一台太空天文望远镜，它突破了大气层对于观测的阻碍，将人类望远镜的分辨能力第一次提升至衍射极限，大大丰富了人类对于宇宙的认知。1990年4月24日，哈勃太空望远镜随“发现号”航天飞机升空，随后进入距地600公里的环绕轨道。哈勃太空望远镜的光学部分采用卡塞格林式反射系统，由两个双曲面反射镜组成，主镜口径2.4米，副镜口径0.4米。光线从主镜反射到副镜，再射向主镜的中心孔达到主镜焦面上成像，经精密仪器处理后，数据通过中继卫星发回地面。

由于没有了大气层的干扰，哈勃可观测到的距离是地面最强的海尔望远镜的7倍，可探测的宇宙空间是其350倍，图像清晰度也可以达到地上观测的10倍。哈勃望远镜向地球发回超深空视场的影像，帮助解决了长期困扰天文学家的许多基本问题，包括推算出哈勃常数，将宇宙年龄确定为137亿年。

综合自《华中天文》《观天巨眼》、光明网