（要闻）仰望苍穹，大“眼睛”有大本事

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做一件事，准备很重要。 大口径天文望远镜一直是天文学家努力追求的利器 最近，好消息来自长春 中科院长春光机所承担的“4米高精度碳化硅非球面镜集成制造系统”项目通过验收 验收专家组认为，该项目已形成大直径系列镜的开发能力，是中国大直径光学制造领域的重大技术突破 这意味着中国的深空探测、天文观测系统和空地球观测将来可能使用更大直径的国产核心部件——光学镜 那么，大口径望远镜对于天文观测意味着什么？镜面晶体有不同的材料可供选择。它们的优缺点是什么？镀膜技术对提高观察效率有什么帮助？不同的观察要求对镜子制造提出了什么要求？《科技日报》记者就此采访了相关专家 为什么要做大镜片以便看得更远更清晰 作为天文望远镜最重要的组成部分，有人把用来折射或反射光线的镜片比作望远镜的“眼睛” 望远镜的眼睛越大越好？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柏华给出了肯定的回答 她指出，望远镜直径越大，集光能力越强，观测到的天体越弱。此外，该望远镜在空之间具有较高的分辨率，可以观察天体的更多细节 据中科院长春光机所副所长张学军介绍，为了提高光学望远镜的分辨率，科学家们对大口径望远镜的追求是无止境的 在光学望远镜中，能够分辨两个相邻物体的极限分辨角越小，分辨率越高 极限分辨角由光的波长和望远镜主镜的直径决定 在相同波长下，主镜直径越大，极限分辨角越小，意味着可以清晰地看到更小的物体 事实上，自从1609年伽利略用天文望远镜仰望空星以来，望远镜一直在朝着更大的光圈发展 逐渐放大的“眼睛”使光学系统的观察能力不断提高 例如，张学军说，直径2.4米的哈勃太空望远镜空望远镜已经观测到了距离地球134亿光年的宇宙深处；直径3.67米的Aeos地基望远镜可以探测到低地球轨道上0.1米的碎片；直径超过3米的锁眼12(kh-12)卫星照相机可以达到0.1米的地面分辨率 为了获得更大口径的望远镜，科学家们开发了一种镜拼接技术，将几个小口径的镜头拼接在一起，共同工作，只有用大口径的镜头才能达到观察效果 柏华介绍说，这项技术使得建造一个8米以上的光学望远镜成为可能 哪些强韧的微晶玻璃和碳化硅各有优势 虽然我们听说过很多不同名称的天文望远镜，但总的来说，大致可以分为三类:折射型、反射型和折反射型 目前使用的主流高级望远镜是一种什么样的形式？ 柏华介绍说，一般来说，目前用于天文观测的大型望远镜的主要结构大多是反射望远镜 这主要是因为反射望远镜的孔径可以做得更大，观测波段的限制也更少 一般来说，镜面加工精度越高，胶片的反射率越高，更有利于观察，但也要权衡使用和成本 事实上，不同的科学目标对望远镜的功能有不同的要求 例如，柏华说红外望远镜对制冷有很高的要求。天空观测望远镜需要大的观察区域，精密测量望远镜需要高分辨率 对于空望远镜来说，要求反射镜具有更轻的重量和更强的热稳定性，因此对反射镜的加工制造也提出了更高的要求 其中，镜面毛坯制造、镜面抛光和镜面镀膜技术都是重要环节 目前，用于制作镜坯的材料主要有微晶玻璃、熔融应时、碳化硅、硼硅酸盐、金属铍等 柏华认为这些材料各有所长 玻璃陶瓷和熔融石英有着悠久的使用历史和成熟可靠的技术，仍然是地面和空光学红外望远镜的主要材料 硼硅酸盐也常用于大口径地基望远镜，具有热膨胀系数小的特点，但其比刚度只有碳化硅的四分之一 碳化硅反射镜具有比刚度高、热稳定性好的优点，但由于其硬度高，抛光困难，对抛光技术要求高 美国3.5米赫歇尔空红外望远镜使用的是碳化硅镜坯 【/h/】铍镜热容量大，比刚度高，重量轻，但铍有一定的毒性，制造困难，价格昂贵。 美国斯皮策·空红外望远镜使用铍镜，詹姆斯·韦伯·空望远镜也使用铍镜 【/h/】基于碳化硅材料的特性，张学军带领团队另辟蹊径，经历了数百次实验探索和工艺验证，突破了多项制备镜坯的关键技术，建立了大直径碳化硅镜坯制造平台 他们成功研制出2米、2.4米、3米单片碳化硅镜坯和4米单片碳化硅镜坯，可用于可见光成像。后者也是目前公开报道的最大的单片碳化硅镜坯 做大“眼睛”有什么不好？不能少抛光涂一层 对于观察者来说，望远镜直径越大越好 对于镜像开发者来说，口径的每一次增加都意味着更大的挑战 【/h/】为了保证望远镜的分辨率和成像质量，光学系统对镜面精度有严格的要求，不会随着孔径的增大而降低 张学军以一个直径4米的单片碳化硅镜面毛坯为例，称其表面精度相当于在北京整平一块土地，东南角和西北角的高度差在零点几毫米以内 在如此高的精度要求下，有必要保证其结构的稳定性 【/h/】为此，长春光机所利用计算机控制的光学表面成形技术，采用“应力盘”抛光和磁流变抛光等组合加工技术，极大地提高了非球面的制造精度和效率 镜面经过光学抛光后，涂层是提高其反射面反射率的重要组成部分 对于镜面，目前的镀膜技术可以使单个镜面的反射率在宽带内达到98% 例如，双子座望远镜(gemini)在2004年在主镜上涂了一层新的银保护膜，宽带内的平均反射率达到95%以上 【/h/】国内的涂装技术水平如何？柏华介绍说，南京天文光学技术研究所在高反射膜的国际开发方面走在了前列，设计并镀制了紫外增强银膜和金膜。在340纳米至1500纳米的波段范围内，平均反射率可达98%。 该技术已成功应用于郭守敬望远镜光谱仪 对于单折射透镜，在宽带内透光率可达90%以上 随着技术的不断进步，人们不断开发功能更强大的望远镜 张学军说，在未来，他们开发的大直径碳化硅反射镜将越来越多地用于国内大直径光电设备，使中国人的眼睛能够到达宇宙的更深处