干涉測(cè)量是解決天文學(xué)前沿最緊迫問(wèn)題的唯一途徑

與當(dāng)天文學(xué)家用直徑達(dá)30米的鏡面建造的價(jià)值數(shù)十億美元的望遠(yuǎn)鏡相比，今年7月在美國(guó)新墨西哥州南巴爾迪山頂安裝的直徑1.4米的天文儀器似乎有點(diǎn)像是“兒戲”。但在接下來(lái)幾年，另外9架相同的望遠(yuǎn)鏡將會(huì)與它在這個(gè)海拔3200米的覆蓋著綠色植被的山頂會(huì)合，形成一個(gè)“Y”字形的陣列，從而在細(xì)節(jié)觀察上超過(guò)任何其他光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。當(dāng)其在2025年前后竣工時(shí)，這個(gè)耗資兩億美元的馬格達(dá)萊納山脊天文臺(tái)干涉儀（MROI）的分辨率將可以與直徑為347米的巨型望遠(yuǎn)鏡相媲美。

7月，一個(gè)光學(xué)干涉儀的10個(gè)直徑1.4米望遠(yuǎn)鏡之一將觀測(cè)天穹

MROI的小型望遠(yuǎn)鏡陣列不能與其大規(guī)?！氨碛H”的聚光能力相匹敵，因此它將局限于明亮的目標(biāo)。但通過(guò)結(jié)合分散的望遠(yuǎn)鏡發(fā)出的光，它有望辨認(rèn)出恒星表面的小型結(jié)構(gòu)，對(duì)新生恒星周?chē)膲m埃成像，并觀測(cè)到一些星系中心的超大質(zhì)量黑洞。它甚至可以辨認(rèn)出地球同步軌道（距離地球36000公里的高空）上厘米級(jí)的細(xì)節(jié)，從而偵察間諜衛(wèi)星。

美國(guó)空軍希望能夠監(jiān)控本國(guó)和其他國(guó)家的軌道資產(chǎn)，這正是其資助MROI的一個(gè)原因。MROI項(xiàng)目科學(xué)家、新墨西哥礦業(yè)與技術(shù)研究所天文學(xué)家Michelle Creech Eakman說(shuō)：“他們想知道軌道探測(cè)器是吊桿斷裂了，還是部分光伏板崩潰了？”如果該設(shè)備成功，其最大的影響可能是在天文學(xué)領(lǐng)域，它將引起人們對(duì)光學(xué)干涉量度法前景的新關(guān)注，這是通過(guò)相對(duì)較小的、廉價(jià)的望遠(yuǎn)鏡提取精細(xì)清晰圖像的強(qiáng)大但富有挑戰(zhàn)性的策略。

但MROI卻像光學(xué)干涉測(cè)量技術(shù)自身一樣進(jìn)展緩慢。美國(guó)海軍從2000年開(kāi)始為該設(shè)施提供資金，但隨后對(duì)它失去了興趣，并于2011年撤出。該陣列除了前三架望遠(yuǎn)鏡之外，空軍的支持尚不確定。“如果它們出于某種可怕的原因失敗了，那將是我們所有人的災(zāi)難?！备呓欠直媛侍煳闹行模–HARA，由6架直徑1米的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡組成的位于加州洛杉磯威爾遜山頂?shù)年嚵校└敝魅蜹heo ten Brummelaar說(shuō)。

射電天文學(xué)相對(duì)比較容易。其較長(zhǎng)的無(wú)線電波意味著來(lái)自不同蝶形天線的數(shù)據(jù)可以被記錄下來(lái)、進(jìn)行數(shù)字化并用原子鐘計(jì)時(shí)，然后再綜合起來(lái)進(jìn)行分析。但光學(xué)干涉技術(shù)要復(fù)雜得多：可見(jiàn)光波長(zhǎng)較短，并以太赫茲頻率運(yùn)行，尚不能被任何電子系統(tǒng)數(shù)字化。因此，其光線必須以納米精度實(shí)時(shí)融合。

20世紀(jì)90年代，光纖、激光和計(jì)算機(jī)的發(fā)展讓凱克天文臺(tái)的兩架直徑10米望遠(yuǎn)鏡（相距85米位于夏威夷莫納基亞山頂）可作為光學(xué)干涉儀被使用。但該系統(tǒng)至少需要美國(guó)宇航局（NASA）資助的另外4臺(tái)“懸臂”望遠(yuǎn)鏡才能充分發(fā)揮作用，而懸臂在2006年已被取消，因?yàn)橄耐耐林用裾J(rèn)為莫納亞克山山頂是圣地，因此抗議該設(shè)施。亞利桑那州弗拉格斯塔夫附近的海軍精密光學(xué)干涉儀（NPOI）首席科學(xué)家Gerard van Belle說(shuō)：“干涉技術(shù)在NASA仍然是一個(gè)黯淡的詞匯?！?/p>

路易斯安那州立大學(xué)天文學(xué)家Tabetha Boyajian說(shuō)，許多天文學(xué)家忽略了光學(xué)干涉技術(shù)近來(lái)的成就。她曾用CHARA進(jìn)行過(guò)恒星規(guī)模調(diào)查。她說(shuō)，天文學(xué)家在了解了這項(xiàng)技術(shù)的潛力后會(huì)感到驚訝?！澳銜?huì)聽(tīng)到，‘哇，我如何把它用到我的科學(xué)研究中？’”她說(shuō)。

CHARA和其他光學(xué)望遠(yuǎn)鏡陣列已經(jīng)對(duì)快速旋轉(zhuǎn)的恒星被擠壓的形狀進(jìn)行了成像，捕捉到恒星表面移動(dòng)的太陽(yáng)黑子，拍攝到雙星伴星交換物質(zhì)的過(guò)程，并實(shí)時(shí)觀察了圍繞銀河系中心黑洞旋轉(zhuǎn)的物體。在連接了智利阿塔卡馬沙漠超大望遠(yuǎn)鏡（VLT）的4臺(tái)直徑8.2米的望遠(yuǎn)鏡之后，歐洲南方天文臺(tái)的研究人員去年在距離地球530光年之外的恒星表面發(fā)現(xiàn)了沸騰的對(duì)流單體。一種新紅外儀或能使干涉儀對(duì)正在形成行星的其他恒星周?chē)臏嘏瘔m埃盤(pán)進(jìn)行成像。

盡管之前遇到過(guò)挫折，NASA仍在支持由亞利桑那州格雷厄姆山頂大雙筒望遠(yuǎn)鏡的兩個(gè)直徑8.4米的鏡面構(gòu)成的干涉儀。今年，那里的科學(xué)家宣布他們用干涉測(cè)量技術(shù)發(fā)現(xiàn)，很多年輕的恒星系包含的塵埃比預(yù)期少，這對(duì)于想直接給系外行星成像的天文學(xué)家來(lái)說(shuō)是個(gè)好消息。

一旦完工，MROI的望遠(yuǎn)鏡將比任何其他干涉儀的分布都更廣泛，從而使其具有更高的分辨率。它還將測(cè)試結(jié)合來(lái)自多個(gè)望遠(yuǎn)鏡的星光的新技術(shù)，從而簡(jiǎn)化這一過(guò)程。如果它能達(dá)到預(yù)期，該天文臺(tái)將可以在未來(lái)10年的評(píng)估中讓光學(xué)干涉技術(shù)大幅提升。到2030年10年調(diào)查時(shí)，CHARA成員、安阿伯市密歇根大學(xué)物理學(xué)家John Monnier希望，行星形成成像儀（一個(gè)由12架望遠(yuǎn)鏡構(gòu)成的1公里基線的光學(xué)干涉儀）能夠獲得穩(wěn)定的支持，從而通過(guò)它了解年輕恒星的塵埃盤(pán)，以及新生行星的塵埃盤(pán)。

到那時(shí)，NASA也將為發(fā)射太空光學(xué)干涉儀做好準(zhǔn)備。2007年，該機(jī)構(gòu)放棄了“類(lèi)地行星發(fā)現(xiàn)者”計(jì)劃，這是由4架望遠(yuǎn)鏡構(gòu)成的一個(gè)軌道陣列，旨在對(duì)其他恒星周?chē)男行沁M(jìn)行成像?，F(xiàn)在，該機(jī)構(gòu)或許更容易接受空間干涉儀，因?yàn)轭?lèi)似6.5米高的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（將于2021年發(fā)射）等巨型太空望遠(yuǎn)鏡會(huì)對(duì)運(yùn)載火箭的載荷造成壓力。