E—ELT：沙漠里的“地球之眼”

李忠東

觀測太空新利器

由歐洲南方天文臺（簡稱 ESO）出資打造的“歐洲極大望遠(yuǎn)鏡”（簡稱E-ELT）如同“地球望向天空的最大的眼睛”，于2017年5月26日在智利阿塔卡馬沙漠海拔3000米的賽魯阿瑪遜斯山上動工建造。按照2012年評估的建造成本，整個工程將耗資10億歐元（約合76.79億元人民幣）。E-ELT項(xiàng)目經(jīng)理羅伯托·塔馬伊表示：“E-ELT將改變我們對于宇宙的理解，它的價(jià)值，就如同400年前出現(xiàn)的伽利略的望遠(yuǎn)鏡一樣?！笨茖W(xué)家們希望，這個被稱作“地球之眼”的宇宙觀測工具可以幫助解答一直以來困擾著人類的問題：宇宙從何處而來？要到什么地方去？生命從哪里來？

在E-ELT開始正式施工之際，智利總統(tǒng)米歇爾·巴切萊特盛贊：在阿塔卡瑪沙漠建造的不僅僅是一臺望遠(yuǎn)鏡，更是科學(xué)技術(shù)能力的最偉大實(shí)例之一，展現(xiàn)了國際合作的巨大潛力。

E-ELT堪稱ESO最具野心的一個項(xiàng)目，是目前在建的最大光學(xué)與近紅外陸基望遠(yuǎn)鏡。光匯集區(qū)域比目前運(yùn)行的所有地基光學(xué)研究望遠(yuǎn)鏡都要大，產(chǎn)生的圖像清晰度是NASA哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的15倍。根據(jù)最近簽署的建造合同，第一階段將在2024年開始配備中紅外成像儀和光譜儀、自適應(yīng)光學(xué)成像儀以及高分辨率光學(xué)和近紅外積分場光譜儀?！癊-ELT的出現(xiàn)不光是天文學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的變革，最終或?qū)氐赘淖內(nèi)祟悓τ钪娴恼J(rèn)知?！?E-ELT項(xiàng)目負(fù)責(zé)人蒂姆·德澤烏幽默地比喻道，“現(xiàn)有的望遠(yuǎn)鏡與E-ELT之間的差距，好像伽利略以自己的裸眼與望遠(yuǎn)鏡相比那么大?！?/p>

E-ELT的主體是個直徑85米的巨大旋轉(zhuǎn)圓頂建筑，如足球場一般大小。質(zhì)量有5000噸，還有望遠(yuǎn)鏡座架和筒體結(jié)構(gòu)，移動質(zhì)量為3000噸。人們從門口走到穹頂?shù)淖罡咛幋蠹s需要半個小時。而“眼球”真正的視物部分則是一面39.3平方米的球面鏡，由近800片六邊形鏡面組成，是當(dāng)前使用的最先進(jìn)望遠(yuǎn)鏡的5倍以上，性能也比現(xiàn)有設(shè)施高好幾個數(shù)量級。E-ELT光學(xué)系統(tǒng)由獨(dú)創(chuàng)的5個鏡面組成，先進(jìn)的自適應(yīng)系統(tǒng)能減少大氣湍流帶來的影響，大幅提高圖像的光學(xué)質(zhì)量。該結(jié)構(gòu)將鋪設(shè)70千米長的電纜，使用3000萬個螺栓，設(shè)計(jì)建造將耗費(fèi)480萬工時。建成后，它將成為世界最大的陸基光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，成為太空觀測工程的里程碑。

ESO介紹道，體積像行星那么大的天體數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人們此前的預(yù)期，但以目前的技術(shù)觀測這些對象仍有難度。而E-ELT的主要目標(biāo)就是將這些天體展現(xiàn)給人類，著力解決各種科學(xué)挑戰(zhàn)，搜索太陽系外可能存在生命的行星。由于口徑大，E-ELT能夠呈現(xiàn)更大的影像，甚至能直接測量那些行星大氣層的性質(zhì)。這項(xiàng)新技術(shù)和新工程對于加速我們在宇宙中尋找外星生命的速度具有重要意義。

探索宇宙更精準(zhǔn)

光學(xué)望遠(yuǎn)鏡是一種用于收集可見光的望遠(yuǎn)鏡，分為折射式望遠(yuǎn)鏡、反射式望遠(yuǎn)鏡和施密特望遠(yuǎn)鏡幾種類型。19世紀(jì)初期天文學(xué)家關(guān)注于天體測量和鄰近恒星的位置測定，折射式望遠(yuǎn)鏡在天文學(xué)界唱主角。隨著時代的演變，天文學(xué)家開始探索銀河系以外的星系，研究整個宇宙的結(jié)構(gòu)，巨無霸的大型反射式望遠(yuǎn)鏡便取代了折射式望遠(yuǎn)鏡的地位。而施密特望遠(yuǎn)鏡能拍攝到許多深遠(yuǎn)微暗的天體照片，天文學(xué)家能按圖索驥地研究探索數(shù)10億光年之遙的宇宙深處。反射式望遠(yuǎn)鏡與施密特望遠(yuǎn)鏡在20世紀(jì)大顯神威，而21世紀(jì)將是無線電電波望遠(yuǎn)鏡的天下。

回顧光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展歷史，可以說走過了輝煌的歷程。但是天文學(xué)家對這些超大光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的精度仍然不滿意，于是決定建造E-ELT。據(jù)報(bào)道，科學(xué)家原來把主鏡直徑定為100米，但后來證明這個想法耗資太大，所以退而求其次，把直徑減至42米。按照這個計(jì)劃，E-ELT的建造工程需要10年，花費(fèi)5億～10億歐元（約合38.39億～76.79億元人民幣）。2011年，設(shè)計(jì)者決定將E-ELT望遠(yuǎn)鏡的主鏡直徑從42米縮小為39.3米，其結(jié)果是敏感度下降13%，可能減少科學(xué)回報(bào)，但是節(jié)省了18%的總成本，使E-ELT如期建成的可能性更大了。

天文望遠(yuǎn)鏡的鏡片越大，能捕捉到的光線就越多，功能就越強(qiáng)大。利用大型望遠(yuǎn)鏡，可以更全面地觀測其他行星表面的狀況?？茖W(xué)家估計(jì)，開工興建的E-ELT可以觀測多達(dá)100個與地球相似的行星，尋找這些行星上是否有生命的跡象。不僅如此，由于光線傳到地球需要時間，因此人類擁有的望遠(yuǎn)鏡倍數(shù)越高，能了解的宇宙就越久遠(yuǎn)。

地基天文學(xué)正在經(jīng)歷從今天大約10米寬的視野向更大視野跨越的征程中，ESO一直難以完全從它的15個成員國那里籌齊E-ELT項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)，因此不得不將一部分組件安裝計(jì)劃延遲到項(xiàng)目第二階段里去。項(xiàng)目第一階段90%的經(jīng)費(fèi)（包括整個望遠(yuǎn)鏡和大部分其他組件）已經(jīng)到賬，項(xiàng)目第二階段的經(jīng)費(fèi)還遙遙無期。但德澤烏深信，E-ELT的建設(shè)將會像一塊磁鐵一樣吸引新的成員加入。

2013年初，英國政府決定向E-ELT投入8800萬英鎊（約合7.02億元人民幣）的建設(shè)資金，以期在這一國際合作項(xiàng)目中占據(jù)主導(dǎo)地位。英國時任大學(xué)與科學(xué)大臣戴維·威利茨指出，英國的出資決定表明了政府對前沿科技的重視，這一投資將確保英國在此國際合作項(xiàng)目中的領(lǐng)導(dǎo)作用，很好地促進(jìn)英國的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)增長，對英國其他領(lǐng)域的研究也將起到很好的帶動作用。