第一章：從地球?qū)τ钪嫣剿?
　　“宇宙：最后的邊境�！保⊿pace: the final frontier.）
　　這句話出自1987~1994年上映的美國(guó)科幻電視系列劇《新星際迷航》的片頭。
　　這種狀況直到今天仍然沒有改變，宇宙現(xiàn)在仍然充滿了未知的領(lǐng)域，極大地刺激了人類的求知欲。
　　人類自古以來就對(duì)天體的運(yùn)動(dòng)充滿敬畏之情，企圖通過占星術(shù)來理解天體的世界。后來，出現(xiàn)了通過科學(xué)方法去了解宇宙的人，天文學(xué)也從此確立起來。
　　“占星術(shù)”的英語(yǔ)“astrology”和“天文學(xué)”的英語(yǔ)“astronomy”出自同一個(gè)詞源。天文學(xué)可以說是人類最古老的學(xué)問，天文學(xué)家將許許多多的天體或者說宇宙本身作為研究的對(duì)象，利用各種各樣的觀測(cè)器械和電腦，嘗試搞清楚位于遙遠(yuǎn)彼方的天體所顯示出的多種多樣的物理現(xiàn)象。
　　本書將跨越時(shí)間的界限，向被宇宙的不可思議和美麗所吸引的讀者們，展現(xiàn)遙遠(yuǎn)的宇宙盡頭的神秘景象。
　　從我們居住的地球出發(fā)，逐漸擴(kuò)大觀察的范圍，為大家介紹在地球上看不到的各種各樣的現(xiàn)象，以及現(xiàn)在仍然沒有得到解決的宇宙之謎。
　　首先，本書將介紹在我們居住的地球之上，現(xiàn)代的天文學(xué)家是如何對(duì)宇宙進(jìn)行觀測(cè)的。
　　 
　　天體觀測(cè)的“理想地點(diǎn)”在地球上只有三處
　　天體觀測(cè)方法在很久遠(yuǎn)的古代就形成了，它利用的是我們能夠看到的可視光線。
　　簡(jiǎn)單說，透鏡（或者收集光線的反射鏡）的直徑越大，我們用來觀察宇宙的“眼睛”的視力越好。也就是說，只要有一點(diǎn)兒微弱的光線，都可以進(jìn)行觀測(cè)。
　　設(shè)置在夏威夷島上的“昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡”（Subaru Telescope），就是利用可視光線進(jìn)行觀測(cè)的天文望遠(yuǎn)鏡。用來收集天體光線的鏡面直徑達(dá)8.2米，是世界上最大的單鏡望遠(yuǎn)鏡，鏡面精度為0.012微米（μm）。
　　如何理解這個(gè)鏡面精度呢？假設(shè)將鏡面放大到整個(gè)夏威夷島的程度，那么鏡面的彎曲度只有一張紙那么厚，由此可見，鏡面的做工非常精巧。通過這個(gè)鏡片，可以收集到距離十分遙遠(yuǎn)的天體發(fā)出的極其微弱的光線，并且拍攝出準(zhǔn)確的天體影像。
　　日本的天文臺(tái)之所以設(shè)置在夏威夷島上，主要是因?yàn)檫@里優(yōu)越的地理位置。建造在地面上的天文望遠(yuǎn)鏡的最大敵人，實(shí)際上正是大氣層。關(guān)于天體觀測(cè)的最佳條件，共有如下三點(diǎn)：
　　·晴天的時(shí)候多
　　·大氣層對(duì)光線的吸收少
　　·大氣湍流的擾動(dòng)頻率小
　　第一個(gè)條件，只要將望遠(yuǎn)鏡建造在比云層更高的地點(diǎn)即可，在云層之上，當(dāng)然無(wú)論何時(shí)都是晴天。
　　第二個(gè)條件，需要空氣越稀薄越好，這就需要選擇海拔較高的地區(qū)。
　　至于對(duì)第三個(gè)條件產(chǎn)生影響的大氣層，位于平流層和對(duì)流層的交界處，大約1萬(wàn)米左右的高度。在這里會(huì)產(chǎn)生影響整個(gè)地球范圍的湍流（偏西風(fēng)與偏東風(fēng)），其中的一部分甚至?xí)�成為噴射氣流。因此，最適合進(jìn)行天體觀測(cè)的區(qū)域，必須是不受噴射氣流影響的地區(qū)。滿足以上三個(gè)條件，最適合進(jìn)行觀測(cè)的地區(qū)，在地球上只有三處。
　　它們分別是，位于北大西洋的加那利群島西端的拉帕爾馬島（海拔2300米），位于太平洋上的夏威夷島（海拔4200米），以及位于智利安第斯山脈與太平洋之間的阿塔卡馬沙漠（海拔5000米）。夏威夷島集中了各國(guó)最尖端的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和紅外線望遠(yuǎn)鏡、亞毫米波望遠(yuǎn)鏡、射電望遠(yuǎn)鏡等共13臺(tái)，堪稱“天文臺(tái)博物館”。
　　另外，大氣的擾動(dòng)不只發(fā)生在高空。地表附近的空氣流動(dòng)，空氣因?yàn)闇囟壬�高出現(xiàn)的對(duì)流，因?yàn)榈匦螌?dǎo)致的局部空氣渦旋，以及地表附近的湍流都會(huì)擾亂天體發(fā)出的光線。
　　由于這些原因，用來存放望遠(yuǎn)鏡的天文臺(tái)觀測(cè)室（圓頂）也需要經(jīng)過特別的設(shè)計(jì)和建造。比如說，要將望遠(yuǎn)鏡設(shè)置在比周圍更高的場(chǎng)所，觀測(cè)室的形狀也要特別注意，等等。
　　昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)室為了不受大氣湍流的干擾，采用了圓筒形的設(shè)計(jì)，這樣外界的湍流不會(huì)進(jìn)入圓頂之內(nèi)，內(nèi)部的熱量也可以有效地排放出去（彩圖1–1）。據(jù)說為了設(shè)計(jì)出具有這種效果的圓頂，研究人員對(duì)極其復(fù)雜的空氣流動(dòng)進(jìn)行了水流實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬，才最終決定了最合適的形狀。

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