當玻璃在安吉爾最新的巨型鏡上冷卻成型時,他仍舊堅持提升望遠鏡的設計。
而他的下一個設計,甚至有可能在茫茫星海之中覓得其他類地行星的蹤影。
 
天文學家安吉爾(Roger Angel)於1984年在美國亞利桑那大學的史都華天文台(Steward Observatory)創立了鑄鏡實驗室,不久之後,他開始將派熱司玻璃(Pyrex)製的耐熱焗杯丟進他家後院的窯,為的是想看看硼矽玻璃究竟是怎麼融化的。打從那時起,他就一直在玩火。在土桑某個熱得要命的7月天,他的第七面巨型鏡即將在校園足球場的底下,一座200噸的旋轉爐內開始成型。歷經一星期的爐火加熱,爐內的矽硼塊已達1170℃並開始融化,這融熔狀的玻璃正從六角柱孔緩緩溢出,將鑄成一面重達21噸的蜂巢鏡。這面鏡的直徑有8.4公尺,高約1公尺但平均厚度卻不到3公分。

安吉爾通常會待在控制室,緊張兮兮地盯著那台熱得發紅的拋光機,一分鐘得看個五次,如此才能讓蜂巢狀玻璃的表面呈現平滑的曲線。畢竟對安吉爾而言,這過程代表著天文學新紀元和巨型麥哲倫望遠鏡(Giant Magellan Telescope, GMT)的誕生。GMT乃由七面巨型鏡所組成,並搭配精密的控制儀器,其性能將凌駕哈伯太空望遠鏡。這是他們團隊所造過最大的一面鏡子,雖然因其載模漏了兩噸的玻璃,而讓進度落後數個月之久。安吉爾解釋道:「光是GMT的第一面鏡子就很難搞定了,因為在此之前,從未有人鑄造過如此巨大而形狀又那麼詭異的鏡子。」

但安吉爾今早必須離開控制室趕赴旅館,對一群提供科學研究經費的大戶進行遊說,讓他們相信GMT值得四億美元這個價錢。GMT團隊之一的卡內基天文台台長傅利曼(Wendy Freedman)表示,他對安吉爾及他的鑄鏡功力信心十足。對於身為宇宙學家的傅利曼而言,他想用GMT來一窺暗能量以及在恆星與星系生成前之「黑暗時代」的神秘面貌;不過這並不是安吉爾最感興趣的問題。

他以40幾年前的老美國不列顛腔調說道:「我之所以想這樣做,是因為在過去兩千年來,人類一直在尋找另一個地球,而如今在其他恆星中覓得類地行星的構想不再遙不可及。現在,你可以坐下來好好計畫得用哪一種望遠鏡來觀察類地行星,並取得光譜,」以找尋液態水的化學跡象和外星生物的蹤影。

安吉爾早在設計GMT的雛型時就評估過了,他體認到只要靠點運氣再加上一些精妙的技巧,我們就很可能在這片茫茫「星」海中找到一顆類地行星。他那極具顛覆性的解決之道,便是將主要的接收器排得像雛菊的花瓣那般,六面形狀各異的偏軸鏡將環繞中央的對稱鏡。這樣的設計下,能接受到的星光將是凱克望遠鏡(Keck Telescopes, 兩架直徑10公尺的望遠鏡,位於加州理工學院的凱克天文台,是目前世上最大的望遠鏡)當中任何一架的4.6倍。

為了能清楚地對這類行星進行快拍,GMT將會採用較先進的自調光學來獲得比哈伯望遠鏡還清晰10倍的影像。每一面主鏡都會將光聚焦在另一面直徑1.1公尺的次要反射鏡上,反射鏡是接有672個調節器的一片薄膜。電腦每秒鐘會對反射鏡的形狀進行1000次的微調,以消除絕大部份的大氣干擾。安吉爾與其同僚在2005年夏天為多鏡面望遠鏡(Multiple Mirror Telescope, MMT)安裝了一組類似的自調光學系統,使其解析能力衝到理論最大值。

史都華天文台的台長史崔特馬特(Peter A. Strittmatter)說:「當我們在描繪GMT計畫的遠景時,許多人都認為這樣是行不通的。」而安吉爾早在20年前就遇過類似的質疑,當時他和同事伍爾夫(Nick Woolf),首次提議要建造一面蜂巢狀的大鏡子,如此一來便可減輕80%的重量,並使得鏡子在半個鐘頭內,就可以適應夜晚的溫度。 

然而,事實證明這構想是可行的:傅利曼指著雙子麥哲倫望遠鏡(GMT的先鋒,配有兩面安吉爾在10年前鑄造的鏡子,現正於智利安地斯山脈的山巔上運作。)斷言道:「毫無疑問,這是世上最好的自然成像望遠鏡。」雖然鑄造這種尺寸的鏡子不是件容易的差事,但亞利桑那的鑄鏡實驗室卻是箇中翹楚。

雖然GMT有著高素質的團隊為後盾(包括卡內基學院、哈佛史密森尼天文物理中心和其他五所重點大學),但它還是得和眾家巨型望遠鏡計畫為了經費而一較高下。其中的兩組提案要將凱克天文台的分節鏡加大;加州理工學院和其餘團隊則想建造一座直徑30公尺的望遠鏡;歐洲南方天文台(European Southern Observatory, ESO)計畫斥資12億歐元,興建一座直徑100公尺,名為OWL(Overwhelmingly Large Telescope)的望遠鏡。

安吉爾談道:「如果這當中只有一組團隊能勝出,那麼將會有場激烈的肉搏戰。」為了能取得參賽權,GMT的提案者選擇將他們近2000萬美元的起始經費,投注在第一面偏軸鏡的鑄造上。他觀察道:「其他想建造巨型望遠鏡的團隊都仍然處於紙上談兵的階段,我們是第一個動手去實作的。」

眼見這道障礙即將突破,安吉爾便將注意力轉移至它處。傅利曼說道:「每回事情還在籌劃階段時,安吉爾早就迫不及待跨到下個階段了。他的腦子總是塞滿革命性的望遠鏡建造構想。」例如在深太空、地球或月球的南北極上建造巨型望遠鏡。

安吉爾從近來的一些論文之中,得知一處幾近理想的觀測點:那就是位於南極洲中央,一處海拔3300公尺的平台,稱做冰穹C。他激動地說:「在冰穹C,幾乎每項指標性的陸基天文觀測品質參數,都比地球上其他的地方要好個兩倍甚至更多。」像2004年才在那裡完工的極地基地,總的來說,無論是在最少風擾、最低溫度或是最乾燥空氣上都是世界第一。雖然美國國家科學基金會(NSF)最近才否決掉一項在南極洲興建一座2公尺直徑望遠鏡的提案,但安吉爾依然堅持他的想法。他主張:「在南極洲興建一座直徑100公尺的望遠鏡絕對是最佳方案。」

當然,太空也有它吸引人的地方。安吉爾分析了在月球南極附近的隕石坑建造一座20公尺直徑望遠鏡的優缺點,這座望遠鏡將以旋轉池內液體的反射充做鏡面。他坦言:「在月球上建望遠鏡的構想令大部份的天文學家感到不安,因為我們無法完全掌控它。」但只要對同一塊天空觀察得夠久的話,即便是這樣的望遠鏡,也可以觸及到可視宇宙的最邊緣。

就算GMT當真能拿到經費,它也不大可能在未來的五年內就啟用。年屆64歲的安吉爾,或許很難在有生之年,看到自己更具雄心的望遠鏡完成。但他卻不為此困擾。他說:「這事就好比在蓋大教堂,你並不期望自己在有生之年就看到它完工。」

 

《來源:科學人2006年1月號 http://sa.ylib.com/circus/circusshow.asp?FDocNo=791&DocNo=1285&CL=11 

 
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