世界上最顶级望远镜（直径39米这个锅）

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2025年，位于智利阿卡塔玛沙漠的ELT“极大天文望远镜”（Extremely Large Telescopes）就将迎来南半球的第一缕星光，开始展现这台集科技和工业之大成的科学巨兽的威力。ELT上有一个直径超过39米的超级大“锅”，它的用途是什么？是怎样被制造出来的？接下来由人马君为您揭开它的神秘面纱。

ELT——世界最大的光学/近红外天文望远镜

ELT与大本钟的对比

ELT背了一个大“锅”

这个“锅”就是ELT望远镜的主反射镜，它与另外4块反射镜组成五级反射光学系统，最大焦距达到了840米，为了获得足够的进光量，这面被称为M1的主反射镜直径达到了惊人的39.3米！即使我们忽略它的凹面，当成一个平面的圆，其面积也超过了1200平方米，接近3个篮球场的大小。

ELT内部结构

五级反射光学系统

为什么ELT要背这么大一个“锅”呢？这是由于望远镜的分辨力（注意是“力”）与口径基本上成正比。口径大了自然是好处多多。据说ELT的进光量超过了世界上其它所有8到10米口径望远镜的总和，是人眼的一亿倍，很牛皮吧！

ELT主镜（右下）与篮球场以及其它著名天文望远镜对比

要想玩转这么大的口径，没有金刚钻是不行的。第一个难题就是大气不稳定的影响，ELT特意选址在常年干旱的阿卡塔玛沙漠，建在海拔3046米的阿马逊斯山上，这里的大气可以说极其稳定，同时还设置了包含6台激光导星仪的自适应光学系统，每秒可进行700次细微调整，有效排除了大气干扰，分辨力竟可以达到哈勃太空望远镜（口径2.4米）的16倍。

ELT的激光导星仪在工作

接下来，主要的难题就是这面巨大的M1主镜的制造和安装了。下面，人马君为大家详细介绍一下。

M1主反射镜的结构

如果用一整片玻璃制作这面直径39米的镜子，即使举世界之力，也有些勉强了。不仅存在难以克服的制造工艺问题，还要考虑玻璃的热胀冷缩。这么大的玻璃，其热胀冷缩造成的变形对成像质量已经有明显影响，甚至还会危及到玻璃自身的稳定性。因此，M1主反射镜变通了一下，采用了798块正六边型镜片单元，这些单元拼接在一起，等效于一个大凹面镜。这也是大多数超大口径天文望远镜的惯常做法。

M1主反射镜构型

六边型镜片单元的制造

这些关键的六边型镜片，每一块的最大宽度是1.4米，厚5厘米，选用的基体材料是德国Schott公司生产的“Zerodur©”零度®极低膨胀微晶玻璃，听名字就知道它具有超低的热膨胀率，实际上这种材料是1960年代末专门为天文望远镜研制的。镜片单元的制造总数达到了931个（包括133个备用镜片），它的主要制造工序为：基体制造—>机械打磨抛光—>切割—>支架安装—>离子束抛光—>传感器安装—>镀膜。

镜片单元基体在SCHOTT公司的车间内制造，首先用微晶玻璃熔铸出圆形的基体盘片，然后将其缓慢冷却，再经过一系列复杂的热处理过程，一块合格的“空白”基体就产生了。

第一块镜片单元的基体被铸造出来

加工镜片单元基体

镜片单元基地制造完成后，将被送往法国的Safran Reosc公司，该公司拥有一个5000平米的厂房，在这里，圆形的基体先经过机械磨削和抛光，然后才被切割为六边形，并将其背面与荷兰制造的支架安装在一起。

机械人抛光作业

镜片背面的支架结构

与支架连接后的镜片，还需要进行离子束抛光，以彻底消除切割工艺和支架安装产生的不平度。当最终抛光完成后，镜片表面的粗糙度将只有15纳米！为了实现这一看似不可能的目标，Safran Reosc公司采用了3D建模、机械人作业等多种先进技术，用一句老话形容就是：费了牛劲了……

镜片单元的检测

抛光完成的镜片单元，在通过了严格的检测后，将连同支架一起被运往位于智利阿卡塔玛沙漠的技术中心。在这里还将经历两道工序：首先是传感器的安装，为了确保镜片在主镜上安装位置的准确性，在每一块镜片单元的边缘都安装了监测传感器。下一步工序是镀膜，镜片的表面将被镀上一层薄薄的银，以及一层保护性的镀膜。完成这些工序后，镜片单元终于可以登上阿马逊斯山，完成最后的主反射镜安装了。

主反射镜组装与维护

经历了千锤百炼，这些修成正果的镜片单元，终于可以在阿马逊斯山上组装在一起，形成这面巨大的M1主反射镜，如同一只望向苍穹的巨眼，让人类一窥宇宙的奥秘。