光学望远镜的新视野

光學望遠鏡陣列的新視野
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文／知識通訊評論】

光學天文學家利用干涉測量技術，大大增強了地面光學天文望遠鏡的觀星能力，也給光學天文觀測帶來一個的全新局面。


在威爾森山頂的松林間，有六個圓頂建築居高臨下俯望著洛杉磯。這六個半球形建築內，各有一架直徑一公尺的望遠鏡，這些望遠鏡的規模，遠不及地面其他的大型望遠鏡以及太空望遠鏡，不過當六架望遠鏡結合為一時，它產生的解析度，令其他望遠鏡瞠乎其後。


於山頂上呈Ｙ形排列的六具望遠鏡，是「高角解析度天文中心」（Center for High Angular Resolution Astronomy， CHARA)的一部分。望遠鏡收集的光線穿越真空管，最後以干涉測量法整合在中央貯光設施。將相距遙遠的光束結合為一，賦予CHARA相當於架設一具有三百三十公尺鏡面望遠鏡的高度解析能力，換句話說，它的解析度是哈伯太空望遠的五十倍有餘，CHARA因此可將星體的表面觀測的一清二楚，而其他望遠鏡，看到這些星體只有如模糊的光點。


無線電天文學家利用干涉測量法，已經有半個多世紀，然而光學天文學家卻落於其後。如今，光學干涉測量法正迎頭趕上，數個天文台更是成績斐然。去年底，CHARA的團隊，發現差不多和太陽系一樣寬的一個星塵盤，緩慢移至一個巨大的舊恆星前方，遮蔽住它的光芒。這讓天文學家喜出望外，他們捕捉到的，是一個食雙星系（eclipsing binary system）的直接影像，而它的形成百餘年來一直是個謎。報告的共同作者，科羅拉多州丹佛大學天文學家史坦塞爾（Robert Stencel）興奮指出，光學天文學總算邁入無線電天文學已有數十年基礎的領域。


從一開始，比起光學天文觀測者，無線天文學家即享有數項優勢。地球的大氣不會造成無線電波模糊，對波長較短的光束卻會。從分散碟形天線收集的無線電訊號，可以數位化後，透過電子傳輸，重新整合成干涉模式，這是高解析影像的基礎。由於操作容易，無線天文學家可輕鬆將全球的碟形天線資料整合使用，以廣如地球的基線，創造虛擬的望遠鏡陣列。


光學干涉法卻無法如此，天文學家必須以奈米的精準度，引導微弱的光束穿越地道，並且即時地完成光束的整合。他們還必須利用名為調適光學（adaptive optics）的複雜技術，抵消大氣的模糊效應。由於多數的光學陣列使用的是較小的望遠鏡，光是收集足夠的光線已是難事，而光線不足也導致研究對象受限，僅能選擇附近的明亮恆星。


技術優勢


儘管障礙重重，光學干涉測量法還是讓天文學家對星體有了新的視野，包括雙星系如何彼此交換質量，恆星旋轉時如何產生膨脹等。現在，科學家正在研究兩個以上望遠鏡光束的結合技術。多光束不僅可提高資料收集效率，捕捉更多的光子加以使用，還可對資料進行交叉查對，讓以干涉模式建立影像的工作簡單化。CHARA已在二○○七年首度公開整合四光束的技術，明年計畫同時記錄六道光束的成果。


光學天文學的進步讓一度窒礙難行的實驗變成例行作業，也讓本身並非干涉測量法專家的天文學家有了全新體驗。智利歐洲南天天文台的超大望遠鏡干涉陣列（VLTI)干涉法小組負責人戴普蘭克（Francoise Delplancke）形容，此刻的天文學家已是光學干涉法的「常用者」。光學干涉法的科學論文也開始暴增，一九九九年僅有九份，去年增至五十六份，半數來自歐洲全力贊助的VLTI。


相較之下，美國設施獲得的贊助較無組織與零碎。CHARA是國家科學基金會提供金援，由大學主持的研究。CHARA的潛在對手，新墨西哥州馬達林納嶺天文台因為經費無著而進度落後。在夏威夷的兩具直徑十公尺凱克望遠鏡，是以美國太空總署的資金運作。這兩具凱克望遠鏡，若是另外四到六具小的「外圍」望遠鏡支援，能力可望大增，甚至可與VLTI一較長短。可惜，這項附屬計畫胎死腹中。文化與環境的疑慮，導致在毛納基峰興建新望遠鏡的計畫於二○○六年喊停。

不過，不是人人都對毛納基峰的計畫死心，該峰擁有全球密度最高的天文台群。巴黎天文台以及夏威夷奈米弧度天文學光學陣列（OHANA）的主要研究員培林（Guy Perrin），正在整合毛納基峰上的七大望遠鏡，讓它成為具有八百公尺基線的陣列。為證明它可行，培林已以不顯眼的光纖，將兩個凱克望遠鏡的光束整合為一，科學家若能使用光纖，即不須地道連結望遠鏡。


在毛納基峰上接受訪問時，培林正忙於第二階段工作，以光纖將雙子北座望遠鏡（Gemini North）與位於夏威夷大島的加拿大、法國與夏威夷望遠鏡相銜接。培林也協助智利的VLTI，發展整合光學，將光束有效地在極小的矽晶片上進行整合，不再仰賴龐大且複雜的設施完成這項工作。


雖然科技仍是OHANA計畫的一大障礙，培林指出，更困難的，是說服毛納基山的所有天文台同時提供他們寶貴的天文台時間。培林說，要說服這些望遠鏡背後的組織，須先證明干涉測量法是當今的顯學。

未来射电望远镜阵列

看上去真壮观！

学习学习，再学习。

若光学望远镜也能方便的和射电望远镜一样组成阵列，真是了不得的突破啊

晃眼一看射电望远镜阵列，好像牛羊成群。。。。。。。。。

看了他，你手里的镜子都赶紧卖了吧。。。。。。。

就怕我们接收到的信息，全都是……全息投影