液体镜面望远镜

水银反射式望远镜的最大弱点是只能垂直观测上方的一小块天空，不能倾斜，否则水银就会溢出，因此观测的天空区域狭窄，就像"坐井观天"。后来，天文学家又制造出了可以旋转的水银反射式望远镜，这样不仅能观测正上方非常狭小的天空，而且在天体经过水银反射式望远镜上方时望远镜还可以通过旋转跟踪天体半小时。对水银反射式望远镜而言，这是一个不小的进展。现在，天文学家甚至能通过改变水银盘的旋转速度，改变水银反射式望远镜的焦距。

水银反射式望远镜的另外一个缺点就是会挥发出有毒的水银蒸气。在镜面开始形成时，水银蒸气量较大，操作人员应戴上防护面罩。但几小时后，在表面形成一层氧化膜，水银的蒸发量就会大大减少。

水银反射式望远镜还有一个缺点是怕振动和风吹。由于水银形成的是凹面，望远镜微小的振动都会影响其凹面的精度，因此，水银反射式望远镜需要安装在混凝土底座上，并和周围的建筑物隔离。

在月球没有大气，重力小，能排除人为干扰，月球是天文学家观测宇宙的理想观测地。科学家多年来梦想在月球上建造一种液体镜面望远镜，用反射液体旋转盘充当主镜。已有加拿大和美国科学家宣布在这一研究上取得重大突破，找到了能替代易在低温下凝固的水银，作为反射液体的材料。

加拿大拉瓦尔大学物理学家埃尔曼诺·博拉领导的加美两国科研队伍在出版的英国《自然》杂志上发表报告，宣布在月球液体镜面望远镜研究上取得技术突破。

在月球上建立太空望远镜是天文学家长久以来的梦想。在没有大气和人为干扰的环境下，望远镜能更好捕捉到宇宙深处恒星的微弱光线。但是，望远镜的磨光镜片成本非常高昂，精确度要求很高。即使造成，还有如何把它搬运到月球上的问题。

为了使月球观测成为事实，科学界很早开始设想在月球上建造一种液体镜面望远镜，用反射液体旋转盘充当望远镜主镜，既能降低成本，又能避免运输途中的危险。 他们找到一种能替代水银的反射液体材料，与水银相比，它们更不容易在低温下凝固。研究人员把一种防水溶剂ECOENG212加到液体铬里，然后把水银铺在液体铬上，得出的液体镜面质量"极为出色"，而且液体镜在持续数月的研究过程中始终保持稳定。

缺憾之处在于，镜面反射性能还没有达到标准，溶剂凝固点虽已降至零下98摄氏度，而月球温度最低可能到零下130摄氏度。不过，科研人员认为，ECOENG212只是众多离子化合物中的一种，并不是唯一的溶剂选择。因此，他们对找到替代水银的最佳材料保持乐观态度。

报告说:"至少还有100万种单一成分的离子性液体以及一万亿种三重成分的离子性液体，因此我们还有很多选择，足以找到最佳液体材料，尽量降低凝固点，提高稳定性。"科学家说，如果研制成功，月球液体镜面望远镜何时登月将部分取决于人类何时重返月球。

报告说，小型月球液体镜面望远镜能够自动完成安装，像伞一样展开旋转盘。然而大型月球液体镜面望远镜不仅需要大量资金投入，还需要人工安装。

也有一些人质疑这种月球望远镜还存在其他局限，因为液体镜面不能倾斜，因此只能从部分角度观察天空。观察者如果想追踪天空中某一物体的踪迹，用月球望远镜恐怕很难做到。

制作水银反射式望远镜特别简单，水银反射式望远镜的凹面用45秒的时间就可以成形。技术人员先把水银注入一个抛物面形的盘子中，使其覆盖盘子的大部分表面。然后旋转盘子，使水银在离心力的作用下散开，形成一层1~2毫米厚的抛物面薄膜。

由于水银有较大的表面张力，制作完成的水银表面上有时会出一些小孔。当出现这种情况时，可以重复操作一次。一般的操作人员经过几天的实际练习，都能"旋转"出完全没有小孔的光洁如镜的水银薄膜凹面镜。

这种水银反射式望远镜的价格比玻璃反射式望远镜便宜得多。

目前最大的单镜面反射望远镜的口径已达 8.2米，譬如日本天文台在美国夏威夷建造的昴星团望远镜。如果制造更大的单块镜面，工艺上有很大困难，而且价格过于昂贵，因而近年来提出用多镜面望远镜来增大有效口径。

典型是欧洲南方天文台的甚大望远镜(VLT)，其中VLT四台望远镜的主镜口径均为8.2米，组合等效口径为16米。

多镜面望远镜的主要优点是:合成的口径大，镜筒很短，因而望远镜装架坚固，观测室的尺寸不大，造价显著降低。

1971年美国开始研制第一架多镜面望远镜(MMT),安装在霍普金斯山，1979年运转，主要用作天体的红外辐射观测。这架望远镜由六个口径各为 1.8米的卡塞格林望远镜组成。六个望远镜绕中心轴排成六角形，六束会聚光各经一块平面镜射向一个六面光束合成器，后者把六束光聚在一个共同焦点上。组合后的口径相当于 4.5米。光轴上有76厘米卡塞格林望远镜。它除用于导星外，主要用来发出检测六个镜筒的光学系统的激光。每个镜筒内的副镜可受控而作微小的转动和伸缩，以校正被激光及其硅检测器检出的失调量。这种能随时对光束进行校正的光学技术称为"主动光学"。六个镜筒的星像既可以互相重合，也可以沿恒星摄谱仪狭缝排成一行以提高星光的利用率。VLT采用了更为先进的光学干涉技术，组成它的4个8.2米单镜既能单独使用，又能组合起来，达到一个16米口镜望远镜的集光力和分辨力。

另一种多镜面方案，则是把很多圆形或六角形的镜面直接排列起来， 利用精度极高的定位系统使它们的镜面处于一个共同的大抛物面上，每个镜面成为抛物面主镜的一部分。例如美国霍比-埃伯利望远镜(Hobby-Eberly Telescope，HET)位于美国得克萨斯州的麦克唐纳天文台，口径为9.2米，是一台固定机架的球面望远镜。HET主镜由91块八边形的子镜面拼接而成，等效口径9.2米，焦距13.08米。每个子镜面直径1米，厚5厘米，用超低膨胀的微晶玻璃制成。位于美国夏威夷的莫纳克亚山上的两台凯克望远镜(口径10米)也采用了这种技术。

正在建造和研制中的巨型麦哲伦望远镜(GMT,口径25米)和 欧洲极大望远镜(E-ELT，口径39米)也是采用了多镜面主动光学技术。