这个巨型地面光学天文望远镜，将于2024年迎接“人生”中的第一束光，借此或许能解开生命及宇宙起源之谜。
望向深太空的强力新“眼睛”
2000年，欧洲天文学家希望能更清楚地看到最遥远的星系，但在操作一些大型望远镜的时候，比如加那利大型望远镜（位于大西洋加那利群岛）或者甚大望远镜（位于智利帕拉那山），它们能够识别宇宙中遥远的点（天体），却无法揭示其细节。所以，欧洲南方天文台（ESO）理事会提出了一个全球性的项目——欧洲极大望远镜项目（E-ELT），这个项目预计最终的耗资约为10亿美元，于2024年投入使用。
西蒙·莫里斯是英国杜汉姆大学的物理学教授，也是ESO理事会的英国天文学家代表。他一直对第一代星系的形成非常感兴趣。他认为借助E-ELT，人们可以看到远处的太空正从中性状态变为电离状态，而在这一时期形成的物质，基本上构成了宇宙。
在这时候，一些星系正在形成，目前的大型天文望远镜只能勉强检测到它们，几乎不能进行光谱检测。
而利用未来的E-ELT，人们将能够用更清晰视野观望遥远的宇宙，它有能力看到大爆炸之后约10亿年的光。它可关注宇宙的第一代星系在“宇宙时间表”中是如何演变和转换的。人们将有机会研究宇宙中心的古代组成要素：原始的恒星、行星和黑洞，以及天文学中另一具有强大吸引力的神秘领域：太阳系外行星。
也许，E-ELT还能帮助科学家寻找和地球相似的星球（有可能适合人类生存的类地行星）。
捕捉遥远“古宇宙”的光信息
E-ELT将建在智利北部的一座被称为阿玛索内斯山的山上，这里拥有高晴空率，使其成为凝视星星的理想位置。
人们已经进行了第一阶段的施工。2014年6月实施山体爆炸，带走阿玛索内斯山的数百万颗碎岩石，将山的高度降低了40米，因此，你最终将看到E-ELT坐落于海拔3060米的山上。
那么，E-ELT如何以前所未闻的清晰度捕捉遥远年代的宇宙呢？那就要从它的组成构造说起了。E-ELT的光学系统由独创的5个镜面组成。巨大的主镜直径达39.3米，由798个六边形镜面组成；二次反射镜宽4.2米，三次反射镜也有3.75米宽，另外两个镜面是用来消除大气湍流的影响。
E-ELT捕获的光线，相当于地球上所有其他8~10米大的天文望远镜的光线量的总和，是人类眼睛捕获量的1亿倍，清晰度是人眼的亿万倍。因此，它能“看清”遥远宇宙中黑暗的天体（“暗”并不代表天体距离地球较远，例如行星通常会比恒星暗些。但在大多数情况下，光线较少几乎总是说明天体距离地球相当远）。
望远镜主镜的大小最初是设定为42米，后来为了降低项目经费预算，又将主镜直径减到39.3米。这看似微小的2.7米调整会对E-ELT的能力产生影响吗？
由于角分辨与主反射镜的直径呈线性减小，所以这一微小的调整对宇宙的细节观察影响不大。然而，直径的减少代表着镜面面积的减少，使望远镜的灵敏度产生了很大的差异——收集光子的数目减少了，可能难以直接观察太阳系外行星。然而，它仍然比其他竞争对手更敏感，能提供至关重要的早期宇宙光学信息。
天空之眼的神奇镜像系统
通过5个镜面，天文学家们能够以无比精细的角尺度观察大部分天空：以10角分的尺度（角分是角度的度量单位，1度=60角分=3600角秒）。对于一台直径长39.3米的望远镜，这是令人难以置信的视觉范围了。而E-ELT将在微角秒的尺度上测量图像（微角秒是角秒的100万分之一），所以极其微小的角度都能被它探测到。
若想看到宇宙的深远之处，还要面对一个技术挑战，即“大气湍流”的干扰。在地球大气层湍流的遮蔽下，“天空之眼”采集到的图像会变得模糊。不过E-ELT的反射镜却能自动消除这种干扰。因为在这5个镜面中，其中直径2.5米的四次反射镜会“变形”，它是一种特殊的自适应反射镜，由5000多个执行器控制，能以大约每秒1000次的速率变化。五次反射镜也能通过四次反射镜的调整而产生相应的变化。凭借四次和五次这两面反射镜的自动调整，能修正由地球大气层引发的扭曲现象，提高E-ELT的观测能力。由此，E-ELT获得了比哈勃望远镜更强的观测能力，成像分辨率是后者的16倍。
由于并不是每个研究区域里的星星都有足够的光线，E-ELT还会使用激光导向系统，向观察对象发射光束，这些“人造光条件”将为遥远黑暗天体提供更完美的研究条件。
高端技术和挑战
E-ELT可不仅仅只有一套独特的镜像系统，它身上还配备了大量的其他精密仪器，而且随着时间的推移，它研究宇宙的能力会越来越强。
成员国之一的英国提供了非常重要的天文设备：MOSAIC多天体光谱仪和 HARMONI 近红外光谱仪。这两个主力工具保证了E-ELT能在2024年捕获第一道光束。MOSAIC多天体光谱仪是由法国和荷兰合作设计的，专门为E-ELT那样的大型望远镜服务。它可以将光源分离，并测量电磁辐射的波长，观测太空中某一物体发射和围绕在其四周的光的光谱。
还有牛津大学研发的成本约7000万美元的HARMONI近红外光谱仪，用来测量天体的冷大气层——同时也是形成新分子的位置。通过研究分子的旋转和振动，天文学家们将更好理解天体的性质。HARMONI近红外光谱仪具有一个重要的特征：低温。它是一台约4米高的低温仪器。由于任何元件的热量都有可能产生辐射，而任何种类的辐射（即使是微量的）都会被近红外光谱仪检测到，这些辐射将导致仪表读数有误，除非我们把每一样内部元件都冷却到极低温，因此HARMONI内部的组成元件的温度大概是-153℃。
然而拥有高端设备和精密仪器的E-ELT，不得不面对来自地球的现实挑战——地震活动。同样位于智利地区（帕拉那山上）的甚大望远镜，曾经历过一次八级地震（在地震分类中属于最严重级别），显然，E-ELT和其中的仪器也要承受随时可能突然发生的自然灾难。
未来，通过E-ELT的5面反射镜，我们将会看到各方科学家和工程师努力下所获得的丰厚回报。天文学家能够看到前所未见的宇宙，或许会改变我们看待宇宙的方式。
本文源自大科技<科学之谜> 2017年第3期杂志文章 欢迎读者们关注大科技公众微@信@号：hdkj1997
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