在月球上建立太空望遠鏡是天文學(xué)家長久以來的夢想,因為在沒有大氣和人為干擾的月面環(huán)境下,望遠鏡能更好地捕捉到宇宙深處恒星的微弱光線。不過,通常情況下,對望遠鏡鏡片精確度的要求很高,成本昂貴,而且即使造成,還有如何把它搬運到月球上去的問題。2008年10月,一組國際知名天文學(xué)家和光學(xué)家宣稱,他們或許已經(jīng)找到了在月球上建造“大得令人難以置信”的望遠鏡的“很簡單”的方法。
牛頓早就指出,置于轉(zhuǎn)速恒定的淺容器中的任何液體,都會自然形成拋物面形狀——這與望遠鏡鏡面將星光匯聚到焦點所需的形狀是一樣的。對于建造巨型月球望遠鏡來說,這可能就是關(guān)鍵之所在。
在地球上,只要保證盛液體的容器嚴格地處于水平狀態(tài),并置于一個由轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的同步電機帶動的低震動、低空氣阻尼機構(gòu)上,就可以制造出液面非常完美的液體望遠鏡。旋轉(zhuǎn)速度無需很快。科學(xué)家在實驗室中已經(jīng)制造出了直徑為4米的液體望遠鏡,其轉(zhuǎn)速大約為每小時5千米,和人快步行走的速度差不多。在月球的低重力環(huán)境下,液體望遠鏡的旋轉(zhuǎn)速度可以更慢。
在地球上,大多數(shù)液體望遠鏡都使用水銀。水銀在室溫下為液態(tài),可以反射大約75%的入射光,效果幾乎和銀一樣好。目前世界上最大的液體望遠鏡是加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)的“大型天頂望遠鏡”,直徑為6米,建成于2005年,造價不到100萬美元,只相當(dāng)于一架同樣直徑的固體望遠鏡造價的百分之幾。事實上,成本低廉正是促使科學(xué)家下決心建造月球液體望遠鏡的最大動因。
不過,使用水銀建造月球液體望遠鏡卻是行不通的,因為水銀的密度很大,使得發(fā)射載荷太大,而且水銀還很昂貴。更重要的是,水銀在月面的真空環(huán)境中會很快蒸發(fā)。近年來,科學(xué)家一直在嘗試用被稱為“離子液體”的有機化合物代替水銀來制作液體望遠鏡。所謂離子液體,基本上就是融解的鹽,其蒸發(fā)率幾乎為零,即便在月面的真空下也不會蒸發(fā)。此外,離子液體在極低的溫度下也能保持液態(tài)。目前,科學(xué)家還在設(shè)法合成能在液氮溫度下保持液態(tài)的離子液體。
離子液體的密度比水銀低得多,比水略大。盡管離子液體本身的反射率不高,但卻可以在離子液體望遠鏡的表面形成一層超薄的銀,厚度僅為50~100納米(1納米等于10億分之一米),如此薄的厚度實際上使銀固化了。在太空的真空環(huán)境中,具有極薄銀層的液體望遠鏡既不會蒸發(fā),也不會生銹。如此一來,液體望遠鏡不就成了“固體望遠鏡”。
為了保持液體鏡面的形狀,現(xiàn)在的液體望遠鏡還只能水平放置,否則液體就會流出來。這是否意味著液體望遠鏡不能調(diào)整方向?實際上,科學(xué)家已經(jīng)提出了幾種使液體望遠鏡能夠傾斜的方案,比如在液體望遠鏡的上方懸浮二級固體望遠鏡,又比如讓液體望遠鏡的鏡面本身略微彎曲。這些方法聽起來匪夷所思,但類似技術(shù)已被應(yīng)用于波多黎各阿雷希伯射電望遠鏡。
只要望遠鏡不被放置在地球或月球的極點,那么地球或月球每自轉(zhuǎn)一次,望遠鏡就會隨之掃描天空中的一個環(huán)帶。月球的自轉(zhuǎn)軸以18.6年的周期發(fā)生擺動,因此,月球望遠鏡實際上能觀測一大片天空。
一個非常誘人的想法,是將大型液體望遠鏡放置在月球極地附近?梢园淹h鏡放置在一個永久無光照的隕擊坑的底部附近,那里的溫度很低,對于紅外(熱量)天文學(xué)觀測來說很理想。當(dāng)然,還需要在永久有光照的附近山頂上架設(shè)太陽能電池板,為望遠鏡旋轉(zhuǎn)提供能量。
相對于傳統(tǒng)望遠鏡,總是往上看的液體望遠鏡省去了承重支架、齒輪以及指向控制系統(tǒng)等,因而大大簡化了制造,重量也大為減輕。液體望遠鏡所需的只有液體容器(或許是雨傘狀的,能自行展開),外加幾乎無摩擦的超導(dǎo)軸承及其驅(qū)動電機。據(jù)估計,建造一部直徑20米的月球液體望遠鏡所需的全部材料只有幾噸重,對于美國宇航局計劃在2l世紀20年代發(fā)射的“阿雷斯5號”系列飛船來說,往月球飛一次就足以運送這些材料了。
未來的月球液體望遠鏡的直徑有可能達到100米,也就是比一個足球場還大。如此巨大的望遠鏡,可以一直回望到宇宙的年輕時期,即大約50億年前,那時第一批恒星和星系正在形成;蛟S還會發(fā)現(xiàn)一些意想不到的天體。這真激動人心!
科學(xué)家指出,“在月球上架設(shè)巨型望遠鏡”這一科幻理念,也許很快就能成為現(xiàn)實!
5.下列對文中信息的篩選與整合,錯誤的兩項是( )
A.通常情況下,望遠鏡鏡片精確度的要求很高,成本昂貴。
B.2008年10月,國際知名天文學(xué)家和光學(xué)家宣稱已經(jīng)找到了在月球上建造大望遠鏡的“很簡單”的方法。
C.地球上液體望遠鏡大都使用水銀,液態(tài)水銀可以反射大約75%的入射光,效果幾乎和銀一樣好。
D.科學(xué)家設(shè)想用在液氮溫度下保持液態(tài)的離子液體來制作液體望遠鏡。
E.液體望遠鏡制作成功后,我們可以看到更遙遠的宇宙和天體。
6.根據(jù)原文的內(nèi)容,分析“在月球上建立太空望遠鏡是天文學(xué)家長久以來的夢想”的原因。
7.請聯(lián)系全文,回答科學(xué)家為什么會想到在月球上架設(shè)大型的液體望遠鏡。在月球上架設(shè)液體望遠鏡存在哪些困難?
8.請結(jié)合科普文章的文體特征,分析這篇文章的語言特色。
參考答案:
5.答案 BC 解析 B項原文是“或許已經(jīng)找到”。C項應(yīng)該是“室溫下”的“液態(tài)水銀”。
6.答案 因為在沒有…請點此進入高中說明文閱讀訓(xùn)練答案100則查看完整參考答案(本文答案在第10頁)…設(shè)大型的液體望遠鏡存在的困難”有哪些,難度較低。
8.答案 (1)語言準確周密。如“他們或許已經(jīng)找到了……”中的“或許”,“這可能就是關(guān)鍵之所在”中的“可能”。在描述具體對象時,運用了精確的數(shù)值。如“目前世界上最大的液體望遠鏡……直徑為6米”。(2)語言通俗易懂。如第2自然段中解釋牛頓指出的一個原理。再如,第⑤自然段中解釋在月球上不能用水銀做材料的原因。(3)語言生動有趣。如第1自然段中“長久以來的夢想”,倒數(shù)第4自然段中“一個非常誘人的想法”等。這些詼諧有趣的語句,使讀者在輕松的氣氛中對所要說明的科學(xué)知識加深了印象。解析 考查鑒賞文本語言特色的能力?破瘴,語言要求除了準確周密、通俗易懂外,還要求生動形象,目的便于讀者接受理解。結(jié)合文章的第1自然段、第2自然段、第4自然段以及其他語句分析鑒賞。