液体望远镜

望远镜能让人们的目光穿越浩瀚的天空，探索到宇宙的奥秘。世界上第一架望远镜是17世纪初由伽利略发明的，由一面凹透镜和一面凸透镜组成，当时只能把物体放大3倍，改进后也只能放大到30倍。后来，开普勒又发明了一种由两块凸透镜组成的望远镜。这两种望远镜都是利用光折射原理成像，经常会有不可避免的“失真”现象。为此，牛顿利用光反射原理，用凹面镜聚光，再使光线通过凸透镜成像，从而发明了反射式望远镜。

牛顿的第一架反射式望远镜的凹面镜，直径只有12.7厘米，观察太空的范围极其有限。要观测更广泛的太空，必须要增大望远镜的口径。现代天文望远镜个个都是庞然大物。目前世界上最大的（单镜头）望远镜是耸立在夏威夷的两架“凯克”望远镜，它的镜头直径达10米，竖起来比3层楼还高。
建造大型天文望远镜无疑是一项巨大的工程，耗费几千万甚至上亿美元的巨资且不必说，天文望远镜的镜头制作要求极高，凹面镜越大，镜面的加工就越艰辛困难。例如20世纪40年代落成于美国帕洛玛山上的“海耳”望远镜，口径虽不到5米，但几十年的制作加工过程堪称困难重重。要浇制一块如此巨大、绝无任何瑕疵的光学玻璃就是一大难题。光是浇制后让它在巨型炉内恒温冷却就花费了10个月，然后是长达8个月的热处理，进一步的精细加工更是耗去了7个春秋，被磨去的玻璃屑重达4.5吨！

制作一块巨型玻璃凹面镜如此困难，科学家不得不去寻找简便的方法。于是科学家想到了用液体来代替玻璃作望远镜的镜头。其原理非常简单，一盆液体在高速旋转时，由于离心力的作用，液面自然就会形成一个标准的抛物面，而这正是天文望远镜所需要的形状。

世界上第一架液体望远镜是在20世纪50年代初，由苏联物理学家乌德用一盆水银布制成的。经过不断改进探索，加拿大科学家阿曼罗·博拉在80年代初制造出了第一架可供天文观测用的液体望远镜，镜头直径为45厘米。后来，博拉又用250千克水银制成了两台直径1米、一台直径1.6米的望远镜，并在水银面上加了一层特殊的透明树脂，既解决了外界因素对水银面的干扰，又避免了水银蒸发从而危害人体健康的问题。

1987年，一批加拿大的天文学家终于制造出一架口径为1.5米的水银液体望远镜。制作水银反射式望远镜特别简单，水银反射式望远镜的凹面用45秒的时间就可以成形。技术人员先把水银注入一个抛物面形的盘子中，使其覆盖盘子的大部分表面。然后旋转盘子，使水银在离心力的作用下散开，形成一层1～2毫米厚的抛物面薄膜。由于水银有较大的表面张力，制作完成的水银表面上有时会出一些小孔。当出现这种情况时，可以重复操作一次。一般的操作人员经过几天的实际练习，都能“旋转”出完全没有小孔的光洁如镜的水银薄膜凹面镜。这种水银反射式望远镜的价格比玻璃反射式望远镜便宜得多。目前，加拿大的天文学家正在筹建口径为5～15米的巨型水银反射式望远镜。他们的长远目标是建造口径为30米的大型水银反射式望远镜，以便观测更远处的天体。
天文学家下一步的目标之一就是要制造口径为20～100米的超大型反射式望远镜，而用玻璃制造这样大的单镜面反射式望远镜几乎是不可能的。但是，由于水银反射式望远镜具有成本低和重量轻的特点，利用水银则完全可能制造出超大口径的反射式望远镜。一些天文学家正在制作口径为12米的水银反射式望远镜，然后用18台这种水银反射式望远镜组成一个望远镜阵列，这个阵列就相当于一架口径为50米的大型反射式望远镜。

液体望远镜的优点是不言而喻的。首先它的成本极低，水银可重复使用，费用不到一般望远镜的5%。制作又特别方便，一般只要几十分钟就可以完成。经过训练的望远镜操作人员甚至可以在几十秒内“旋转”出完全没有孔隙的光洁的水银薄膜凹面镜。然后让木盘保持恒速旋转，就可以进行观察。不用时，可以让木盘保持旋转，或停止旋转至下一次使用时重新操作，而且它也不需特别的观测圆顶，故可以随时搬迁到各处使用，这也是传统望远镜无法企及的。
1995年，美国航天局造出了直径3米的水银望远镜，安装在新墨西哥州，专门监视太空垃圾和近地小行星。其总成本不到50万美元，而通常像这样大小的望远镜制作费用至少为一二千万美元。

水银反射式望远镜的最大弱点是只能垂直观测上方的一小块天空，不能倾斜，否则水银就会溢出，因此观测的天空区域狭窄，就像“坐井观天”。后来，天文学家又制造出了可以旋转的水银反射式望远镜，这样不仅能观测正上方非常狭小的天空，而且在天体经过水银反射式望远镜上方时望远镜还可以通过旋转跟踪天体半小时。对水银反射式望远镜而言，这是一个不小的进展。现在，天文学家甚至能通过改变水银盘的旋转速度，改变水银反射式望远镜的焦距。
水银反射式望远镜的另外一个缺点就是会挥发出有毒的水银蒸气。在镜面开始形成时，水银蒸气量较大，操作人员应戴上防护面罩。但几小时后，在表面形成一层氧化膜，水银的蒸发量就会大大减少。
水银反射式望远镜还有一个缺点是怕振动和风吹。由于水银形成的是凹面，望远镜微小的振动都会影响其凹面的精度，因此，水银反射式望远镜需要安装在混凝土底座上，并和周围的建筑物隔离。

由于装水银的盘子只能水平放置，液体望远镜只能观测头顶上空的一小片天空，所以也并非十分十美。纵然借助电脑可以将“目力”有所扩大，但总是受很大限制。为了解决这个问题，科学家准备采用硅油之类粘滞性更大的液体来代替水银，以使它即使倾斜也不会轻易改变已经形成的形状。
尽管液体望远镜还有一些技术问题有待解决，但科学家却雄心勃勃。相信液体望远镜的完善，必会对人类探索宇宙奥秘做出更大贡献。