第十章 探索浩瀚宇宙(1 / 3)

古人認為:“上下四方曰宇,往古來今曰宙。”宇宙是世間萬事萬物的集合體。它無所不包,是個極其蕪雜的整體。我們人類從誕生的那一刻起就對廣袤的宇宙產生了極大的興趣,一直在想盡辦法探索宇宙,發現宇宙的秘密。

· 超級望遠鏡的誕生史 ·

從人類開始探索宇宙時,天文望遠鏡就成了不可缺少的工具之一。

因為人的眼睛能夠看到的範圍是有限的,如果我們想看到天上閃爍的星星的星球表麵,就需要天文望遠鏡的幫助。事實上,目前人類對宇宙的認識和了解大都是建立在觀測基礎上的,畢竟人類能登上去的星球很少。

宇宙有多大,目前還沒有定論,但是科學家通過推測得知宇宙中有上千億個星係,其空間之大,讓人無法想象,於是人類隻能靠著製作更加高級的望遠鏡來觀測。為了加深對這個古老宇宙的了解,人們還專門製作了許多超級望遠鏡,不過我們先來介紹下第一架天文望遠鏡是如何製作成功的。

17世紀初,在荷蘭的米德爾堡有一個心靈手巧的眼鏡製作者,名叫利波塞。利波塞很有童心,小孩子們都很喜歡跟他打交道。這天,有兩個小孩來到他的店裏玩耍,他給了小孩幾個報廢的鏡片,其中一個小孩一手拿著凹鏡片、一手拿著凸鏡片,當小孩把兩個鏡片放在一起時,奇跡發生了,原本在遠處的物體突然出現在眼前,小孩嚇了一跳,還以為碰到怪物了,他把這個事情告訴了利波塞,利波塞便用紙卷成一個長圓筒,然後把凹鏡片和凸鏡片放在裏麵,世界上第一架望遠鏡就這樣製作出來了。

後來,伽利略正苦惱於看不清遠處星體的麵貌,突然聽說了望遠鏡的故事,便讓學生前去打聽,學生把打聽到的事情詳細地告訴了伽利略,伽利略便在家裏忙碌了一夜,終於製作出了一架能夠放大3倍的望遠鏡。在以後的時間裏,伽利略不斷地研究望遠鏡,望遠鏡能放大的倍數也在逐漸增加,8倍、20倍、30倍……伽利略利用能夠放大32倍的望遠鏡察看了月球崎嶇不平的表麵,發現了木星的四顆衛星。伽利略把自己通過望遠鏡所看到的情況告訴人們,很快望遠鏡便流行起來。

如今,伽利略製作的望遠鏡已經很少用了,因為人們又製作出了很多超級望遠鏡,這些望遠鏡為人類探索宇宙立下了汗馬功勞。目前已知的超級望遠鏡有以下幾種。

在美國威斯康辛州威廉斯灣有個葉凱士天文台,這個天文台的圓頂上有一架40英寸口徑的折射望遠鏡,這架望遠鏡是在1897年製作完成的,至今為止仍是世界上最大口徑的折射望遠鏡。

在美國波多黎各島的碗形山穀中,有一個世界上最大的雷達觀測台,叫作阿雷西博天文台。這個天文台擁有世界上最大的射電望遠鏡,其反射麵直徑為305米,能夠接收來自宇宙其他星體的無線電波,也能夠向其他星體發射無線電信號。

哈勃空間望遠鏡可以說是最有名氣的望遠鏡之一了,它是以科學家哈勃的名字命名的,建立在環繞地球的軌道上。這架望遠鏡在地球的大氣層上方,因而在觀測宇宙的時候不受大氣的影響。哈勃望遠鏡在1990年發射之後,就成了科學家們最常用的儀器之一。很多重要的發現都是用哈勃望遠鏡發現的。

在太平洋的夏威夷島上,也有一架天文望遠鏡,叫作凱克望遠鏡。這架望遠鏡建立在莫納克亞山上,這裏海拔很高,人跡罕至,而且天氣好的時候居多,因此有許多望遠鏡建立在這裏,凱克望遠鏡隻是其中之一,不過也是目前世界上最大的望遠鏡之一。

眾所周知,望遠鏡觀測能力的大小與其口徑大小有著很大的聯係,但是口徑又不能無限地擴大,最好的辦法就是用一些鏡片組合成大口徑的望遠鏡,凱克望遠鏡就是利用這種原理製作的,主鏡片是由36塊口徑較小的鏡片組成。在使用這種望遠鏡時,36塊鏡片的相對位置必須保持一致,計算機會在1秒鍾內將鏡片排列好,且誤差很小。因而科學家能夠很方便地使用這架望遠鏡來觀測。這種由鏡片組合而成的望遠鏡,可以說是望遠鏡領域裏的一次革命,通過這種方法建造大倍率的望遠鏡就簡單多了。

目前天文學家正在建造一種超級巨大的望遠鏡,按照他們的說法,這種望遠鏡由世界各地的多台射電望遠鏡以及一台超級電腦組成,因此可以將它稱為虛擬望遠鏡。其工作原理是世界各地的射電望遠鏡可以同時對宇宙的某一地點進行探測,由於位置不同,它們所采集到的信息也會有所不同,然後通過超級電腦對這些信息進行處理,便可以提高射電望遠鏡的分辨率。

經過調查發現,如果兩架相隔數千裏的射電望遠鏡同時對一個地區進行探測,那麼它們就相當於一個口徑是二者間距的超大射電望遠鏡,其分辨率非常高。

虛擬望遠鏡中各個射電望遠鏡之間的距離都很遠,但距離越遠,分辨率越高,所以虛擬望遠鏡的分辨率比世界上任何其他天文望遠鏡都要高,據說是哈勃望遠鏡分辨率的3000倍。目前,有科學家利用這種虛擬望遠鏡捕捉到了30億光年之外的星體發出的射電信號。

可以說,沒有望遠鏡的誕生和發展,就沒有人類對宇宙的認識和了解,缺少了這些望遠鏡,人類便不能有今天這樣的成就。

· 功能各異的人造衛星 ·

目前,除了少數國家外,各國基本上都有著成熟的人造衛星技術。

在浩瀚的宇宙中,也有著數量可觀的人造衛星在運行。這些衛星能夠為我們帶來便利,如用來考古時,衛星幫助我們從沙海茫茫的撒哈拉沙漠中找到了在幾十萬年前就已經湮沒了的大河。按照用途可以將人造衛星分為以下幾類。

科學衛星:這是目前最主要的一種用途,很多國家發射人造衛星就是為了研究太空、地球磁層、太陽輻射、太陽黑子、月球等。

技術試驗衛星:顧名思義,這種衛星就是進行新技術試驗的衛星。目前各國展開了激烈的航天競賽,在這個過程中,會提出很多新原理,產生很多新材料、新儀器、新技術等,為了確保這些都能夠在太空中適用,就需要在天空中進行試驗。有時為了檢測新衛星的性能,也需要進行試驗。在載人航天飛行之前,往往會先進行動物航天試驗。由此來看,技術試驗衛星所進行的項目是多種多樣的,可以說,技術試驗衛星是人類征服宇宙的第一步。

應用衛星:這類衛星是直接為人們提供服務的衛星,是目前種類最多、數量最多的衛星,如通信衛星、氣象衛星、導航衛星、商業衛星、定位衛星、地球資源衛星等。

其他衛星:截至2012年,世界上各個國家總共發射了約6000個航天器,其中包括5000多顆人造衛星,剩下的就是空間探測器、宇宙飛船等。由此可見,人造衛星在航天器中占據主導地位。

下麵我們來介紹一下我國第一顆人造衛星“東方紅一號”。

1970年4月24日,“東方紅一號”衛星搭乘“長征一號”運載火箭順利進入太空中的指定位置,繞著地球運轉,其最遠的位置距離地球有2384千米,最近的位置距離地球則小於500千米,繞地球一周大概需要114分鍾。衛星還在太空中播放《東方紅》樂曲。這顆衛星是由我國自主設計的,具有非常重要的意義。

早在1964年就有科學家寫信給周總理,希望能夠盡快展開人造衛星計劃,這個建議得到了眾多科學家的認同,如錢學森、竺可楨等。人造衛星計劃很快便開始實施,1965年9月,中國科學院開始組建衛星設計院,當時的總設計師是錢驥,他帶領著眾多科學家商議衛星設計的各種方案,並對每種方案都進行了詳細的考證。在一次次提出、否決、再提出的過程中,設計方案逐漸成熟、完善起來,同時也確保了衛星的各項指標能在國際上力爭一流。

當時有個非常有名的音樂舞蹈史詩叫《東方紅》,給人們留下了非常深刻的印象,因而科學家決定衛星的名字就叫“東方紅”。1967年,科學家們確定衛星第一次播送的歌曲就是《東方紅》。

幾乎所有的人造衛星,都離不開模樣、初樣、試樣和正樣的研製階段,“東方紅一號”衛星也是如此。當時我國在人造衛星技術方麵還沒有什麼經驗,所有的一切都要自行摸索,其艱難程度可想而知,但是科學家們敢於吃苦、艱苦奮鬥、群策群力,克服了一個又一個難題,最終成功地製造出了我國第一顆人造衛星。

“東方紅一號”衛星在酒泉發射場成功發射,一切正常,衛星與火箭分離正常,衛星準確進入了預定軌道。當時正在主持“三國四方”會議的周總理激動地說:“為了慶祝會議成功,中國人民給你們帶來了一份禮物,那就是中國第一顆人造衛星已經發射成功……”

1984年1月29日,我國成功發射了第一顆通信衛星。1984年4月8日,我國成功發射了一顆靜止軌道試驗通信衛星“東方紅二號”,“東方紅二號”的發射成功,表明我國成為能夠自行發射地球靜止軌道通信衛星的五個國家之一。

可以說,從發射第一顆衛星“東方紅一號”以來,我國在衛星技術上一直不斷地進步,空間技術進入了一個新的時代,取得了非常卓越的成就。我國目前已發射的衛星係列包括返回式遙感衛星係列、“東方紅”通信廣播衛星係列、“風雲”氣象衛星係列、“實踐”科學探測與技術試驗衛星係列、地球資源衛星係列、北鬥星導航衛星係列等六大衛星係列。

現在來看一下世界各國發射的比較有名的人造衛星。

斯普特尼克1號衛星:這是第一顆進入地球軌道的人造衛星,這顆衛星是蘇聯自行設計的,於1957年10月4日在拜科努爾航天中心發射成功。那個時候美國和蘇聯正處在“冷戰”階段,可以說斯普特尼克1號衛星震撼了美國人。從那以後,美國也開始著眼於宇宙,和蘇聯的太空競賽由此開始。