望遠鏡 － 這奇妙的儀器，把我們的視覺擴展到
前人所無法想像的層次，更開啟了一扇窗，可以對大自然
作更深入的理解和更完美的認知。－ 勒奈.笛卡兒，於1637年
千百年來，人類一直凝望著迷人的夜空
卻不知道我們銀河系中的恆星是別的太陽
也不知道我們的宇宙是由千億個星系所構成
更不知道我們的存在只不過是宇宙137億年
故事中的彈指一瞬間
單靠我們的肉眼，我們根本無法
在其他恆星中尋找太陽系，也無法得知
有沒有生命存在於宇宙中其他角落
今天，宇宙中很多謎團正等著我們去解開
因為我們正處於天文發現
最為盛況空前的時代
我是金博士，也是各位望遠鏡之旅的嚮導
這神奇的儀器已經成了人們
通往宇宙的窗口
巨眼問穹蒼 - 望遠鏡四百年探索之旅
1. 宇宙新見
四個世紀以前，在1609年的時候，有一個人
走到他家附近的田地
把自製的望遠鏡指向了月球、行星與其他恆星
他的名字是伽（ㄍㄚ）利略．伽（ㄍㄚ）利萊
從此，天文學就再也不一樣了！
伽利略首次把望遠鏡指向天空以後400年的今天
天文學家使用在偏遠高山上的巨型反射鏡，來巡視天上的世界
電波望遠鏡收集來自外太空的微弱訊息
科學家甚至把望遠鏡發射到太空之中
超越了影響成像的大氣層之上
所見的景緻更是激動人心
可是望遠鏡並不是伽利略發明的
這個功勞要歸給漢斯‧利柏黑，一位名不見經傳的
德國籍荷蘭眼鏡商
但是漢斯‧利柏黑從來沒有將望遠鏡指向夜空
他認為這個新發明主要是
對航海家和士兵有用
利柏黑來自米德爾堡市，一個在當時剛立國不久的
荷蘭共和國中的商貿大城市
在1608年，利柏黑發現當望向遠處的景物時
透過一組凸透鏡與凹透鏡，那景物會被放大，條件是…
那兩塊透鏡之間以一個恰好的距離放置
望遠鏡從此誕生了！
在1608年9月，利柏黑展示了他的新發明給
荷蘭的莫利茲王子看
他選擇了一個再有利不過的時機
因為當時的荷蘭正捲入
與西班牙長達80年的戰爭中
新的小望遠鏡能把物件的影像放大，所以它能顯現出
原來單靠肉眼看不見的
遙遠的敵艦和軍隊
真是一項有用的發明！
但是荷蘭政府卻從來沒有把望遠鏡的專利權授予利柏黑
因為當時還有其他人聲稱擁有發明權
尤其是利柏黑的競爭者察哈里斯‧楊生
這個爭論一直沒有解決
時至今日，望遠鏡的真正起源仍是一個謎團
現代物理學之父，義大利天文學家伽利略
在聽說了望遠鏡的消息後，便決定自製一台
大概在十個月以前，我聽說了一件事
一個法蘭德斯人製造了一具小望遠鏡
能清楚地看見非常遙遠的物體
就像在附近一樣
伽利略是當時最偉大的科學家
他也是新世界觀的強烈支持者
這是由波蘭天文學家尼古拉．哥白尼所提出的
地球是環繞著太陽運行，而非倒過來
根據他所聽說的荷蘭製望遠鏡，伽利略
自製了他自己的儀器
而且品質更好
終於，省下了勞工與開支，我成功地
自製了一具優越的儀器
能讓物體看起來比正常視力
所見的大上許多倍
該是時候把他的望遠鏡對準天上的世界了
我獲得了一個見解和信念，月球的表面
並不像大部份哲學家所相信的那麼
光滑、平坦，是一個完美的球體
恰恰相反，它參差不齊、高低不平，並佈滿了凹洞與凸出物
和地球的表面沒有差別
一個由隕石坑、山脈，和山谷所組成的地形
是一個和我們相像的世界！
幾個星期以後，在1610年1月，伽利略望向木星
他看到木星附近有四顆光點
夜復一夜地跟著木星改變它們在天空的位置
衛星們環繞著木星運行，就像一場緩慢的星空芭蕾舞
這四顆光點後來被稱作
木星的「伽利略衛星」
伽利略還發現了甚麼？
金星的盈虧！
和月球一樣，金星時圓時缺
循環不息
在土星兩邊出現的奇怪附加物
太陽表面上的黑斑點
當然，還有恆星
成千上萬，甚至上百萬顆
每一顆星單靠肉眼去看都太暗
這就像人們摘去了一直戴著的眼罩一樣
整個宇宙讓人去重新發現
有關望遠鏡的消息在歐洲像火焰燎原般迅速傳開
布拉格的約翰尼斯．克卜勒在魯道夫二世大帝的宮廷中
改良了儀器的設計
在安特衛普，荷蘭製圖師米歇爾．馮．蘭格林製作了
首批準確的月面地圖，顯示了他所認為的
「陸地」與「海洋」
一名富有的波蘭啤酒商約翰內斯．赫維留
在他設於但澤的天文台建造了巨型的望遠鏡
這天文台大得要橫跨三個樓房屋頂
然而，當時最佳的儀器或許是
由荷蘭的克里斯蒂安．惠更斯所製作的
1655年，惠更斯發現了土星最大的衛星 － 土衛六泰坦
數年之後，他的觀測顯示了土星的環系統
那是伽利略一直百思不得其解的
此外，惠更斯還看到火星上暗淡的斑紋標記
和明亮的極冠
究竟這些偏遠的外星世界上有沒有生命？
這個問題，天文學家至今仍沒有答案
早期的望遠鏡都是折射式的望遠鏡
利用透鏡去收集和聚焦星光
後來，透鏡被反射鏡所取代
這種反射式望遠鏡首先由尼科羅．祖基所製造
後來由艾薩克．牛頓所改進
在18世紀末，當時世界上最大的反射鏡是由一位
從音樂家轉而為天文學家的威廉．赫歇爾所鑄成
他和妹妹卡羅琳一起工作
在他們英國巴斯的房子裡，赫歇爾兄妹把
赤熱熔化的金屬灌注到模具裡，等到冷卻以後
他們再在表面進行抛光，讓它能夠反射星光
在他的一生中，赫歇爾建造了超過400台望遠鏡
當中最大的一台實在非常巨大，需要動用4名僕人
操作所有的繩索、輪子，和滑輪
用來追蹤恆星在夜空中的運動
那其實是由地球的自轉所造成的
赫歇爾就像一名勘察員，他掃描了天空
為上百個新發現的星雲及雙星編製星表
他又發現銀河系是一個扁平的圓盤
他甚至透過觀測恆星與行星間的相對運動
量測了太陽系在這個圓盤中的運動
然後，在1781年3月13日，赫歇爾發現了一顆新的行星 － 天王星
經過了200多年，直到NASA（美國太空總署）航海家2號太空船的造訪
天文學家才首次近距離觀看這遙遠的世界
在愛爾蘭中部蒼翠而肥沃的鄉間，威廉．帕森斯
這位第三代的羅斯伯爵建造了十九世紀最大的望遠鏡
它擁有一塊巨大的1.8米口徑金屬製的主鏡
這巨大的望遠鏡被稱為「帕森城的龐然大物」
在偶爾晴朗、沒有月光的晚上，伯爵會坐在目鏡的位置
在宇宙星海間航行
前往獵戶座大星雲，現在知道那個是恆星的育嬰室
前進至神祕的蟹狀星雲，那是超新星爆發後的殘骸
還有漩渦星雲？
羅斯伯爵是首位察覺它宏偉螺旋形狀的人
那是一個跟我們的銀河系一樣的星系，有著交錯的暗淡塵埃與發亮氣體
上千億顆恆星，沒有人知道
那裡會不會有像地球一樣的行星
望遠鏡，已經成為我們探索宇宙的主力艦了
2. 愈大愈好
在晚上，你的眼睛會適應黑暗
瞳孔擴大，讓更多的光進入眼睛
因此你能夠看到更暗的物體和恆星
現在，假設你的瞳孔寬達一米
雖然你的樣子一定很奇怪，但你卻有著超凡的視力
而這就是望遠鏡所能做到的效果
望遠鏡就像一個漏斗
它的主鏡用來收集星光，然後一併送進你的眼睛
所以愈大的望遠鏡主鏡，讓你能看到愈暗的物體
因此，尺寸的確主宰一切
但到底能做多大的望遠鏡呢？
如果是一台折射鏡的話，就不能太大
因為星光要穿過透鏡
所以你只能托著透鏡的邊緣
如果透鏡太大就會很重，會因為自身的重量而變形
這意味著影像也會被扭曲
有史以來最大的折射鏡是1897年在芝加哥.葉凱士天文台建造的
它的口徑雖然只有一米多一點
但鏡筒卻不可思議的長達18米
當葉凱士望遠鏡落成，折射式望遠鏡的建造技術也已經接近極限了
要更大的望遠鏡嗎？
用反射鏡吧
在反射式望遠鏡中，由於星光抵達反射鏡後就會反彈，不會穿透鏡片
所以能製造比透鏡薄更多的鏡片，而且能從背後支撐鏡片
因此，反射鏡的口徑能比透鏡大很多
一個世紀以前，大反射鏡來到了加州南部
那時，威爾遜山是一個在聖加百利山脈中較為偏遠的山峰
天空澄明，夜晚漆黑
喬治‧艾勒里‧海爾就在這裡，首先建造了一台1.5米口徑的望遠鏡
雖然口徑小於羅斯伯爵那退役的龐然大物，但卻有更佳的品質
而且地點更佳
海爾說服了當地的商人約翰．胡克，斥資興建口徑2.5米的儀器
數以噸計的玻璃和鉚接鋼材被拖上威爾遜山
胡克望遠鏡終於在1917年建成
並保持了全世界最大望遠鏡的地位達三十年之久
一具宇宙大砲即將對準宇宙發動攻擊
的確，它發起了攻擊
新望遠鏡的口徑不可思議，
觀看影像的方式也出現了轉變
天文學家不再用肉眼從望遠鏡的目鏡觀看
而利用攝影底片置於底部，用好幾小時來收集星光
從來也沒有人看過那麼深邃的宇宙
原來在螺旋星雲中，佈滿了一顆顆的恆星
它們就像我們身處的銀河系，也是一個龐大的恆星系統嗎？
在仙女座大星雲中，愛德溫‧哈柏發現了一類
亮度準確變化的週期性變星
從這個觀測，他推斷出仙女座星雲到我們的距離
差不多有100萬光年
螺旋狀星雲，像仙女座星雲，顯然是一個獨立的個別星系
但這並不是唯一一項不可思議的事情
這些星系大部份都正離開銀河系
在威爾遜山上，哈柏發現近的星系以較慢的速度離開
而遠的星系呢，離開的速度要快得多
結論是？
宇宙正在不斷膨脹
胡克望遠鏡成就了科學家在二十世紀影響最為深遠的天文發現
感謝望遠鏡的出現，讓我們能追溯宇宙的歷史
不到140億年前，宇宙誕生了
一個時間與空間、物質與能量的巨大爆炸，稱為
「大霹靂」
在濃稠的原始宇宙中，微小的量子起伏產生了密度較高的地區
星系就在這些地區凝聚
它們有著各種各樣的大小與形狀
在恆星的核心裡，核融合產生了新的原子
碳、氧、鐵、金
超新星爆發把這些重元素拋回太空
又成為新一代恆星形成的原始材料
甚至包括行星！
在某年某地，以某種方式，簡單的有機分子演化成了生物
在不斷演化的宇宙中，生命是一個奇蹟
我們是星塵
這一個全新的觀點和廣泛流傳的故事
都是由望遠鏡帶給我們的
想想看：如果沒有望遠鏡，我們現在仍然只知道六顆行星
一個月球和幾千顆恆星
天文學會停留在嬰兒時期
像埋藏的寶藏。自上古以來，宇宙的深處
一直召喚著喜愛探索的人
從王子到君主，政界或工業界，都和科學家一樣
感受到浩瀚太空的誘惑。然而透過儀器的投入
使得探索的領域迅速地擴大
喬治‧艾勒里‧海爾有一個最終的夢想
就是建造一台比以前的紀錄還要大兩倍的望遠鏡
讓我們來看二十世紀中年高德劭的老祖母
在帕洛瑪山五米口徑的海爾望遠鏡
可動重量超過500噸，但卻能巧妙地平衡
使得它的移動就像芭蕾舞孃般優雅
它那重40噸的鏡片，能夠顯示出比人眼所見還要暗四千萬倍的星體
海爾望遠鏡在1948年建成，為我們提供了清晰的
行星、星團、星雲，和星系的影像
巨大的木星、還有它眾多的衛星
令人驚嘆的火焰星雲
在獵戶座大星雲中微薄的氣體…
想要更大的望遠鏡嗎？
嗯，蘇聯的天文學家在70年代末期作過嘗試
他們在高加索山脈的高處，建造了「巨型地平裝置望遠鏡」
使用了巨大的6米主鏡
可是卻從來沒有達到人們對它的期望
它太大、太貴，而太複雜
那望遠鏡建造者就要放棄了嗎？
他們要埋葬建造更大望遠鏡的夢想嗎？
望遠鏡的歷史就這麼早要結束了嗎？
嗯，當然不是
今天我們有十米口徑的望遠鏡正在運作
還有更大的在籌劃
解決的辦法是？
新的技術！
3. 新的技術
就像現代汽車的外型早已不像福特T型車，
現代的望遠鏡跟以往的也完全不同
像是五米口徑的海爾望遠鏡
舉個例子，它們的架台變得更為小巧
傳統的架台使用了赤道裝置，當中的一個轉軸
總是和地球的自轉軸平行
要追蹤星空的運動，望遠鏡只需要單純地
以地球自轉的速度繞着這個轉軸轉動
很容易，但需要很大的空間
現代的地平裝置，相對的就小得多
使用這種架台，操作方式就好像一座大炮
只要選好方位、決定仰角就可以了
這裡最大的問題在於追蹤星空的運動
望遠鏡需要用不同的速度讓兩個轉軸一起轉動
而這必須依靠電腦控制才能達到目的
小的架台，建造起來便宜得多
此外，更可以放在小一點的圓頂裡，進一步降低建造成本
也提升了影像的品質
拿夏威夷山上兩個「凱克望遠鏡」為例
雖然它們的10米主鏡比海爾望遠鏡還要大上兩倍
但是它們卻可以放進
比帕洛瑪山上更小的圓頂之內
望遠鏡的鏡片也在進化
以往的鏡片又厚又重
而現代的卻變得又薄又輕
好幾公尺寬的鏡胚在不斷旋轉的巨大鍋爐中鑄造
而它們的厚度還小於20公分
一個複雜而細緻的支撐結構，能夠防止
薄薄的鏡片，因為自身的重量而斷裂
由電腦控制的活塞和推拉桿，也幫助鏡片
保持完美的形狀
這個系統稱作「主動光學」
用來扺消由重力、風力，和溫差
對主鏡所造成的任何變形
那薄鏡片的重量也比較輕
代表着整個支撐結構，包括架台裝置
可以更小巧
也更便宜！
這個是3.6米口徑的「新技術望遠鏡」
由歐洲天文學家在80年代末建造的
它為望遠鏡的各項新技術
提供了測試平台
甚至連外罩跟傳統的天文圓頂也完全不一樣
新技術望遠鏡非常成功
現在到了打破6米口徑障礙的時候了
凱亞峰天文台坐落在太平洋上的最高點
海拔四千二百公尺
遊客在夏威夷的海灘上享受陽光和衝浪
但遠高於他們之上，天文學家冒著刺骨的低溫
和高山症，只為了尋找解開宇宙奧秘的答案
凱克望遠鏡是世界上數一數二的大型望遠鏡
主鏡口徑都是10米，而且非常薄
有如浴室鋪滿瓷磚一樣，每面主鏡都是由36塊六角形面鏡組合而成
每塊的精度都控制在奈米範圍內
這些是真的獻身於觀測星空的巨人
科學界中的泰山北斗
凱亞峰山上夜幕低垂
凱克望遠鏡開始收集來自宇宙深處的光子
結合兩個望遠鏡，有效口徑要
比以往所有的望遠鏡都要大得多
今晚會有甚麼收穫呢？
在數十億光年外一對碰撞中的星系？
一顆垂死的恆星，用盡最後一口氣呼出的行星狀星雲？
還是一顆可能擁有生命的太陽系外行星？
在地球上最乾燥的地方 － 阿塔卡瑪沙漠，帕拉那山上
我們看到了迄今為止所建造最大的天文儀器：
歐洲的「超大望遠鏡」(VLT)
VLT實際上由四座望遠鏡組成
每座都有一塊龐大的8.2米鏡片
「Antu」
「Kueyen」
「Melipal」
「Yepun」
是智利印第安土語中太陽、月亮、南十字以及金星的意思
龐大的主鏡在德國鑄造，在法國進行拋光，再用船運到智利
然後徐徐地運送過沙漠
日落後，天文台的外罩打開
星光落到VLT的鏡片上
帶來了新發現
一束雷射劃破夜空
在大氣中投射出一顆人造的星
就在頭上90公里的位置
波前感測器量度導星的影像
如何受大氣擾動而變形
接着高速電腦指示可變形的鏡片
改變形狀來修正影像的變形
實際上就是讓恆星停止閃爍
這稱為「自適應光學」，是現代
天文學中的絕妙戲法
沒有它，我們所見的宇宙會因為大氣的擾動而變得模糊
但有了它，影像就變得非常敏銳
另一個光學魔法是「干涉測量術」
是把來自兩台獨立的望遠鏡，所接收到的光線
合而為一，但同時保持着
光波間的相對位移
如果精度能做得準確，結果就像讓兩台望遠鏡
形成一台單一且龐大的反射鏡一樣
口徑等於兩鏡之間的距離
實際上，干涉測量為望遠鏡提供了老鷹一般的視力
它讓小型望遠鏡可以得到原本
只能在大型望遠鏡中才能得到的解析力
在凱亞峰山上的這對凱克望遠鏡
經常結合成干涉儀
至於VLT， 4台望遠鏡能同時結合
還有一些小型的輔助望遠鏡也能
加入這個行列，使得影像更加清晰
全球還有其他的大型望遠鏡
「昴」望遠鏡、「雙子星北望遠鏡」在凱亞峰
「雙子星南望遠鏡」、「麥哲倫望遠鏡」在智利
「大型雙筒望遠鏡」在亞利桑納州
它們都建在最佳的觀測點
高曠、乾燥、清澈，及漆黑
它們的眼睛像游泳池一樣大
全部都配搭「自適應光學」以抗衡
大氣的影響
有時候它們的解析力可以達巨型怪獸的程度
這都要感謝干涉測量技術
這是它們所展示給我們的
行星
星雲
一些恆星的真實大小與被擠壓的形狀
一顆冰冷的行星環繞着一顆棕矮星運行
以及巨星環繞着銀河系的核心盤旋
它們被一個超大質量黑洞的重力所操控
我們現在已經遠遠超越伽（ㄍㄚ）俐略的年代了
4. 由銀到矽
四百年前，當伽利略．伽利萊想和其他人分享
他在望遠鏡中所見的影像，他需要用紙筆畫下
滿佈坑洞的月面
舞動的木星衛星
太陽黑子
或是獵戶座中的眾多恆星
他將這些圖，編印成了一本小書
《星際信使》
這是當時他與其他人分享這些發現
的唯一途徑
在超過兩個世紀的時間裡，天文學家也必須是藝術家
凝視著目鏡，詳細地畫下
他們所見的影像
月球上荒涼的景色
木星大氣中的風暴
遙遠星雲中，宛如神秘面紗般的氣體
但有時他們會過度詮釋所見的景象
在火星表面上的黑暗線條，曾被誤認為是運河
讓人們以為這顆紅色行星上有高智生物
現在我們知道，那些「運河」不過是光學上的假象
天文學家真正需要的，是一個客觀的方法，用來記錄
望遠鏡收集到的光線，而不是藉由
他們的腦袋和畫筆，來留下這些訊息
照相技術的出現，成為了救星
月球的第一張銀版相片
是亨利．德雷伯在1840年所拍攝的
雖然當時照相技術才發展不到15年，但天文學家
已經能夠利用這項革命性的種種可能
照相技術是怎麼運作的呢？
嗯，在底片上靈敏的感光乳劑裡
含有細小的鹵化銀顆粒
感光時，它們會轉變成黑色
所以會呈現出一幅黑白相反的星空影像
星星是暗的，而背景是亮的
但照相底片真正的好處是
它能夠連續數小時長時間地曝光
若你只用肉眼觀察夜空
一旦適應了黑暗，即使你看得再久
也不會看到更多的星星
但照相底片卻可以做到
你可以連續收集、疊加數小時的光線
所以曝光愈久，底片上就會顯現出更多
更多
更多的星星
在1950年代，我們利用帕洛瑪天文台的施密特望遠鏡
攝了整個北天星空
得到了將近2000張照相底片，每張曝光時間長達一個小時
真是一項珍貴的寶藏
照相技術將觀測天文學轉化為一門客觀、可測量，而且可以複製的
真正的科學
可是銀的反應較慢
你必須要很有耐心
數位革命改變了一切
矽取代了銀
電腦像素取代了鹵化銀的細小顆粒
現在就算是消費型相機，我們也不再使用照相底片了
而是將影像記錄到一片感光的晶片上
也就是電荷耦合元件，簡稱CCD
專業級CCD的效率非常高
為了進一步地提升靈敏度，得用液態氮
將它們冷卻到遠低於冰點的程度
幾乎每一顆光子都能被記錄下來
這大大減少了曝光所需要的時間
帕洛瑪天文台過去要花一小時所做的巡天觀測
現在藉由CCD，只要用更小的望遠鏡
就可以在短短的數分鐘內完成
「矽革命」還沒有結束
天文學家已經建造了擁有數億像素的
大型CCD相機
讓我們拭目以待吧
數位影像最大的好處就是，嗯，它們是數位的
我們可以隨時在電腦上處理這些影像
天文學家利用專門的軟體去處理
他們所得到的觀測影像
藉由影像的延展或加強對比，即使是天體中最微妙的特徵
也能夠一覽無遺
利用彩色編碼能夠強調並顯現出
肉眼難以辨識的結構
除此而外，如果合併許多張不同顏色濾鏡
所拍攝的同一個天體影像，人們就可以
創造出交融科學與藝術的
壯麗作品
你也可以因為天文學的數位化而受惠
探究和享受這些令人讚嘆的宇宙影像
竟然是如此容易
我們只要輕輕的驅動滑鼠，就可以看到了！
裝備了靈敏電子探測器的自動望遠鏡
正不斷地守望着天空
在新墨西哥州的史隆望遠鏡已經拍攝並編錄了
超過一億個天體
測量了一百萬個星系與我們的距離
還發現了十萬個新的類星體
但是只有一個巡天計畫是不夠的
我們的宇宙正不斷地在變化著
冰彗星來了又去
碎屑沿途散落
小行星擦身而過
遙遠的行星環繞著母恆星運轉，短暫地
阻擋了恆星的一小部份光芒
超新星爆炸，其他地方有新的恆星誕生
脈衝星閃爍著、伽瑪射線爆發…黑洞吸積成長
為了追蹤這些在大自然上演的精彩戲碼，天文學家
希望每年都能進行全天的巡天觀測
或是每個月
甚至是每星期兩次
至少這是「大巡天望遠鏡」雄心勃勃的目標
如果能在2015年完成的話，它的三十億像素相機將會
打開一扇宇宙的直播窗口
這座反射式望遠鏡將遠遠超過天文學家的夢想
每三個晚上就能掃描拍攝幾乎整個夜空
5. 見所不見
當你聽着喜愛的音樂時，你的耳朵所接收到的
音頻範圍其實很寬，由隆隆的重低音
到相當刺耳的高頻
現在，想像一下你只能聽到非常局限
的音頻範圍
那你會錯過許多美好的東西！
但這正是天文學家所實際面對的情況
我們的眼睛只能感應到光線中一段
非常狹窄的範圍 － 那就是可見光
也就是說，我們完全看不到
其他形式的電磁波
然而，宇宙中許多天體都會輻射出
其他波段的電磁波
例如，在1930年代意外地發現
來自太空深處的無線電波訊號
其中一些電波頻率和你喜愛的電台
頻率是一樣的，只是訊號微弱到
讓我們聽不到任何廣播內容
要調校到這個宇宙「電台」
我們需要相關的接收器：電波望遠鏡
它就是一座碟型天線，只不過它接收的是最長的波段
碟面的作用，好像是光學望遠鏡的主鏡
但是無線電波的波長比可見光長很多
碟型天線的表面不必要
像光學鏡片那樣平滑
因此，建造一座大型的電波望遠鏡
比建造一座大型的光學望遠鏡容易得多
而且，在電波波段，更容易進行干涉測量
那是為了提升觀測上的細節
把來自2台不同望遠鏡的光合併
使它們像是一座龐大的單一碟型天線
例如，位於新墨西哥州的特大天線陣
是由27台獨立、直徑25米的天線組成
每座天線都能獨立移動
當天線陣展開到最大時，就像是一個
口徑寬達36公里的龐大碟形天線
那麼在電波下的宇宙是什麼模樣？
嗯，首先，我們的太陽在電波波段下顯得非常明亮
我們銀河系的中心也是如此
還不只這樣
脈衝星是恆星死後遺留的高密度天體
發射出非常狹窄的電波光束
另外，它們的自轉速度可以高達
每秒數百次
所以，脈衝星看上去就像一座旋轉中的電波燈塔
我們所看見的，是一連串非常有規律而快速
的短促電波脈衝
脈衝星因而得名
電波源「仙后座A」事實上是
一顆在17世紀時爆發的超新星遺跡
半人馬座A、天鵝座A與室女座A
這些星系都釋放出大量的電波
這能量來自這些星系中心的超大質量黑洞
這些電波星系和類星體當中，有部份的威力非常強大
即使它們在100億光年外，我們仍然探測得到它們
在此同時，還有一些微弱、波長相對較短的無線電雜音
充斥着整個宇宙
稱為「宇宙微波背景輻射」
它是大霹靂的回波
也是沸騰初生宇宙的餘暉
光譜中的每個部分都有它自己的故事
在毫米波和次毫米波段，天文學家研究
早期宇宙的星系形成
以及我們銀河系中恆星和行星的起源
但這些絕大部分的電磁波都被大氣中的水氣阻擋
要觀測它們，得到比較高而乾燥的地方
例如超乎想像的「拉諾德查南托」高原
它位於智利北部，海拔五千米高，
這兒是建造ALMA的台址
全名為「阿塔卡瑪大型毫米與次毫米波陣列」
當它2014年完工時
將會成為史上最大的天文台
64座各重100噸的天線會共同運作
巨型卡車可以把它們分散搬運到倫敦般大的範圍
以增加影像的細節，或可以把它們拉近集中擺放
來拓寬視野
它們每次都以毫米程度的精度來移動
宇宙中很多天體都會發出紅外線
紅外輻射是由威廉．赫歇爾所發現，又稱為「熱輻射」
因為包括人類在內，所有有溫度的物體
都會放射出紅外線
你可能比想像中還熟悉紅外輻射
因為在地球上，紅外輻射已被應用到
夜視鏡和照相機上
但是要探測遙遠天體發出的微弱紅外線
天文學家需要非常靈敏的探測器，它們必須被冷卻至
只有絕對零度以上數度，以阻絕自身熱輻射的影響
現在，多數大型光學望遠鏡都配備了紅外線照相機
它們能看穿宇宙的塵埃雲，顯示當中
在可見波段無法看到的新生恆星
以這張位於獵戶座著名的恆星育嬰室的可見光照片為例
看看它在紅外線照相機下
是多麼不同
能夠觀測到紅外線，有利於研究
最遙遠的星系
年輕星系中新生恆星會發出大量的紫外線
之後這些紫外線花了上百億年的時間
在不斷膨脹的宇宙中前行
膨脹現象讓光波拉長，當我們接收到它們時
已經偏移成了紅外線
這台別具一格的儀器是位於拉帕瑪的「神奇望遠鏡」（MAGIC）
它搜索天空中的伽瑪射線
這是大自然中能量最高的輻射
人類十分幸運，地球的大氣層
擋住了致命的伽瑪射線
然而它們仍留下足跡讓天文學家研究
它們碰到大氣後會產生
一連串高能粒子
讓MAGIC發現這衍生的微弱光源
還有，這是位於阿根廷的皮埃爾．俄歇天文台
它的外觀甚至不像一台望遠鏡
皮埃爾．俄歇由1600個偵測器組成
分佈在3000平方公里的範圍中
它們捕捉來自遙遠超新星和黑洞的
宇宙射線的衍生粒子
至於那些微中子偵測器，它們建在深礦
海底或南極冰層中
你可以稱它們為望遠鏡嗎？
嗯，有何不可？
畢竟它們也用於觀測宇宙，縱然它們
不是觀測電磁波
微中子是一種難以捉摸的粒子，由太陽內部
或超新星爆發時所產生
甚至在大霹靂中已產生
與其他基本粒子不同，微中子能穿透一般物質
以接近光速行走，也不帶有電荷
雖然這些粒子難以研究，但它們的數量卻很多
每一秒有超過50萬億顆電子微中子由太陽而來
並穿過我們的身體
最後，天文學家和物理學家聯手建造
重力波偵測器
這些「望遠鏡」不會觀測光波或捕捉粒子
它們要量度時空結構中極微小的漣漪
這是愛因斯坦的相對論所預言的概念
依靠這些包羅萬有的儀器，天文學家開啟了全波段的電磁波觀測
並且不斷進步
可是，一些觀測不能單單在地面上進行
那怎麼辦呢？
就看太空望遠鏡了！
6. 衝出地球
哈柏太空望遠鏡
是到今天為止最著名的望遠鏡
這也是實至名歸的
因為哈柏在許多方面都掀起了革命
從現在的技術來說，其實哈柏的主鏡不大
它只有2.4米寬
但它的位置是名符其實的在地球之外
遠高於令影像模糊不清的大氣層，使它能得到
異常清晰的宇宙景觀
而且，哈柏可以看見紫外線和近紅外線
這些光線是地面望遠鏡看不到的
因為它們都被大氣層擋住了
它的照相機和攝譜儀，有些甚至像電話亭一樣大
不停記錄和分析來自宇宙彼岸的光線
而就像任何地面望遠鏡一樣，哈柏也與時具進，不斷升級
太空人會進行艙外保養維修任務
修復損毀的零件
更新舊儀器
使用最新發展的技術
哈柏已經成為觀測天文學的火車頭
徹底地改變了我們對宇宙的理解
全靠其敏銳的目光，哈柏能觀測到火星上的季節變遷
彗星撞木星
側向的土星環
甚至是細小冥王星的表面
它揭示了恆星的生命週期，由它們誕生的最初期
在佈滿塵埃的氣體雲育嬰室的日子，一直到它們告別生命的最後儀式
如垂死的恆星把纖細優雅的星雲慢慢吹送到太空
或是如超新星轟轟烈烈地爆發，亮度幾乎超越其所在的星系
在獵戶座大星雲的深處，哈柏甚至看見新太陽系形成的溫床 －
環抱着新生恆星的塵埃盤，其中可能即將
有行星誕生
太空望遠鏡也曾研究巨大球狀星團中數以千計的個別恆星
球狀星團是宇宙中最古老的恆星家族
當然，還有星系
天文學家從沒有看過這麼多細節
雄偉的螺旋結構、引人入勝的塵埃帶、猛烈的碰撞
當它向空無一物的天區進行極長時間的曝光
更揭示出數千個上百億光年遠的黯淡星系
那些光子在宇宙還很年輕時就已展開旅程
透過這一扇通往遙遠過去的窗口
它研究著不斷演化的宇宙並綻放光芒
哈柏不是太空中唯一的望遠鏡
這是美國NASA在2003年8月發射的史匹哲太空望遠鏡
在某種程度上，它是紅外線版的哈柏
史匹哲有一枚口徑只有85公分的主鏡
然而望遠鏡長期受隔熱盾保護
以阻隔太陽熱力造成的影響
再加上它的探測器放進了一個灌滿液態氦的絕熱容器
在這裏，探測器冷卻至
絕對零度之上數度
使它們變得非常靈敏
史匹哲把充滿麈埃的宇宙掀開
漆黑、密不透光的麈埃雲，當被加熱時
會發出紅外線
由星系碰撞產生的震波把塵埃推掃成鮮明的環狀
和潮汐結構，在當中隨處可見新恆星的誕生
而塵埃也在恆星死亡之時產生
史匹哲發現行星狀星雲和超新星殘骸都充滿了塵埃
那些都是未來製造行星所必須的原料
在其他紅外波段，史匹哲也能看透黑暗的塵埃雲
看到原來藏在塵埃雲中心的恆星
最後，太空望遠鏡的攝譜儀也曾研究
太陽系外行星的大氣，這些行星是木星般的氣體巨星
但只需數天便能繞其母恆星運轉一周
那麼，X射線和伽瑪射線又如何呢？
嗯，它們完全被地球的大氣層阻隔
所以如果沒有太空望遠鏡
天文學家就完全看不到這些高能輻射
X射線和伽瑪射線的太空望遠鏡，展現了一個高溫
高能量、充滿腥風血雨的宇宙，由星系團、黑洞
超新星爆發、以及星系碰撞造成
但是，這些望遠鏡都很難建造
高能輻射波會直接穿透普通的鏡片
X射線只能靠一群鍍上純金的鏡片連接起來聚焦
而伽瑪射線只能透過精密的針孔照相機
或大量的閃爍器進行研究，閃爍器被光子擊中以後
會發出一道可見的閃光
在1990年，NASA發射了「康卜吞伽瑪射線天文台」
當時，它是歷來發射過最大、最重的
科學衛星
可說是一座完美的太空物理實驗室
2008年，GLAST繼承了康卜吞的地位
全稱為「伽瑪射線大視場太空望遠鏡」
它將會研究所有在高能宇宙內的東西
由暗物質到脈衝星
同時，天文學家有兩台X射線望遠鏡放在太空之中
美國NASA的「錢德拉X射線天文台」及歐洲（ESA）的「XMM－牛頓天文台」
都在研究宇宙中最熾熱的地方
這是X射線下的天空
延伸出來的結構是被超新星爆發的衝擊波
加熱至數百萬度的氣體雲
那些明亮的光點是X射線雙星 －是一對中子星或是
正在吞噬着伴星物質的黑洞
這些掉進黑洞的熾熱氣體會釋出X射線
同樣地，X射線望遠鏡揭示出遙遠星系核心的
超大質量黑洞
物質在跌進黑洞旋渦而消失的前一刻
會被加熱至發射X射線
稀薄的熾熱氣體亦佈滿星系團中
星系間的空間
有時候，這些星系團內的氣體會因為星系團間的碰撞與合併
而被震盪並再加熱
伽瑪射線爆發更激動人心，它是宇宙間
所發生的最高能量事件
這些是超大質量、高速自轉的恆星
走到生命盡頭時極端慘烈的大爆發
在少於一秒內，它們釋放出超過太陽
在一百億年所放出的總能量
哈柏、史匹哲、錢德拉、XMM－牛頓和GLAST
都是偉大全能的巨大儀器
但有些太空望遠鏡相對較小而又
有更專門的任務
例如「科羅」
這個法國衛星是專門用於星震學
及太陽系外行星的研究
還有NASA的「雨燕」衛星，這是一台結合X射線和伽瑪射線的天文台
專為解開伽瑪射線爆發之謎而設計的
還有WMAP，「威爾金森微波各向異性探測器」
它在太空僅僅兩年，已經繪製出
異常詳盡的宇宙背景輻射圖
WMAP為宇宙學家帶來到目前為止宇宙最早期的景觀
那是130億年前的景緻
不斷開拓出太空中的新領域，這是望遠鏡的發展過程中
最令人振奮的
那之後會怎麼樣呢？
7. 逐鹿未來
在亞利桑那州，「巨型麥哲倫望遠鏡」的
第一塊鏡片已鑄成
這台巨大的儀器將會安裝在智利的
拉斯坎帕納斯天文台
它由7塊鏡片組成，每塊的直徑都超過8米
組合成花瓣的形狀
它們能收集的光量將會超過
當前任何望遠鏡的4倍以上
計劃在2015年建成的加州「三十米望遠鏡」
可說是凱克望遠鏡的巨大版本
數百塊拼合鏡面構成一面巨大的反射鏡
寬度達六層樓高
歐洲已預備了「歐洲特大望遠鏡」計劃
它的口徑為42米，幾乎有標準奧運泳池那麼大
表面積則是三十米望遠鏡
的2倍
這些未來的龐然大物，不但強化了紅外線觀測能力
也都有靈敏的儀器和自適應光學系統
相信它們將會揭示出宇宙中的
第一代星系和恆星
也許，它們會為我們提供其他太陽系行星
的首張真實照片
但對電波天文學家來說，42米一點都不大
他們會連接許多小型的儀器
組合成一個大型的接收器
在荷蘭，「低頻陣」，簡稱LOFAR
正在建設中
3萬枝天線將會透過光纖連接到一台中央超級電腦
這個新穎的設計沒有任何可動元件
但卻能同時觀察八個不同的方向
LOFAR技術將有助於「平方公里電波陣列」
的落成，這是目前電波天文學家們
願望清單上的首位
這國際性的陣列將會在澳洲或南非興建
大的碟型天線和小的接收器將合力展示出
一片非常詳盡的電波天空
它的總接收面積為1平方公里
這新建的陣列將會是史上最靈敏的
電波望遠鏡
演化中的星系、威力強大的類星體、不停眨眼的脈衝星
沒有任何電波源能成功逃過
平方公里電波陣列的法眼
它甚至有機會接收到由地外文明傳來的
電波訊號
至於太空望遠鏡呢？
哈柏太空望遠鏡在第五次也是最後一次的
維修任務後將服務至2013年左右
大概到那時候，它的繼承者就會升空
那就是「詹姆士.韋伯太空望遠鏡」，這台紅外線太空天文台
是用以前美國航太總署署長之名來命名
抵達太空後，它那6.5米口徑的拼合鏡面
會像花朵一樣展開
感光度比哈柏強7倍
它有一個巨大的遮光罩
一直遮蓋著光學和低溫儀器，讓它們在
接近攝氏零下233度的低溫環境下運作
韋伯太空望遠鏡將不會繞着地球運行
反之，它會停泊在距離地球150萬公里的地方
以寬廣的繞日軌道運行
半個世紀前，帕洛瑪山上的海爾望遠鏡
曾是史上最大的望遠鏡
現在，一台比它還要大的望遠鏡將會在太空的深處飛行
我們只能靠想像去推測它將帶給我們多麼驚人的發現
請密切留意！
在此同時，富創意的工程師常為
新望遠鏡帶來革命性的設計
在加拿大，科學家建造了一台「液態鏡片望遠鏡」
在這種望遠鏡裡，星光不是由一個
固體的鏡子反射，而是用一個盛滿液態水銀的
轉動曲面來反射
這樣的設計讓水銀望遠鏡只可以向上望
但它的優點是比較便宜
而且容易建造
電波天文學家則想把如LOFAR般的小型天線陣列
放在月球的表面
好盡可能遠離來自地球的干擾
說不定有朝一日，還會有一台大型的
光學望遠鏡放在月球的背面呢
而在太空望遠鏡和遮掩圓盤協助底下
X射線天文學家的觀測範圍，將有機會
大大擴展
他們或許還能看到
黑洞的最邊緣
或許有一天，望遠鏡能解答其中一個
一直困擾着人類的問題：在宇宙中，人類孤單嗎？
我們知道在宇宙中還有其他的太陽系
我們甚至猜想有行星和地球一樣
有着液態水
但…
那裡有生命嗎？
要找出這種太陽系外行星是很困難的
它們經常躲在天文學家的視線外
掩藏在其母恆星的強光下
發射到夜空之中的干涉儀也許能提供
一個新穎的解決方案
目前，美國航太總署正考慮一個稱為
「類地行星搜索者」的計劃
而在歐洲，科學家正設計着「達爾文陣列」
6台太空望遠鏡列隊環繞着太陽運行
它們間的距離由雷射控制，可準確至十億分之一公尺
集合起來，它們擁有難以置信的分辨能力，能抵消
恆星所放出的壓倒性光芒，好讓科學家能看見
環繞着其他恆星，像地球般的行星
然後，天文學家必須研究由行星反射出來的光
它帶有行星大氣的光譜指紋
說不定，我們或許在15年內就能探測到
氧氣、甲烷和臭氧的印記
這些都是生命的標記
宇宙充滿着驚喜
夜空帶來的感動從來沒有停止
難怪全球成千上萬的業餘天文愛好者
在每個晴朗的晚上都會外出
為宇宙著迷
他們用的望遠鏡都比
伽俐略當年用的好
他們拍的數位相片甚至勝過了
數十年前的專家所拍攝的照片
天文學家對宇宙知識的渴求，利用望遠鏡
對宇宙進行的探索，也只有400年
，在宇宙中還有很多未被開發的疆土。
自從伽俐略在四個世紀前用他的望遠鏡窺探穹蒼
人類已經向前邁進了一大步
雖然今天我們仍然用着望遠鏡來觀測宇宙
但不再侷限在地球上，早已進入了無窮無盡的太空
人類的根本在於
我們擁有無盡的智慧和求知慾
而我們才剛開始解答着一些
最重要的問題
我們在銀河系中找到了超過300顆行星
也偵測到環繞着遙遠恆星的
行星上，存在着有機分子
這些難以置信的絕妙發現好像是人類探索史上的頂峰
但最好的狀況無疑地尚未來臨
其實，你也可以加入發現者的行列
只要抬頭，去感受！