繁体
首页

第十章 探索浩瀚宇宙(1 / 3)

古人认为:“上下四方曰宇,往古来今曰宙。”宇宙是世间万事万物的集合体。它无所不包,是个极其芜杂的整体。我们人类从诞生的那一刻起就对广袤的宇宙产生了极大的兴趣,一直在想尽办法探索宇宙,发现宇宙的秘密。

· 超级望远镜的诞生史 ·

从人类开始探索宇宙时,天文望远镜就成了不可缺少的工具之一。

因为人的眼睛能够看到的范围是有限的,如果我们想看到天上闪烁的星星的星球表面,就需要天文望远镜的帮助。事实上,目前人类对宇宙的认识和了解大都是建立在观测基础上的,毕竟人类能登上去的星球很少。

宇宙有多大,目前还没有定论,但是科学家通过推测得知宇宙中有上千亿个星系,其空间之大,让人无法想象,于是人类只能靠着制作更加高级的望远镜来观测。为了加深对这个古老宇宙的了解,人们还专门制作了许多超级望远镜,不过我们先来介绍下第一架天文望远镜是如何制作成功的。

17世纪初,在荷兰的米德尔堡有一个心灵手巧的眼镜制作者,名叫利波塞。利波塞很有童心,小孩子们都很喜欢跟他打交道。这天,有两个小孩来到他的店里玩耍,他给了小孩几个报废的镜片,其中一个小孩一手拿着凹镜片、一手拿着凸镜片,当小孩把两个镜片放在一起时,奇迹发生了,原本在远处的物体突然出现在眼前,小孩吓了一跳,还以为碰到怪物了,他把这个事情告诉了利波塞,利波塞便用纸卷成一个长圆筒,然后把凹镜片和凸镜片放在里面,世界上第一架望远镜就这样制作出来了。

后来,伽利略正苦恼于看不清远处星体的面貌,突然听说了望远镜的故事,便让学生前去打听,学生把打听到的事情详细地告诉了伽利略,伽利略便在家里忙碌了一夜,终于制作出了一架能够放大3倍的望远镜。在以后的时间里,伽利略不断地研究望远镜,望远镜能放大的倍数也在逐渐增加,8倍、20倍、30倍……伽利略利用能够放大32倍的望远镜察看了月球崎岖不平的表面,发现了木星的四颗卫星。伽利略把自己通过望远镜所看到的情况告诉人们,很快望远镜便流行起来。

如今,伽利略制作的望远镜已经很少用了,因为人们又制作出了很多超级望远镜,这些望远镜为人类探索宇宙立下了汗马功劳。目前已知的超级望远镜有以下几种。

在美国威斯康辛州威廉斯湾有个叶凯士天文台,这个天文台的圆顶上有一架40英寸口径的折射望远镜,这架望远镜是在1897年制作完成的,至今为止仍是世界上最大口径的折射望远镜。

在美国波多黎各岛的碗形山谷中,有一个世界上最大的雷达观测台,叫作阿雷西博天文台。这个天文台拥有世界上最大的射电望远镜,其反射面直径为305米,能够接收来自宇宙其他星体的无线电波,也能够向其他星体发射无线电信号。

哈勃空间望远镜可以说是最有名气的望远镜之一了,它是以科学家哈勃的名字命名的,建立在环绕地球的轨道上。这架望远镜在地球的大气层上方,因而在观测宇宙的时候不受大气的影响。哈勃望远镜在1990年发射之后,就成了科学家们最常用的仪器之一。很多重要的发现都是用哈勃望远镜发现的。

在太平洋的夏威夷岛上,也有一架天文望远镜,叫作凯克望远镜。这架望远镜建立在莫纳克亚山上,这里海拔很高,人迹罕至,而且天气好的时候居多,因此有许多望远镜建立在这里,凯克望远镜只是其中之一,不过也是目前世界上最大的望远镜之一。

众所周知,望远镜观测能力的大小与其口径大小有着很大的联系,但是口径又不能无限地扩大,最好的办法就是用一些镜片组合成大口径的望远镜,凯克望远镜就是利用这种原理制作的,主镜片是由36块口径较小的镜片组成。在使用这种望远镜时,36块镜片的相对位置必须保持一致,计算机会在1秒钟内将镜片排列好,且误差很小。因而科学家能够很方便地使用这架望远镜来观测。这种由镜片组合而成的望远镜,可以说是望远镜领域里的一次革命,通过这种方法建造大倍率的望远镜就简单多了。

目前天文学家正在建造一种超级巨大的望远镜,按照他们的说法,这种望远镜由世界各地的多台射电望远镜以及一台超级电脑组成,因此可以将它称为虚拟望远镜。其工作原理是世界各地的射电望远镜可以同时对宇宙的某一地点进行探测,由于位置不同,它们所采集到的信息也会有所不同,然后通过超级电脑对这些信息进行处理,便可以提高射电望远镜的分辨率。

经过调查发现,如果两架相隔数千里的射电望远镜同时对一个地区进行探测,那么它们就相当于一个口径是二者间距的超大射电望远镜,其分辨率非常高。

虚拟望远镜中各个射电望远镜之间的距离都很远,但距离越远,分辨率越高,所以虚拟望远镜的分辨率比世界上任何其他天文望远镜都要高,据说是哈勃望远镜分辨率的3000倍。目前,有科学家利用这种虚拟望远镜捕捉到了30亿光年之外的星体发出的射电信号。

可以说,没有望远镜的诞生和发展,就没有人类对宇宙的认识和了解,缺少了这些望远镜,人类便不能有今天这样的成就。

· 功能各异的人造卫星 ·

目前,除了少数国家外,各国基本上都有着成熟的人造卫星技术。

在浩瀚的宇宙中,也有着数量可观的人造卫星在运行。这些卫星能够为我们带来便利,如用来考古时,卫星帮助我们从沙海茫茫的撒哈拉沙漠中找到了在几十万年前就已经湮没了的大河。按照用途可以将人造卫星分为以下几类。

科学卫星:这是目前最主要的一种用途,很多国家发射人造卫星就是为了研究太空、地球磁层、太阳辐射、太阳黑子、月球等。

技术试验卫星:顾名思义,这种卫星就是进行新技术试验的卫星。目前各国展开了激烈的航天竞赛,在这个过程中,会提出很多新原理,产生很多新材料、新仪器、新技术等,为了确保这些都能够在太空中适用,就需要在天空中进行试验。有时为了检测新卫星的性能,也需要进行试验。在载人航天飞行之前,往往会先进行动物航天试验。由此来看,技术试验卫星所进行的项目是多种多样的,可以说,技术试验卫星是人类征服宇宙的第一步。

应用卫星:这类卫星是直接为人们提供服务的卫星,是目前种类最多、数量最多的卫星,如通信卫星、气象卫星、导航卫星、商业卫星、定位卫星、地球资源卫星等。

其他卫星:截至2012年,世界上各个国家总共发射了约6000个航天器,其中包括5000多颗人造卫星,剩下的就是空间探测器、宇宙飞船等。由此可见,人造卫星在航天器中占据主导地位。

下面我们来介绍一下我国第一颗人造卫星“东方红一号”。

1970年4月24日,“东方红一号”卫星搭乘“长征一号”运载火箭顺利进入太空中的指定位置,绕着地球运转,其最远的位置距离地球有2384千米,最近的位置距离地球则小于500千米,绕地球一周大概需要114分钟。卫星还在太空中播放《东方红》乐曲。这颗卫星是由我国自主设计的,具有非常重要的意义。

早在1964年就有科学家写信给周总理,希望能够尽快展开人造卫星计划,这个建议得到了众多科学家的认同,如钱学森、竺可桢等。人造卫星计划很快便开始实施,1965年9月,中国科学院开始组建卫星设计院,当时的总设计师是钱骥,他带领着众多科学家商议卫星设计的各种方案,并对每种方案都进行了详细的考证。在一次次提出、否决、再提出的过程中,设计方案逐渐成熟、完善起来,同时也确保了卫星的各项指标能在国际上力争一流。

当时有个非常有名的音乐舞蹈史诗叫《东方红》,给人们留下了非常深刻的印象,因而科学家决定卫星的名字就叫“东方红”。1967年,科学家们确定卫星第一次播送的歌曲就是《东方红》。

几乎所有的人造卫星,都离不开模样、初样、试样和正样的研制阶段,“东方红一号”卫星也是如此。当时我国在人造卫星技术方面还没有什么经验,所有的一切都要自行摸索,其艰难程度可想而知,但是科学家们敢于吃苦、艰苦奋斗、群策群力,克服了一个又一个难题,最终成功地制造出了我国第一颗人造卫星。

“东方红一号”卫星在酒泉发射场成功发射,一切正常,卫星与火箭分离正常,卫星准确进入了预定轨道。当时正在主持“三国四方”会议的周总理激动地说:“为了庆祝会议成功,中国人民给你们带来了一份礼物,那就是中国第一颗人造卫星已经发射成功……”

1984年1月29日,我国成功发射了第一颗通信卫星。1984年4月8日,我国成功发射了一颗静止轨道试验通信卫星“东方红二号”,“东方红二号”的发射成功,表明我国成为能够自行发射地球静止轨道通信卫星的五个国家之一。

可以说,从发射第一颗卫星“东方红一号”以来,我国在卫星技术上一直不断地进步,空间技术进入了一个新的时代,取得了非常卓越的成就。我国目前已发射的卫星系列包括返回式遥感卫星系列、“东方红”通信广播卫星系列、“风云”气象卫星系列、“实践”科学探测与技术试验卫星系列、地球资源卫星系列、北斗星导航卫星系列等六大卫星系列。

现在来看一下世界各国发射的比较有名的人造卫星。

斯普特尼克1号卫星:这是第一颗进入地球轨道的人造卫星,这颗卫星是苏联自行设计的,于1957年10月4日在拜科努尔航天中心发射成功。那个时候美国和苏联正处在“冷战”阶段,可以说斯普特尼克1号卫星震撼了美国人。从那以后,美国也开始着眼于宇宙,和苏联的太空竞赛由此开始。