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序言

21 世纪是科学技术飞速发展的太空世纪。“坐地日行两万里,巡天遥看一千河。”离开地球,进入太空,由古至今的人类,努力从未停止。古代传说中有嫦娥奔月、敦煌飞天;现代有加加林载人飞船、阿姆斯特朗登月、火星探测;当下,还有中国的“流浪地球”、美国的马斯克“Space X”。

中华文明发源于农耕文化,老百姓“靠天吃饭”,对天的崇拜,由来已久。“天地君亲师”,即使贵为皇帝老儿,至高无上的名称也仅仅是“天的儿子”,还得老老实实祭天。但以天子之名昭示天下,就彰显了统治的合法性。“天行健,君子以自强不息”,君子以天为榜样,“终日乾乾”。黄帝纪年以后,古中国的历朝历代都设有专门的司天官。史官起源于天官,天文历法之学对中国上古文明的形成,具有非同寻常的意义。古人类的天文观测都是用眼睛直接进行的。

人的眼睛就是一具小小的光学望远镜,在黑暗的环境中,人眼可以看到天空中数以千计的恒星。但没有天文望远镜,人类只能“坐井观天”,不可能真正了解宇宙。

在今天这个日新月异、五彩缤纷的世界中,面对浩渺太空和大千世界,人们总会存在很多疑问。这些问题看似互不相关,但其中许多问题都可以归结到天文望远镜的科学、技术和应用当中,天文望远镜即是人类走进太空之匙。

进入 21 世纪以来,知识和信息以非凡的速度无限传递。这样一个追求高效率、快节奏的社会,对人的知识储备提出了更高更精的要求,从小打下坚实的基础变得至关重要。在众多获取知识的途径中,“站在巨人肩上”——读大师的作品无疑是最有效的办法之一。

青少年时期,是科学技术的启蒙期,在最关键的成长期,需要最有价值的成长能量。对于成长期的青少年来说,掌握课本上的知识已远远不能满足实际需要。他们必须不断寻找新鲜的知识养料来充实自己,为了使他们能够从浩瀚的书籍海洋中最迅速、最有效地获得那些凝聚了人类科学,尤其是技术发展最高水平的伟大成果,这套“天文望远镜史话”丛书应运而生。它以全新的理念、崭新的科学知识和温情的故事,带给读者全新的感受。书中,作者用生动丰富的文字、诙谐风趣的笔法和通俗易懂的比喻,将深奥、抽象的科技知识描绘得言简意赅,融科学性、知识性和趣味性于一体,不仅使读者能掌握和了解相关知识,更可激发他们热爱科学、学习科学的兴趣。

读书之前,书是您的老师;读书之时,您是自己的老师;读完之后,或许您就会成为别人的小老师。祝愿读者在阅读“天文望远镜史话”丛书过程中,能闪耀出迷人的智慧光芒,照亮您奇特有趣、丰富多彩的科学探索之路和美丽的梦想世界。

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前言

身处 21 世纪,借助于各种天文望远镜,人类的天文知识已经十分丰富。航天事业的发展使人类在月亮这个最邻近的天体上留下了自己的足迹。人类制造的航天器也造访过太阳系中一些十分重要的行星和小行星。毫不夸张地说,人类对于宇宙的认知几乎全部来自天文望远镜的观测和分析。

天文望远镜是人类制造的用于探测宇宙中各种微弱信号的一种专用仪器。它们的形式多种多样,技术繁杂,灵敏度极高。天文望远镜延伸和扩展了人类的视觉,使你可以看到遥远和微弱的天体,甚至是无法被“看见”的物理现象和特殊物质。

经过长时期的发展,现代天文望远镜已经从光学、射电,扩展到包含X射线、伽马射线的整个电磁波频段,以及引力波、宇宙线和暗物质等特殊探测手段,组成各种各样形形色色的庞大望远镜家族。丛书“天文望远镜史话”将专门介绍各种天文望远镜的相关知识、发展过程、最新技术以及它们之间的联系和差别,使读者获得有关天文望远镜的全方位的背景和知识。

天文学研究的目标是整个宇宙。汉字“宇”表示上下四方,“宙”表示古往今来,“宇宙”便是所有空间和时间。在古代,人类用肉眼直接观察天体,在黑暗的环境中,人眼可以看到天空中数以千计的恒星。

中国是最早进行天文观测的国家之一。2001 年在河南舞阳贾湖发掘的裴李岗文化遗址中发现了早在 8000 年以前的贾湖契刻符号,这也是世界上最早发明的一种真正的文字符号。从那时起,古代中国人就开始在一些陶器上记录重要的天文现象。

公元前 4 世纪,我国史书中就有了“立圆为浑”的记载。这里的“浑”就是世界上最早的恒星测量仪器——浑仪。后来西方也发展了非常相似的浑仪,但他们沿用的是古巴比伦的黄道坐标系,所记录的恒星位置并不准确。直到公元 13 世纪之后,第谷才开始在赤道坐标系上标注正确的恒星位置。

公元前 600 年,古代中国人已经有了太阳黑子的记录。这比西方的伽利略提早了约 2000 年。在春秋战国时期,出现了著名的天文学家石申夫和甘德,以及非常重要的 8 卷本天文专著《天文星占》,其中列出了几百个重要恒星的位置,这比西方有名的伊巴谷星表要早约 300 年。古代中国人将整个圆周按照一年中的天数划分为 365 又 1/4 度,可见他们对太阳视运动的观测已经相当精确,这一数字也非常接近现代所用的一个圆周 360 度的系统。

郭守敬是世界历史上十分重要的天文学家、数学家、水利专家和仪器制造专家。他设计并建造了登封观星台。他还精确测量出回归年的长度为 365.2425 日。这个数字和现在公历年的长度相同,与实际的回归年仅仅相差 26 时秒,领先于西方天文学家整整 300 年。同样,他在简仪制造上的成就也比西方领先了 300 多年。

光学望远镜是人类眼睛的延伸。天文光学望远镜的发展已经有400多年的历史。利用光学天文望远镜,人们看见了许多原来看不到的恒星,发现了双星和变星。天文学家也发现了光的频谱,恒星的光谱和它的物质成分及温度有着密切的联系。

麦克斯韦的电磁波理论使人们认识到可见光仅仅是电磁波的一部分。电磁波的其他波段分别是射电(即无线电)、红外线、紫外线、X射线和伽马射线。为了探测在这些频段上的电磁波辐射,从 19 世纪 30 年代以来,天文学家又分别发展了射电望远镜、红外望远镜、紫外望远镜、X射线望远镜和伽马射线望远镜。这些天文望远镜是对人类眼睛光谱能力的扩展。

20 世纪中期,物理学家和天文学家又分别发展了引力波、宇宙线和暗物质望远镜。这些新的信息载体不再属于电磁波的范畴,但它们同样包含非常丰富的宇宙信息。随着对这些新信息载体的认识不断深入,天文学家正在发展灵敏度非常高的引力波望远镜、规模宏大的宇宙线望远镜和深入地下几千米的暗物质望远镜。这些特殊的天文望远镜是对人类观测能力新的补充。

天文望远镜是人类高新技术的集大成之作,而天文望远镜的发展也极大地促进了人类高新技术的发展。例如,现代照相机的普及得益于天文望远镜中将光学影像转化为电信号的CCD(电荷耦合器件),手机的定位功能也直接来源于射电天文干涉仪的相位测量方法,而民航飞机的安检设备则是基于X射线成像望远镜的技术等等。

本套丛书为读者逐一介绍了世界上各式各样天文望远镜的发展历史和技术特点。天文望远镜从分布位置上分为地面、地下、水下、气球、火箭和空间等多种望远镜;从形式上包括独立望远镜、望远镜阵列和干涉仪;从观测目标上又包括太阳、近地天体、天体测量和大视场等多种望远镜。如果用天文学的语言,可以说我们已经进入了一个多信使的时代。

期待聪明的你,能够用超越前辈的聪明才智,去创造“下一代”天文望远镜。 ofUQgMQrJMVvgOSUvDw8zc3H/MY1JibXF1V/UG26uhPuFyTpLSXS0pxu6ILMGzn8

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