液體鏡面望遠鏡，開始張望宇宙

　　一架獨特的帶有液體鏡面的望遠鏡，終于對宇宙睜開了它的眼睛。這一創新設計為在月球上建造同類望遠鏡鋪平了道路。

　　在印度北部北阿坎德邦境內的喜馬拉雅山麓，矗立著一座建筑。這座建筑沒有屋頂，里面仰面躺著一口直徑4米長的拋物形“大鍋”，直直地對準天頂。對天文略有所知的人一眼就能認出，這是一架天文望遠鏡，拋物面是用來聚焦光線的。但是，倘若他們湊到“鍋沿”看一看，定會大吃一驚。他們會看到“鍋底”盛著亮閃閃的液體——水銀。到了夜里，當裝置開始工作的時候，他們還會看到，整個“鍋”轉動起來，越轉越快，最后穩定在一個轉速。“鍋底”的水銀也隨著轉動慢慢爬上“鍋壁”，直至覆蓋了整個拋物形的“鍋面”。

　　你好，歡迎來參觀國際液態鏡望遠鏡(ILMT)!液體鏡面望遠鏡是一種獨特的望遠鏡，其鏡面覆蓋著液體。它利用反射性極好的液體來收集天空中的光線，ILMT是目前同類天文望遠鏡中面積最大的一個。

　　那么，為什么要制造這么奇怪的天文望遠鏡呢?它又是如何工作的?

　傳統固體鏡面望遠鏡的缺點

　　我們知道，一個遙遠天體發出的光線，能到達地球的，基本上可以視為平行光，因為假如它們不足夠平行的話，從如此遙遠的距離出發，早就發散開了，不可能剛好都能抵達地球上。望遠鏡的作用就是盡可能多地把這些光線收集起來，收集越多，圖像就越清晰。

　　那么，望遠鏡是怎么收集光線的呢?最常見的辦法是做一個拋物形的鏡面。我們從解析幾何中知道，所有照射到拋物面上的平行光，經反射后，都將聚焦于一點。所以，一架功能強大的望遠鏡，為了盡可能多地收集光線，鏡面要做得盡可能大，盡可能光滑。

　　傳統的固體鏡面望遠鏡一般用鍍金屬的玻璃做鏡面。但工藝上面臨以下兩個難題：首先，當鏡面很大時，不得不分解成很多塊，每塊單獨制造，最后組裝成一個整體。這對組裝的精度要求非常高。其次，鏡子的表面必須打磨得異常光滑，凹凸不平的程度需要降到光波長的幾分之一。這對打磨的工藝也提出了非常高的要求。

　　所以，一般來說，制造一架大型固體鏡面望遠鏡，成本是非常高昂的，而液體鏡面望遠鏡可以極大地降低成本。

　　液體鏡面望遠鏡是如何工作的

　　液體鏡面望遠鏡的概念出奇的簡單。盛一桶水，當你讓它沿著一根垂直的軸轉動起來，你會看到中心會凹陷下去，邊沿會涌上來。學過物理的人會知道，當水桶均速轉動時，水的凹面可以形成一個理想的拋物面。所以，只要我們用一種反射性能良好的液體，并通過一個非常精確的控制系統來旋轉它，它就能將光線聚焦，作為一架望遠鏡使。

　　這樣的望遠鏡可以克服固體鏡面望遠鏡的主要缺點。借助液體的流動性，表面的任何凹凸都能自動得到修復。原則上，液體盛在任何形狀的容器里，只要勻速轉動，都能形成拋物形的表面，所以這樣的望遠鏡對容器的形狀不敏感。

　　在實踐中，一般用反射性極好的液態金屬水銀作為液體(也可以選用低熔點的鎵合金)，而為了減少水銀的用量，會把鏡面盡可能制成拋物面，但因為對拋物面的要求不高，所以液體鏡面望遠鏡的制造成本只及傳統光學望遠鏡的1%。譬如，直徑4米的ILMT，造價約200萬美元，而它旁邊一架直徑3.6米的傳統光學望遠鏡，造價為1700萬美元。

　　不過，普通望遠鏡可以指向不同的方向觀測，而液體鏡面望遠鏡則不同，它只能觀測頭頂上的那片天空(當然，由于地球的公轉和自轉，這片天區的天象一年中也在緩慢變化)，天文學家稱之為“天頂”。這是液體鏡面望遠鏡的一個嚴重缺陷，因為沒有辦法瞄準特定的天體。差堪安慰的是，天頂是入射光線穿過地球大氣層最薄的地方，透明度最好，所以也是望遠鏡成像質量最好的。ILMT除了面積最大，另一個優勢是，它緊挨著印度最大的光學望遠鏡。如果天文學家通過ILMT發現了一些有趣的東西，他們就可以用另一架望遠鏡進行跟蹤。

　　為了確保液體鏡面絕對光滑，液體鏡面望遠鏡需要在無風無雨的環境下工作，因為風雨會把液體鏡面弄皺，影響成像質量。所以ILMT是建在用高墻圍起來的室內的，只有屋頂敞開;而且，到了印度的季風季節，即每年的7至10月份，還會停下來休息。

　　把液體鏡面望遠鏡建到月球上

　　自ILMT投入使用以來，迄今為止觀測的都是已知的天體。天文學家當然希望它能發現一些全新的東西。但要做到這一點，它還有很多事情要做。如果它被證明是成功的，世界其他地方將會興建更大的同類望遠鏡。

　　許多人希望液體鏡面望遠鏡未來能出現在更遠的地方。美國航空航天局正在進行實驗，看看液體是否可以用來制作太空望遠鏡的鏡頭。傳統的太空望遠鏡鏡頭是用玻璃打磨成的，這也要求很高的工藝。在沒有重力的太空，任何一團液體最終都會形成一個完美的球形，這可以用來制作一個巨大的鏡頭。在模擬的微重力環境中測試時，液體透鏡已被證明比玻璃透鏡更好，而且制作簡單。當然，這樣的望遠鏡嚴格來說應該叫“液體鏡頭望遠鏡”，其原理也跟液體鏡面望遠鏡已經大不相同。

　　天文學家最終的夢想是在月球上建造一個巨大的液體鏡面望遠鏡，以探測宇宙中的第一代恒星。第一代恒星被認為是大爆炸后不久形成的。因為宇宙膨脹，它們距離我們已經非常遙遠，光線非常微弱，甚至前不久升空的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡也不太可能看到它們。要觀測它們，需要一架鏡面直徑100米以上的太空望遠鏡。用傳統辦法制造，這實際上是不可行的，除非把它做成液體鏡面望遠鏡，并建在月球上。

　　不過，月球上的液體鏡面望遠鏡不會由水銀制成，因為這種金屬密度太大，無法在月球表面正常工作。一種選擇是離子液體，另一種選擇是一種液體形式的鹽。這兩種液體都具有反射性能好，密度小的優點。屆時，該望遠鏡將建在月球兩極附近的一個火山口中，它將把數據發送到月球軌道上的衛星。這樣一個龐大的項目可能需要幾十年的時間才能實現。ILMT的建成是朝著實現這一夢想的方向邁出的一大步。