科學人剪影

通天明鏡

當玻璃在安吉爾最新的巨型鏡上冷卻成型時,他仍舊堅持提升望遠鏡的設計。而他的下一個設計,甚至有可能在茫茫星海之中覓得其他類地行星的蹤影。

撰文/吉布斯(W. Wayt Gibbs)
翻譯/曾玠郡

科學人剪影

通天明鏡

當玻璃在安吉爾最新的巨型鏡上冷卻成型時,他仍舊堅持提升望遠鏡的設計。而他的下一個設計,甚至有可能在茫茫星海之中覓得其他類地行星的蹤影。

撰文/吉布斯(W. Wayt Gibbs)
翻譯/曾玠郡

天文學家安吉爾(Roger Angel)於1984年在美國亞利桑那大學的史都華天文台(Steward Observatory)創立了鑄鏡實驗室,不久之後,他開始將派熱司玻璃(Pyrex)製的耐熱焗杯丟進他家後院的窯,為的是想看看硼矽玻璃究竟是怎麼融化的。打從那時起,他就一直在玩火。在土桑某個熱得要命的7月天,他的第七面巨型鏡即將在校園足球場的底下,一座200噸的旋轉爐內開始成型。歷經一星期的爐火加熱,爐內的矽硼塊已達1170℃並開始融化,這融熔狀的玻璃正從六角柱孔緩緩溢出,將鑄成一面重達21噸的蜂巢鏡。這面鏡的直徑有8.4公尺,高約1公尺但平均厚度卻不到3公分。

安吉爾通常會待在控制室,緊張兮兮地盯著那台熱得發紅的拋光機,一分鐘得看個五次,如此才能讓蜂巢狀玻璃的表面呈現平滑的曲線。畢竟對安吉爾而言,這過程代表著天文學新紀元和巨型麥哲倫望遠鏡(Giant Magellan Telescope, GMT)的誕生。GMT乃由七面巨型鏡所組成,並搭配精密的控制儀器,其性能將凌駕哈伯太空望遠鏡。這是他們團隊所造過最大的一面鏡子,雖然因其載模漏了兩噸的玻璃,而讓進度落後數個月之久。安吉爾解釋道:「光是GMT的第一面鏡子就很難搞定了,因為在此之前,從未有人鑄造過如此巨大而形狀又那麼詭異的鏡子。」

但安吉爾今早必須離開控制室趕赴旅館,對一群提供科學研究經費的大戶進行遊說,讓他們相信GMT值得四億美元這個價錢。GMT團隊之一的卡內基天文台台長傅利曼(Wendy Freedman)表示,他對安吉爾及他的鑄鏡功力信心十足。對於身為宇宙學家的傅利曼而言,他想用GMT來一窺暗能量以及在恆星與星系生成前之「黑暗時代」的神秘面貌;不過這並不是安吉爾最感興趣的問題。

他以40幾年前的老美國不列顛腔調說道:「我之所以想這樣做,是因為在過去兩千年來,人類一直在尋找另一個地球,而如今在其他恆星中覓得類地行星的構想不再遙不可及。現在,你可以坐下來好好計畫得用哪一種望遠鏡來觀察類地行星,並取得光譜,」以找尋液態水的化學跡象和外星生物的蹤影。

安吉爾早在設計GMT的雛型時就評估過了,他體認到只要靠點運氣再加上一些精妙的技巧,我們就很可能在這片茫茫「星」海中找到一顆類地行星。他那極具顛覆性的解決之道,便是將主要的接收器排得像雛菊的花瓣那般,六面形狀各異的偏軸鏡將環繞中央的對稱鏡。這樣的設計下,能接受到的星光將是凱克望遠鏡(Keck Telescopes, 兩架直徑10公尺的望遠鏡,位於加州理工學院的凱克天文台,是目前世上最大的望遠鏡)當中任何一架的4.6倍。

為了能清楚地對這類行星進行快拍,GMT將會採用較先進的自調光學來獲得比哈伯望遠鏡還清晰10倍的影像。每一面主鏡都會將光聚焦在另一面直徑1.1公尺的次要反射鏡上,反射鏡是接有672個調節器的一片薄膜。電腦每秒鐘會對反射鏡的形狀進行1000次的微調,以消除絕大部份的大氣干擾。安吉爾與其同僚在2005年夏天為多鏡面望遠鏡(Multiple Mirror Telescope, MMT)安裝了一組類似的自調光學系統,使其解析能力衝到理論最大值。

史都華天文台的台長史崔特馬特(Peter A. Strittmatter)說:「當我們在描繪GMT計畫的遠景時,許多人都認為這樣是行不通的。」而安吉爾早在20年前就遇過類似的質疑,當時他和同事伍爾夫(Nick Woolf),首次提議要建造一面蜂巢狀的大鏡子,如此一來便可減輕80%的重量,並使得鏡子在半個鐘頭內,就可以適應夜晚的溫度。