你可曾想象过一个人躺在柔软的草坪上，看着夜晚空，看着头顶上闪烁的星星，看着银河随着时间的流逝慢慢旋转的壮观景象。也许你在动画或电影作品中见过这些场景，甚至在一些手机会议中也见过。然而，当我打开窗户向外看时，天空完全变暗了。不管我怎么努力，除了月亮和星星，我只能看见几颗暗淡的星星。
现代人知道夜晚的恒星是宇宙中发光的恒星和反射的行星，这些恒星发出或反射的光经过遥远的宇宙和星际尘埃后最终到达地球。生活在大气层中的人们看着星星，就好像它们被一个透明的塑料盖隔开了一样。
对于工业时代之前的人来说。盖子是高度透明的，毕竟当时没有电灯，小镇只能靠昏暗的蜡烛和煤油灯照明。除了少数富裕地区，大多数人只能依靠月光来照明。在这种不受干扰的环境中，肉眼可以看到天空中大约3000颗恒星，如果范围扩大到整个天球，大约可以看到6000颗恒星。
光看是不够的。你需要什么才能看清星星？
400多年前，一家荷兰眼镜制造商发现，将凸透镜和凹透镜对准在一起可以使远处的物体变得越来越大。这是人类第一次获得一种扩大长期视野的方法。所以他向荷兰议会申请折射望远镜的专利。在专利发布后的第二年，伽利略修改了望远镜，将其放大率从3倍改为30倍。这台望远镜有观察恒星的能力。如果你想知道伽利略的改进有多重要，你可以用手机试试3倍放大和30倍放大的区别。
荷兰望远镜的早期图像来自维基
在获得一架可以放大30倍的望远镜后，人类似乎已经拿到了打开新世界大门的钥匙。伽利略成为人类历史上第一个看到木星卫星的人，第一个看到土星环的人，第一个清楚地看到月球表面的环形山和山谷的人，第一个观察太阳黑子并获得太阳自转的人。他改进的折射望远镜使天文学进入了一个快速发展的时期。然而，由于光学原理，折射望远镜不可避免地存在色差。当时，解决这个问题只需要延长望远镜的焦距。有些人夸大其词，创造了焦距为180米的望远镜，但这种望远镜根本不实用。
维基折射望远镜照片
幸运的是，牛顿生来就有水平空的望远镜，并发明了反射式望远镜。这种新望远镜不仅消除了色差，而且容易产生更短的焦距比，比折射望远镜带来更宽的视野。除了光学原理带来的观测优势外，采用光学反射原理的牛顿型望远镜内部不需要透镜，与传统的折射型望远镜相比，生产成本也大大降低，更适合大规模推广。
来自维基的牛顿望远镜图像
到20世纪初，很少有人制造出体积庞大、制造复杂的大型折射望远镜。当时，实际投入使用的最大折射望远镜是芝加哥大学耶克斯天文台的40英寸(1.02米)望远镜。20世纪建造的大多数光学望远镜已经被更小更好反射的望远镜所取代。反射式望远镜仅通过放大透镜就能获得较高分辨率的图像，但很难用单片玻璃作为直径超过8米的透镜，因此蜂窝拼接镜已成为超大型望远镜的理想选择。
来自WIKI的望远镜镜头尺寸对比图像
地面光学望远镜的局限性
只有无限放大望远镜镜头，我们才能更好地观察宇宙吗？没那么简单。在20世纪中叶，家用电器和灯泡已经逐渐普及到每个家庭，在发达地区的城市里，天空的灯是明亮的。从泰空看地球，城市的灯光像棋盘一样遍布大地。然而，与城市灯光相比，天空为0+的星星实际上非常暗淡。即使是夜晚最亮的月亮也没有比路上的路灯更好的照明效果。此外，一个城市可能有几十万盏灯，而一个地区可能有几个城市相连。因此，在光污染严重的城市附近，人们几乎无法用肉眼看到天空中的银河。
宇宙俯瞰城市之夜空美国宇航局图像
严重的城市光污染也是对天文望远镜观测活动的一大挑战。除了把天文望远镜移到荒凉的山顶和小岛上，没有别的好办法。除了地面的光污染，科学家今天还必须面对来自天空的光污染。例如，马斯克的卫星链计划将把近12，000颗小型卫星送入低地球轨道。
天文望远镜中的人工发光体
这些小型卫星携带的太阳能电池板和天线将反射阳光。虽然我们在白天看不到它们，但在晚上它们是明亮的星星。如果只有1200颗这样的卫星，当然，这不是一个大问题，但如果马斯克的卫星超过所有人类以前发射的卫星，地面观测站的观测将受到严重干扰。
天空中这么多卫星会发生什么？
想象卫星像火车一样排成一条0+的长队穿过。这对光学望远镜是一个致命的打击，因为它们的成像质量在很大程度上取决于环境。虽然马斯克说太空X将使用涂层来降低卫星的反照率，但目前的测试结果并不符合天文学家的要求。
地面做不到。你能把望远镜移到天空吗？
既然地球环境对天文观测有如此多的干扰因素，为什么不把天文望远镜移入宇宙呢？早在1946年，天文学家莱曼·斯必泽就提出了空天文台的想法。直到1990年，哈勃望远镜最终被放置在低地球轨道，发现号航天飞机达到0+。哈勃的直径为2.4米，长度约为16米，尽管它的尺寸小于地面望远镜的一小部分。然而，它可以在没有大气干扰的情况下，在太空时以比地面望远镜更高的分辨率和更好的效果拍摄照片，并且它还可以观察地面望远镜无法观察到的红外和紫外波段。
美国宇航局哈勃望远镜图像
截至2018年，哈勃望远镜已经探测到43500个天体，完成了超过150万次的观测任务。我们熟知的许多宇宙壮丽照片都是由哈勃望远镜拍摄的。它发回的数据已经给天文学家发送了超过15000篇科学论文，引用次数超过738000次。可以说，哈勃望远镜是当代天文学家最明亮的眼睛。有了哈勃望远镜，天文学再次进入了一个快速发展的时期。
这些图像都来自美国宇航局哈勃望远镜的图像。
2012年，美国宇航局发布了哈勃深度空图像，其中包括过去10年哈勃望远镜拍摄的图像。经过进一步处理，哈勃望远镜在132亿年前捕获了星系，总曝光时间为200万秒，相当于在一个区域拍摄23天。在最暗的星系中，光度甚至是肉眼可以分辨的低光度线的1/100000000(10亿分之一)。这也是人类第一次看到宇宙的诞生。
然而，这是哈勃望远镜的极限。作为一个已经使用了近30年的0+望远镜，航天飞机已经退役，不能再修理了，哈勃已经到了它的生命尽头。幸运的是，美国宇航局为哈勃-詹姆斯·韦伯空望远镜(JWST)准备了一个新的继任者。
航天飞机维护美国宇航局哈勃照片
在后哈勃时代，人们如何观察恒星空？
哈勃望远镜已经向我们展示了132亿年前的宇宙，但是人类仍然想看得更远更清楚。早期宇宙的可见光已经转移到红外波段。直接观察红外光谱显然更方便。然而，大气层吸收红外线，不适合在红外波段进行天文观测，因此空之间的红外望远镜成为完成这项任务的最佳选择。为了满足观测宇宙初级阶段的需要，美国航天局在20世纪90年代发射了詹姆斯·韦伯空望远镜。
它采用蜂窝拼接镜的设计。镀金镜子的直径为6.5米，焦距为131.4米，镜面面积是哈勃望远镜的5倍多。我们知道红外线对温度非常敏感。为了保证红外探测设备的正常运行，詹姆斯·韦伯空望远镜的反射镜和摄像系统必须在低于50K的温度下工作。
左边的哈勃望远镜和右边的詹姆斯·韦伯望远镜
太空没有大气遮阳伞，所以美国宇航局在望远镜展开后设计了五把面积为300平方米的遮阳伞。这些伞重叠在一起，足以将镜头温度从35万降到5万..这些雨伞不仅面积大，而且重量轻。为了减轻火箭的负担，每个遮阳层的厚度只有25微米(第一层为50微米)，几乎只有两根头发宽。在发射过程中，5层的遮阳伞将被折叠起来，并在too 空中展开。仅这一点就说明了这项技术有多复杂。
美国宇航局320平方米遮阳伞的照片
由于红外探测对低热辐射的特殊要求，詹姆斯.韦伯望远镜的遮阳伞必须既能遮挡阳光又能遮挡地球的反射。这要求太阳和地球总是在同一个方向。根据拉格朗日定理，在地球和太阳的引力作用下，航天器可以稳定地停留在L1~L5。
美国宇航局L2图像中的詹姆斯·韦伯空望远镜
也许你会想，只要你不在环绕地球的轨道上，你能实现同样的目标吗？在这些位置确实有装有红外探测器的宇宙飞船。美国宇航局在2003年发射的斯皮策空望远镜位于地球轨道后面围绕太阳的轨道上。由于相对于太阳的公转速度较慢，卫星将以每年0.1天文单位的速度逐渐远离地球，最终到达L3位置，完全中断与地球的连接。詹姆斯·韦伯所在的L2轨道离地球更近，轨道更稳定，通信也更方便。
然而，向离地球很远的L2发射卫星也是非常危险的。如果发射失败，这意味着美国宇航局已经开发了一个20年、100亿美元的望远镜，击中了水漂。为了确保发射的安全，詹姆斯·韦伯望远镜不断在地面进行模拟实验，发射将从2018年跳到2021年。今年美国新的皇冠流行病再次中断了研发工作。如果今年内疫情得不到有效控制，明年的发射任务可能会继续逃票。
国际天文望远镜发展良好。中国怎么样？
此外，美国和欧盟仍在积极开发空天文望远镜。中国也开始增加对天文望远镜的投资。除了2016年在贵州建造的快速射电望远镜，空望远镜也在议程上。当中国载人航天工程办公室在2013年正式宣布中国空站的名称时，它提到其中一个实验模块被命名为“天空测量”，该模块的核心是一个2米孔径的天基望远镜。
天空测量是实验模块二
然而，2016年，中国载人航天工程的总设计师周建平表示，未来将单独发射一个10吨重的光学模块，以维持与空空间站的同轨飞行。换句话说，中国已经放弃了与0+望远镜集成的望远镜结构，转而开发了类似于哈勃的0+望远镜。
根据周建平的说法，这台2米空望远镜的分辨率相当于哈勃的，它的视场是哈勃的300多倍，并且它和空望远镜在同一轨道上飞行。这类似于航天飞机修理哈勃望远镜。当空和空之间的望远镜需要维修时，站在空之间的宇航员通过机械臂直接对其进行维修，提高了维修的便利性。然而，天空观测望远镜将于何时发射？官方消息尚未出现。微博上的一条消息称，它将于2024年推出。无论如何，这将是中国第一台公共波段空望远镜，值得期待。
在末尾写
照片来自:unsplash
几百万年前，人们仰望天空中的星星，也许只是为了满足他们的好奇心，或者是为了找到对他们心灵的支持。然而，随着研究的逐步深入，人类意识到他们可能不是恒星空中唯一的生命。从地心到日心说，最后到大爆炸，人类探索恒星越多，他们对自身重要性的理解就越深刻。
为什么人们尽管知道自己很小，却勇敢地探索星星空呢？也许是对未知的恐惧驱使人类不断探索。
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