从望远镜发展看近代大国兴衰史

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望远镜诞生至今已经四百多年了，这段时间也正好是人类科技突飞猛进，社会大变革、科技大国轮番登场引领时代、精彩纷呈的时期。很容易看出：这个时期，“强国”的含义就是科技整体水平的遥遥领先。也就是：“知识就是力量”，“科学技术是第一生产力”。

科技的东西那么多，为什么要用望远镜来代表？不就是一个筒子上装几块玻璃的玩意儿吗？有啥不凡之处？

首先说明，作为一个从小就是望远镜发烧友的人来说，拿望远镜说事儿，确实有个人情感成分在里面。不过更重要的是，没有无缘无故的爱，这情感是有原因的，望远镜本身的内涵是极其深刻的，其中每个细节都凝聚着人类智慧的精华，非常优雅地折射出所处时代的整体科技、艺术、工程、生产组织管理水平。高品质望远镜的制造，是标准的精雕细琢，每个细节都需要制作得极为考究，其中的科学原理与工程实践问题非常适合钻牛角尖，制成之后带给人们的艺术享受也是无穷的，所以这个领域自然成了发烧界人士的乐土——那什么“工匠精神”说的就是这个吧。

所以，望远镜的美就在于它考的是硬功夫，看起来很简单，实则不然！其中一点点的进展都要靠背后很多技术进步来堆积。就像一个武功盖世的高手，表面看他的动作平淡无奇，可是那一个出神入化的动作没有几十年功力的话是根本谈不上的。

好了，背景缘起就说到这里。这个帖子主要是谈和投资相关的内容，所以尽量不扯技术上的问题。下面我们就来梳理一下望远镜发展的历史脉络，看看和近代大国的兴衰有着怎样奇妙的关系。

望远镜发明前，人类要看远处怎么办？嘿嘿，有“千里眼”啊！中国古籍上就记载有人直接肉眼看到木星卫星的，所以伽利略通过望远镜看到木星卫星还真不能自以为是号称人类有史以来看到木星卫星的第一人。另外，大数学家高斯他妈也是“千里眼”，有一次高斯叫他妈来看自己望远镜里金星的样子，想给她老人家一个意外，结果他妈看了之后问自己的儿：怎么望远镜里金星弯弯的方向和我眼睛直接看的方向是相反的啊？我估计高斯顿时只能这个表情了 她老人家视力居然好到能直接看到金星的位相。果然是神母生神童！

人类在使用玻璃制作的眼镜几百年之后，到了1608年，望远镜才在荷兰，由眼镜商李帕希（Hans Lippershey）发明。不到一年，意大利的伽利略就知道了，做出了自己的望远镜，1609年他第一次用望远镜看到了月亮上的环形山……打开了人类的新视野。从此以后人们就踏上了望远镜的漫漫发烧路。下面就顺次列举这些著名的发烧友以及他们的镜子（注意，为版面简明，后面的事件有好几个的，发生时间并不局限于前面时间列表，不再单独标注）：

1608 【荷兰】李帕希（Lippershey）：发明望远镜。

1609 【意大利】伽利略（Galileo）：将望远镜指向天空。

1611 【德国】开普勒 （Kepler）：《屈光学》；发明后来以他名字命名的望远镜结构。

1656 【荷兰】惠更斯（Huygens）：《论光》；发明后来以他名字命名的消色差目镜；先后制成长3.6米、7米和37.5米的望远镜。

1663 【英国】格里高利（Gregory）：《光学进展》提出后来以他名字命名的反射式望远镜结构。

1668 【英国】牛顿（Newton）：发明以他名字命名的反射式望远镜结构，并先后做出口径1吋和2吋的两个小样品，主镜为金属球面镜；《光学》。

1672 【法国】卡塞格林（Cassegrain）：发明以他名字命名的反射式望远镜结构。

1673 【德国】赫维留（Hevelius）：先后建造长18米、22米、46 米的巨型望远镜！

1675 【法国】卡西尼（Cassini）：发现土星环缝，后来以他的名字命名。他使用的望远镜由罗马制造，其焦距也是十数米到几十米不等。

1722 【英国】布拉德雷(Bradley)：测量金星直径所用望远镜有65米长！

1722 【英国】哈德雷（Hadley）：真正制成一架实用的口径6吋的抛物面高素质反射式望远镜，开启了反射式望远镜的时代。

1758 【英国】道兰德(Dollond)：制成世界上第一个实用消色差透镜。折射镜在业余发烧友中永远最有魅力，要归功于消色差透镜的发明。

1789 【英国】赫歇尔（Herschel）：建成当时最大望远镜，1.3米口径反射镜（金属主镜）。

1824 【德国】夫琅和费（Fraunhofer）：制成口径24厘米消色差折射镜。此镜在今天看来，仍旧品质非凡。

1845 【英国】帕森斯（Parsons）也就是罗斯伯爵（Earl of Rosse）：建成口径为1.82米的巨型反射镜（金属主镜），刷新当时世界纪录。

1856 【德国】斯坦海尔（Steinheil）：提出玻璃镜面镀银法; 次年，傅科也独立提出这一方法。

1859 【法国】傅科（Foucault）：发明简单而高精度的镜面检测方法——刀口法。

1897 【美国】克拉克（Clark）：为叶凯士（Yerkes）天文台建成口径1.02米的创人类历史纪录的最大折射镜。这个纪录估计会永远保持。

1917 【美国】胡克（Hooker）望远镜：口径2.5米，刷新世界纪录。位于威尔逊山（Mount Wilson）。

1930 【德国】施密特（Schmidt）：提出以他名字命名的折反射望远镜结构。

1944 【苏联】马克苏托夫（Maksutov）：提出以他名字命名的折反射望远镜结构。

1948 【美国】海尔（Hale）望远镜：口径5米，刷新世界纪录。单片大型主镜发展到尽头。位于帕洛马山（Mount Palomar）。

1969 【苏联】口径6米，位于前苏联高加索北部的帕斯土霍夫山上，虽然口径刷新当时世界纪录，但是品质不佳，实际效果不如美国的5米镜。美苏两国当时死磕，在这上面也在较劲。

1990 【美国】哈勃太空望远镜（HST）：口径2.4米，是人类首次摆脱大气层的大型望远镜。迄今为止，收获了许多重大发现。

1993 【美国】凯克（Keck）双筒：口径10米，成功实现了镜片拼接技术。位于夏威夷莫纳克亚（Mauna Kea）。

2001 【欧洲】“甚大望远镜”(VLT)：由4架口径8米的望远镜组成，其聚光能力与一架口径16米的反射望远镜相当。位于智利欧洲南方天文台。

以上就是过去四百多年人类望远镜发烧历程（仅限光学望远镜部分），一些重要转折点的简单勾勒。非常明显，这些关键技术突破发生地完全是随着世界经济、科技的领头羊在移动。看看和下面这张图是否很吻合呢？



近代世界人类社会发展的主要线索就是：发展科技！这和几千年前的主题很不相同。

搞清了过去四百多年世界望远镜的发展，回过头来看中国的望远镜在这段时间是个什么情况呢？民间可考的资料几乎为零。但是从清宫旧藏的西洋仪器，特别是其中相当数量清初的望远镜可以知道宫廷里其实是紧跟时代步伐的。实际上望远镜发明没多久，就有传教士把它传到中国了，也就是明朝时候就有了。当然，中国社会的兴趣不在这边，没有意识到大时代主题的变化。

然后，大家都知道的就是最近的事了。到了民国，1933年的时候，紫金山天文台从德国蔡司进口了一架60厘米口径的反射式望远镜，这镜子当时算是东亚地区最大的。后来就是战乱……然后就是改革开放之后，1989年北京天文台建成中国目前最大的2.16米光学望远镜。最新的进展就是烂尾又恢复的LAMOST项目，几经波折终于搞成了。以及计划中的一些大望远镜项目。

故事就讲到这里了。那么未来会如何？

话说中国今后会成为世界科技的领头羊，作为投资者，我是这样判断的：这件事情的标志一定会是某一天中国的望远镜技术开始在世界上领先。而现在，显然还有相当的距离——这个差距估计还有十到二十年。所以别急，大英帝国当年在这方面全面开花可是花了一百多年；美国也是，二十世纪初的望远镜还要依靠欧洲技术来发展，直到二十世纪下半叶才开始全面发力领先。当然，公知们一定会叫嚣：“中国这么差，永远别想超越强大的美帝！”嘿嘿，看多看空，请便。自己掏腰包买单，不给公款报销。

那么望远镜技术发展到今天，还能怎么突破？望远镜的关键就是要保证精度的前提下，做大！但是这个做大是有限制的，那就是大气的扰动。地面望远镜要做大，必须发展消除大气影响的技术。另一条路子就是往空间发展，搞空间望远镜，或者在月球上建立天文台。基本上就这两个方向了。目前这两个方向领先者都已经初具成效，中国还需要加倍努力。

有感而发，写了这么多，其实就一条：中国要是在望远镜技术上还不牛逼，那就没资格说自己是世界的老大。因为这是综合国力的最佳标杆。

（后记：拉拉杂杂，写完这贴，一看时间发现昨天是自己亲眼通过自制的望远镜看到月亮上环形山25周年的日子，真是巧。今月曾经照古人，真是奇妙的感觉。）

yee2001

有点意思，涨姿势。

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全球最大射电望远镜首批反射面板开始拼装

老浪一期

很好 顶起 关注

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习近平致我国500米口径球面射电望远镜落成启用的贺信

2016年09月25日 来源： 新华社

http://news.xinhuanet.com/politics/2016-09/25/c_1119620573.htm

新华社贵阳9月25日电 习近平致我国500米口径球面射电望远镜落成启用的贺信

值此500米口径球面射电望远镜落成启用之际，我向参加研制和建设的广大科技工作者、工程技术人员、建设者，表示热烈的祝贺和诚挚的问候！

浩瀚星空，广袤苍穹，自古以来寄托着人类的科学憧憬。天文学是孕育重大原创发现的前沿科学，也是推动科技进步和创新的战略制高点。500米口径球面射电望远镜被誉为“中国天眼”，是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。它的落成启用，对我国在科学前沿实现重大原创突破、加快创新驱动发展具有重要意义。

希望你们再接再厉，发扬开拓进取、勇攀高峰的精神，弘扬团结奋进、协同攻关的作风，高水平管理和运行好这一重大科学基础设施，早出成果、多出成果，出好成果、出大成果，努力为建设创新型国家、建设世界科技强国作出新的更大的贡献。

习近平

2016年9月25日

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鸽了14年耗资上百亿美元 詹姆斯·韦伯太空望远镜终于成功升空了！

2021年12月25日 20:49

http://finance.sina.com.cn/tech/ ... yakumx6379197.shtml





欧美天文学界的圣诞礼物

北京时间12月25日20时20分，天文学界期盼已久的詹姆斯·韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）终于在法属圭亚那库鲁发射场升空。在发射约26分钟后，詹姆斯·韦伯望远镜顺利与阿丽亚娜5号火箭分离，开始为期29天的奔赴150万公里外预定轨道的飞行。





韦伯将在距离地球150万公里的拉格朗日2点（L2）处绕太阳运行，并与地球保持同步。





按照计划，詹姆斯·韦伯望远镜将在约四周后被部署在太阳─地球的第二拉格朗日点（L2）附近，并绕着L2点的HALI轨道进行运行，那里处于地球背向太阳后方的150万公里处，是太阳和地球之间的引力平衡点，加上韦伯望远镜自带了一个大型遮阳板，可以保持望远镜的镜片和四个重要科学仪器运行温度长期低于50 K（约−220 °C），更好地进行天文学的观测。



命名的由来

韦伯望远镜的全称叫詹姆斯·韦伯空间望远镜，英文名为James Webb Space Telescope，缩写为JWST，以美国宇航局第二任局长詹姆斯·韦布的名字命名。1961年至1968年，詹姆斯·韦布担任局长期间曾领导阿波罗计划等一系列美国重要的太空探测项目。



并不是哈勃太空望远镜的继任者

与主业在可见光波段的哈勃望远镜不同，詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）是一艘主业在红外波段的空间望远镜，原计划耗费5亿美元并于2007年发射升空。但由于各种原因，导致项目严重超支，发射时间数次推迟，最终耗资超过百亿美元，并推迟了14年才得以升空，目前预定工作时间期限为10年，直到燃料和制冷剂消耗殆尽，但在首期任务期满后也许会人工加注继续延长服役。



詹姆斯·韦伯太空望远镜口径达到了6.5米，重6.2吨，运行轨道距离地球150万公里；相比而言，哈勃望远镜的口径2.4米，重11吨，运行轨道只有575公里。韦伯望远镜口径是哈勃的2.7倍，聚光面积是哈勃的6.25倍。哈勃的主镜采用玻璃制造，而韦伯则采用金属铍，高度抛光，粗糙度控制在20纳米。口径加上精度，有人预测，韦伯的分辨率将会比哈勃高出100倍。



发射前两天，詹姆斯韦伯太空望远镜整合进入阿丽亚娜5火箭整流罩前工作人员的合影镜像。

由于韦伯太空望远镜主镜的直径比阿丽亚娜5火箭整流罩的直径更大，无法直接包络在火箭内，因此主镜被分割成18块六角形的镜片，这些镜片由铍制成，每个镜面的抛光误差不超过10纳米；同时镜面也经过专门研磨，使得其能够在遮阳板阴影的极度严寒环境中保持正确形状。每块镜片背部都装有7个马达，能够在10纳米的精度内调整镜片的形状和方向。发射后这些镜片会在高精度的微型电动机和波面传感器的控制下展开。



普通地面天文望远镜、哈勃超深空与詹姆斯·韦布太空望远镜成像距离对比（红字：红移值，白字：光与宇宙大爆炸的时间差）

我们熟悉的哈勃太空望远镜位于距离地表575公里的近地轨道上运行，因此在航天飞机时代，宇航员可以亲自前往哈勃望远镜进行故障处理。而詹姆斯‧韦布太空望远镜位于离地球150万公里的距离，即使出现故障也不可能频繁派遣宇航员前去处理。但由于太阳─地球的第二拉格朗日点（L2）重力相对稳定，韦伯望远镜相对来说可以保持运行轨道不变，不需要频繁地进行轨道修正，可以更稳定的进行观测，而且还不会受到地球轨道附近灰尘的影响。



造价100亿美元（约600亿人民币）的望远镜这么吊着，任何人都会心一紧吧

哈勃望远镜1小时36分钟绕地球飞行一圈，因此时刻会暴露在太阳、地球和月亮的光芒中，为了保证观测，哈勃只能做一个巨大的镜筒遮光；而韦伯望远镜会与地球同步围绕着太阳公转，一年一圈，大多数时间躲在地球的阴影里，可以遮住太阳大部分光线，还有厚厚的遮阳板保证望远镜的工作环境。



灵敏度是哈勃100倍 肩负四大使命

詹姆斯·韦伯望远镜由美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）和加拿大航天局（CSA）共同研发，灵敏度是哈勃太空望远镜的100倍，并有望揭开135亿年前宇宙的早期模样。



JWST原计划最初计划2007年发射，最初预算5亿美元，但按照NASA最新预算，詹姆斯·韦伯太空望远镜总计预算高达96.6亿美元。最终完成部署并运营，绝对超过100亿美元，绝对称得上史上最昂贵的太空望远镜！而哈勃太空望远镜最初预算47亿美元，发射升空20年后总计花费接近100亿美元。由于杰出的红外观测功能，韦伯太空望远镜将能够寻找系外行星水蒸气特征，从而提高NASA寻找和研究类地系外行星的能力。

哈勃望远镜运行近三十年来在很多方面改变了人类对宇宙的认识，但是哈勃望远镜上几部红外相机的灵敏度不够高，人们需要使用更高灵敏度的红外设备。由于宇宙膨胀，第一批天体的光线抵达望远镜时，已经偏向电磁光谱的红色一端。韦伯太空望远镜因此应运而生，它将让我们看到宇宙很年轻时的景象。韦伯太空望远镜能够专门在红外光谱下进行观测，并且拥有极高的灵敏度。因此，它有能力看得更远、更清晰，使我们能够以前所未有的便利性观测和研究宇宙。



韦伯望远镜有四大使命：首先，它将尝试观测宇宙大爆炸后出现的第一批天体，例如星系、黑洞和超新星；其次，它将观测星系随时间如何生长；再次，它将观测恒星和行星系统在气体尘埃云内部如何形成；最后，它将观测其他恒星周围的行星以及我们身处的太阳系本身，了解这些天体系统的成长和演化历程，并帮助了解地球如何具备能提供生命繁衍生息的条件。



韦伯望远镜任务徽章

欧空局也表示：韦伯太空望远镜提供的数据还将回答一些令人信服的问题：黑洞是如何形成和成长的，以及它们对早期宇宙的形成和演化有何影响。根据美国物理学会今年4月份的研究报告称，韦伯望远镜将能利用其搭载的仪器调查7颗可能宜居的系外行星的大气层，以寻找氨和其他可能的生命迹象，并有望在三天内给出结果。

诸多科学与工程领域的创新

在延期的这十四年时间内，科学家们在韦伯望远镜上进行了非常多工程学和科学领域的创新。比如巨大的“遮阳伞”结构，以及创造最低工作温度纪录的设备等。



5层隔热结构

为让韦伯望远镜将捕捉红外光的能力发挥到最大限度，就必须尽可能减少主要来自太阳、地球和月球的光和热辐射干扰。为此，科学家们设计出了一种巨大的“遮阳伞”结构，这个“遮阳伞”与一个网球场大小相当，拥有5层隔热结构，层与层之间有间隙，这样，向阳一面温度可达110℃，经过遮光板的层层反射吸收和衰减，到达主镜时温度就能降到-223℃。为了保证近红外、中红外的观测环境，望远镜的冷却系统还可以将环境温度分别降到-234℃和266℃，能使远端的观测设备保持低温工作状态。



在地面展开镜面的韦伯望远镜

150万公里的轨道高度让韦伯望远镜观测角度比哈勃好很多，可以帮助科学家揭示有关宇宙早期的一系列谜团。由于身处这样幽深寒冷的环境，韦伯望远镜将在接近绝对零度的条件下进行观测，其携带的一台设备将创造工作温度的最低纪录——零下267摄氏度。





一旦出现故障 维修会非常困难

由于韦伯望远镜主镜由18个铍制成的六角形镜片组成，在进入太空后，这18个镜片将重新组合，并最大限度构成一个整体，协同发挥作用。如果这一功能无法实现，韦伯太空望远镜将很有可能成为在茫茫太空中漫无目的游荡的“盲人”，因为一旦进入太空，韦伯望远镜再进行维修会非常困难，而能够将宇航员送抵150万公里L2点的SLS火箭与猎户座飞船首飞不会早于2024年。



科学家对韦伯的期望

科学家们对韦伯望远镜最大的期望是能够观测到接近宇宙起源处，从而检验标准宇宙模型的精确性，让人类对宇宙的认识更深刻。



哈勃与韦伯望远镜观测波段的差异

现代标准宇宙模型理论认为，宇宙起源于138亿年前的大爆炸。宇宙中任何信息最快的传递速度就是光速，也就是说大爆炸的光传递到我们眼中需要138亿年，如果能够看到138亿年的宇宙，将是大爆炸那一刻的状态。由于宇宙膨胀，光线的传播会发生红移效应，就是向波长更长的光谱红端偏移。根据哈勃定律，距离越远，星系的退行速度越快，红移量就越大，因此，130多亿光年距离的光传递到地球，早就脱离可见光波段范围了，成为了红外线。





韦伯望远镜的上面与底部

红外线波长越长，穿透宇宙尘埃的能力就越强，因此可见光望远镜无法观测到的远方天体，可以用红外望远镜观测到，要想更好观测宇宙早期天体，就必须提高红外波段的观测能力。红外线波长越长，穿透宇宙尘埃的能力就越强，因此可见光望远镜无法观测到的远方天体，可以用红外望远镜观测到，要想更好观测宇宙早期天体，就必须提高红外波段的观测能力。这就是韦伯望远镜如此重视红外波段的原因。哈勃望远镜观测到最远的星系距我们134亿光年，那是宇宙诞生后4亿多年的样子，这已经是哈勃的观测极限。科学家们相信，韦伯望远镜发射成功并正常工作后，有可能观测到距我们136亿光年的天体，获得宇宙诞生后2亿年左右的照片。这对验证我们已有的理论非常重要，不管是证实还是推翻了已成定论的标准模型，对人类来说，都将是一个巨大的进步。



欧空局官方的韦伯望远镜发射任务海报

除此之外，韦伯在观测发现太阳系外行星，甚至地外生命和地外文明方面，也将发挥出比哈勃更强大的功能。可以预见，韦伯升空到达预定轨道后，将会带给人类一个又一个新的惊喜。

richard2019

如果韦伯成功展开运行，这个是必定是个历史性的时刻。在人类数理逻辑推演到了很遥远，但是实证还在努力的前提现，这个是个壮举，甚至可能是迄今为止本世纪非常大的壮举，人类的足迹在不断地拓展，我们看到了更接近造物主的一面……