有可能看到130亿年前的宇宙吗？

下一代巨型望远镜的挑战

2013.03.21
作者：大冢稔

自从伽利略·伽利雷开始使用望远镜观察天体以来的 400 年来，天文学家的大型望远镜发展迅速。为了看清遥远的天体，就需要加大光圈，因此下一代30米至40米级的巨型望远镜预计将在2020年左右陆续面世。看远方就相当于看过去。哪台望远镜将发现宇宙中第一个星系？

日本举世闻名的“斯巴鲁”望远镜

在考虑望远镜的性能时，最基本的因素是孔径大小。数码相机的广告上经常宣扬“x变焦”等数字，有些人可能会担心天文望远镜的放大倍率，但即使光圈很小，超过极限的放大倍率也只会导致图像变暗和模糊。首先，可以说口径大小决定了望远镜性能的上限。

望远镜的分辨率（空间分辨率）与其孔径大小成正比。光圈越大，可以收集的光线越多，从而提高灵敏度。换句话说，光圈越大，获得的图像越清晰，即使是昏暗的小天体也能看得更清楚。因此，望远镜的演变史也是一部它们的成长史。

下表显示了世界上最尖端的巨型望远镜，孔径范围为 8 至 10 米。一般市售的天文望远镜的口径最多也就30厘米左右，可见这个尺寸有多大。

[图表 1]用于光学观测（可见光和红外光）的巨大望远镜。 20世纪90年代陆续开始运营。除斯巴鲁外，安装了多个装置
望远镜	口径	安装位置	发展中国家	开始观察
凯克	10m	美国莫纳克亚（2 辆车）	美国	1993
双子座	810万	富士山美国莫纳克亚山/Mt智利帕雄	美国等	1999
斯巴鲁	82m	美国莫纳克亚	日本	1999
VLT	82m	富士山智利帕拉纳尔（4 辆车）	欧洲	1998

上表中，日本的Subaru望远镜非常独特。建于夏威夷莫纳克亚山顶（海拔4,200m）的82m望远镜于1999年开始观测，至今仍在运行。

[照片]“斯巴鲁”望远镜。另一个特点是主镜是单镜，理想的形状是由镜下的261个机械臂维持的。
图片来源：日本国立天文台

这款斯巴鲁望远镜最大的特点是视野广阔。通常，在大型望远镜中，底部放置一个大凹面镜（主镜），反射光由顶部的小镜子（次镜）再次反射，返回的光被观测装置接收（有时在其前面还有第三个镜子）。这样就不需要在其顶部安装重型观察设备，但斯巴鲁结构坚固，并特意在副镜的位置安装了主焦相机Suprime-Cam（斯巴鲁定焦相机）。这样一来，焦距就缩短了，可以一次拍摄几乎与满月一样大的区域。

[照片]焦距与视场关系示意图。焦距短（左）则变为广角，焦距长（右）则变为长焦

[照片]斯巴鲁定焦相机的图像（右）。焦距比用副镜反射时更短（左）。这允许更广阔的视野

斯巴鲁迄今为止已经取得了各种成果，但在2006年，它发现了当时最遥远的星系IOK-1。这是一个距离我们1288亿光年的星系。人们认为这个宇宙诞生于1366亿年前的大爆炸，所以如果我们减去这个，我们看到的就是宇宙形成后78亿年的早期星系。这是斯巴鲁广阔视野的独特成果。 “经过四年的寻找，我们终于找到了这个星系。领导这项研究的日本国家天文台的 Masanori Ie 教授说：“如果使用其他望远镜，则需要更长的时间。”