郭红锋

前面我们谈过，大口径望远镜的镜面加工、检测、面型控制、运输、成本等因素，都限制了单口径镜面的制造。采用薄镜面、主动光学和自适应光学等现代技术手段研制的日本斯巴鲁望远镜，做成单口径8米已经是上限了。随着对宇宙研究的深入，科学家还想要更大口径的望远镜，去探索更遥远的宇宙。扩大望远镜口径的技术又陷入了瓶颈，突破这个瓶颈需要更多的技术创新。拼接镜面技术在大口径望远镜制造上的应用，是影响下一代大口径望远镜发展的最重要的技术革新。拼接镜面技术采用的是由多个小口径的镜面拼接成一个大口径镜面的技术。目前世界上最大口径的望远镜——美国的凯克望远镜，就是采用拼接镜面技术实现的，口径达到10米级。

美國的凯克望远镜采用了拼接镜面技术

凯克望远镜是目前世界上最大的天文望远镜之一

凯克望远镜安装在太平洋夏威夷岛海拔4200多米的莫纳克亚山上。莫纳克亚山顶海拔高、大气清洁度高，年天文观测晴夜多，是地球上最好的天文台址之一，世界上许多一流的大望远镜都集中安装在这里。

凯克望远镜耗资1.3亿美元，主要由美国的企业家凯克捐助修建，是目前世界上最大的天文望远镜之一。凯克望远镜有两架，分别为凯克望远镜Ⅰ（1991年建成）和凯克望远镜Ⅱ（1996年建成），都以它的出资建造者命名。凯克望远镜具有很高的分辨率，综合观测能力堪比哈勃空间望远镜，天文观测精度可达到毫微米程度，极限星为22等。望远镜配备的主要后端设备（接收器）有近红外摄像仪、高分辨率CCD探测器和高色散光谱仪等。

凯克望远镜最关键的技术革新就是采用了拼接镜面技术，它的主镜片由36块单元小镜面拼接而成。每块小单元镜面（厚度10厘米）为六角形，对角线直径1.8米，拼接组合后的效果相当于一架口径10米的反射望远镜。拼接技术的实现是依靠一台计算机每秒两次测量和控制各个小镜面背后的促动器，从而使所有的小镜片拼接组成的大镜片面型精度误差不超过4纳米（约为几个分子的大小，或约为人类头发直径的1/25000）。

整个望远镜的支撑和转动部分，组成了一个由计算机来控制的系统。通过调整和控制，望远镜能够精确地指向天空中的观测目标。在望远镜的运转过程中，36块小镜片各自的位置和形状受控变化，但始终能够维持如同一个整体10米口径大镜片的形状。这种高精度的控制技术堪称望远镜的革命，凯克望远镜就是这种新思路的代表作品。

拼接镜面技术解决了大口径望远镜的镜面制造问题，主动光学技术解决了大口径镜面的形状变形问题，自适应光学解决了大气湍流对星光波面的扰动而产生的成像精度问题。这些新技术的应用为现代大口径望远镜的发展立下了汗马功劳。

激光导星是配合自适应光学而引入的新技术。前面我们讲过，自适应光学是为了调整宇宙辐射来的光线被地球大气湍流扰动而产生的波形畸变。但是， 怎样才能知道望远镜对准的天区大气湍流的实时变化以便跟随调整呢？早期的办法是在观测目标附近选择一颗比较亮的恒星（可以称为参考星），用专门的仪器测量这颗参考星的星光穿过大气层时受到大气扰动而产生的星光波面的改变，再根据测量结果随时控制改正镜的补偿量，最终可以使望远镜接受到的星光去除了大气扰动的影响，得到了较高的成像质量。

高精度的控制技术是凯克望远镜的优势之一

激光导星自适应光学系统有效扩展了凯克望远镜探测目标的范围

这是一种很好的解决办法，但星空中亮星并不多，实际观测中很难找到合适的参考星。于是，科学家又想了一个人造参考星的办法——激光导星。激光导星的方法就是人工往天上打一束激光，它能与高空大气中的分子发生作用生成一个足够亮的光斑，这个光斑如同亮星一样（相当于一个小手电）照亮下面空气中的大气湍流，科学家就可以探测到这个大气湍流的实时变化情况了。

凯克望远镜开发了激光导星自适应光学系统后，大大扩展了凯克望远镜探测目标的范围，提高了成像质量。经统计，凯克望远镜在没有激光导星的情况下，只有1%的待测目标是可以观测到的。而开发了激光导星自适应光学系统后，能够观测到天空中待测目标的70%～80%，产生的图像也比以前拍摄的图像质量提高了10～20倍，大大提高了凯克望远镜的效率和科学价值。

问题1：

你见过拼接镜面在其他方面的应用吗？

问题2：

拼接的望远镜镜面能无限扩大吗？

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