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科普纵览
欧洲极大望远镜:巨眼观宇宙
发布时间:2017-6-7  来源:科技日报  【字体大小:

      南半球,海拔3000多米,沙漠山顶,一只“巨眼”要从这里仰望太空。

  5月26日,欧洲极大望远镜(E-ELT)在智利北部开工建造,这是世界上最大的光学望远镜,其主镜口径39.3米,比一个篮球场还要长。

  它让人类看到更清晰的宇宙,E-ELT项目负责人蒂姆·德泽乌说:“现有望远镜与E-ELT之间的差距,好像伽利略以自己的裸眼与望远镜相比那么大。”

  让蒂姆如此自信的“巨眼”能“看”什么?怎么建?该怎么把比篮球场还大的主镜装上?又配备了哪些先进的科学重器呢?科技日报记者专访了中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所副研究员白华。

  主镜、副镜、变形镜,镜镜都不简单

  在美国亚利桑那大学有一个镜面实验室,它是世界上唯一能做出口径8.417米光学望远镜镜片的地方,“这是目前单镜面望远镜有口径极限。”白华说。

  如果8.417米是单镜片的极限,那么E-ELT的39.3米主镜又是如何得到呢?“它是由小镜子拼接完成的,”白华说,由于拼接主动光学技术的诞生和发展,原理上并不存在口径极限。“本身E-ELT的雏形为100米望远镜,提交计划时主镜口径42米,后因经费问题缩减到39.3米。”

  据了解,总投资10.55亿欧元的E-ELT约40%预算都花在了镜片上。除了由798面六角形的小镜片拼接而成的主镜,还有4块尺寸不小的镜片。

  “拼接主镜的子镜口径1.4米,为了让E-ELT镜筒尽可能短,主镜采用了快焦比设计。这个设计中,主镜的焦距和主镜直径大致相等,这直接造成了主镜的子镜加工难度大,”白华介绍。

  近800面镜片的拼接将异常繁琐,那么,既然有8米的镜片,为什么不用较大的子镜拼接成主镜呢?

  “成本和吊装难度是一个原因,1.4米的子镜欧洲、俄罗斯、中国等很多国家都可以做,成本会下降不少,”白华介绍,另一个重要原因是,镜片口径超过6米之后,镜面会受自身重力的影响,产生形变,如果校正这个形变,E-ELT系统将更加复杂。

  主镜之外,自适应变形镜同样不易获得。“自适应变形镜口径为2.3米,目前世界上已成功研制的最大的自适应镜面口径为1.2米,是装配在欧洲南方天文台的VLT望远镜的自适应副镜。”白华说,“要将变形镜口径突破性地增加,我认为这一点是E-ELT建造上最困难的一点。”

  检测、调试、校准,与生俱来的“强迫症”

  包裹在望远镜之外的圆顶直径将达到85米,整个望远镜平台,包括镜面与桁架结构,重达3000吨,这个庞然大物需要在水平面静静地稳定旋转360°。

  798块子镜拼接成一体,每块子镜都要保持最好的状态。

  ……

  这些几近苛责的需求,使得E-ELT能够尽情施展自己的“光年眼”。要达成这些需求,完成微米不差的设计建造,必须“强迫症”式的反复检测、调试、校准,它们将成为未来7年的建造工作日常。

  建造过程中最不容有失的部分将是主镜的拼接。“安装镜面时将进行粗调和精调,用波前传感器检测、促动器调整,采用拼接主动光学技术达成对镜面的调控和校正。”白华介绍,拼接主动光学技术在国际上属于成熟技术,有多台8-10米望远镜采用了这项技术,例如Keck望远镜,GEMINI望远镜等。

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