探索宇宙奥秘的机器们——全波天文学的观测设备，各种各样基于不同的工作原理的探测器，成为了观测大气层的望远镜，这些所谓的望远镜是人们观测宇宙的另类眼睛。

戴铭珏编著的《探天利器》反映的是当代天文观测技术的演化，涉及到地面望远镜和太空望远镜，以及当代观测技术的革命性变化。本书尤其是涉及到日外行星的观测技术变化，同时对在探测宇宙的宏大结果和微观世界之间的联系也均有涉及。

《探天利器》由戴铭珏编著。

从人类能够使用双脚站立起来那一天起，人们就开始观察星空的变化，于是就产生了最古老的科学，天文学。只有当望远镜出现之后，天文学才真正称得上是科学。

探测太阳系空间，带回太空物质是一种手段，撞击彗星也是一种手段。发射探测器作为一种手段，仅仅能在太阳系这样的近距离有效，对于浩瀚的星空，更好的探测方法是望远镜。

来自遥远宇宙的信息并不仅仅是电磁波中的可见光，还有电磁波的其他波段，还有中微子和引力波，因此不仅有光学望远镜，还出现了伽马射线望远镜、X射线望远镜、紫外线望远镜、红外望远镜、射电望远镜、中微子望远镜等等。在它们之中，大规模应用的是射电望远镜，它可以组成阵列，得到更好的观测效果。

各种各样的探测器，基于不同的原理工作，成为了观测大气层的望远镜，这些所谓的望远镜是人们观测宇宙的另类眼睛。

01 智慧一号—比汽车还慢的月球探测器

02 新视野，开拓太阳系的边疆

03 “起源号”的起源和归宿

04 有去有回的星尘探测器

05 隼鸟探测器——摇摇晃晃的不死鸟

06 人间大炮打彗星

07 黎明号的黑暗和黎明

08 非凡的卡西尼土星探测器

09 望远镜的故事

10 世界上口径最大的天文望远镜

11 中国最大的天文望远镜睁开眼睛

12 索菲亚空中天文台开始登场

13 哈勃望远镜，一台永生的发现机器

14 哈勃望远镜为新视野导航

15 斯皮策望远镜要改行

16 保卫地球的哨兵望远镜

17 寻找宇宙隐身人，杀鸡要用宰牛刀

18 全波天文观测仪器——望远镜家族的另类成员

19 观测地球大气层的望远镜

20 天文学家呼唤引力波

21 欧洲强子对撞机——霍金与西格斯的一场豪赌

新视野踏上征程

2006年1月，美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地，又一个探测器飞往了太空，这是美国的“新视野”，承载“新视野”启程的是“阿特拉斯”三级运载火箭，它的速度可达13千米每秒，这样的速度让它在几个小时之后就越过了月球轨道，而当年的阿波罗登月飞船却花费了3天的时间。

“新视野”的样子像是一台洗衣机，大小也如同一台洗衣机，质量是416千克。踏上征途之后，它的电子系统将会处于休眠状态，这样可以节省能量，它所使用的能量是放射性同位素发电机，燃料是二氧化钚，这并不是新的能量系统，早在20世纪60年代就已经使用了。让人们关注的不是这些，让人们关注的是“新视野”的意义。

这是首个飞往冥王星的探测器，它的目的地是远离太阳40多亿天文单位的冥王星，还有比冥王星更远处的柯伊伯带天体，那里被称为地狱，那里也是太阳系的边疆。为了这次远征，“新视野”计划酝酿了十几年，在这十几年的时间内，它多次面临夭折。

从冥王星－柯伊伯快车到新视野

在20世纪90年代，美国航空航天局（NASA）制定了一个名为“冥王星－柯伊伯快车”的计划，来探测冥王星及其卫星卡戎和柯伊伯带天体。这个探测器计划于2004年12月18日发射，2012年12月24日与冥王星相遇。此计划无疑有极大的科学价值，如果能够实施，将会大大增加我们对太阳系边缘的了解。

但是，随着深入调研，此计划的预算增长了两倍，达到8亿美元。NASA同时还希望进行探测木卫欧罗巴的计划，另外，两次火星登陆的失败也令NASA雪上加霜。2000年9月13日，NASA宣布停止冥王星-柯伊伯计划。这遭到了很多天文学家的激烈反对，它们坚持要让探测冥王星计划再次上马，美国的行星学会发动了“拯救冥王星计划”运动。

行星学会鼓动科学家们，还有那些热衷于太空探索的人们，通过传媒、网络，散发万张明信片、书信等各种形式让大众及国会议员们了解探索冥王星和柯伊伯带的重要意义，敦促美国国会提出议案要求航天局重新做出考虑。

人们的努力没有白费，最后美国航空航天局于2000年12月20日发表了声明，他们将不采用原计划，而是向世界范围内征集新的计划，并在大学、实验室等研究机构以及航空公司之间竞标，看谁的计划能够用最少的支出完成冥王星－柯伊伯之旅；而且还提出了比较苛刻的要求，提出的方案必须具有两个特点：一是要在2015年前飞抵冥王星，另一个是花费金额不能超过5亿美元，公开征集截止日期是2001年3月19日。

公开地由航天局之外的研究小组参与太空计划的竞标，这在美国航空航天局历史上还是首次。

还是行星学会，开始了为这个任务的奋斗，他们自己掏出400万美元，用于研制太阳帆，试图用太阳帆为动力来实现冥王星的探测。这种利用太阳能的方式是利用太阳光子来驱动一个巨大的帆板，就像风吹轮船的风帆那样。这个风帆是用非常薄的材料制作的，当来自太阳的光子击打在这层薄膜上的时候，它就可以推动飞船前进了，这种方式中的动力系统就是太阳帆。利用太阳帆，可以很容易地使探测器的速度达到90千米每小时，使之能在数年时间里，飞到太阳系以外的空间。但是，有关太阳帆的研究却不是一帆风顺的，它的研制过程中遇到了很多意想不到的难题，直到现在，太阳帆还是没有通过正式试验。

与此同时，还有很多机构提出了其他方案。最后让NASA认可的是“新视野”计划，“新视野”计划的全名是“新视野-拓荒边疆”，又被译成“新地平线”。“新视野”飞船还肩负着其他科学使命，它要探测的目标还有柯伊伯带天体。

“新视野”的整个费用预计是4亿8千8百万美元，包括超过8千万的预算性储备，预计在2016年到达冥王星，这满足了航天局苛刻的要求。而且“新视野”还将携带更多的仪器，发回比原来的快车计划多十倍的观测数据。

这个计划是由一个临时组成的机构来完成设计的，它的主持者是西南研究所，其他成员来自二十多个大学和研究机构。最终这个项目就由美国霍普金斯大学应用物理实验室负责建造。

从“冥王星－柯伊伯快车”到“新视野”，让这次探测使命经历了一次生死的考验，幸运的是，美国的行星学会挽救了它，使这个计划得以继续下去。

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从人类能够使用双脚站立起来那一天起，人们就开始观察星空，于是就产生了最古老的科学——天文学。天文学诞生之后，在上万年的时间内，几乎没有变化，人们的所谓研究范畴无非就是把星象与人间的事件联系在一起。只有在望远镜出现之后，天文学才真正称得上是科学。尤其是进入20世纪，一系列天文学的发现，让人们的视线进入到浩瀚的宇宙空间，技术的进步让一大批星际探测器进入太空，近距离观测研究太阳系天体。

20世纪60年代，美国阿波罗飞船登月，庞大的火箭才促成登月之举，离子推进引擎出现之后，也给再次探测月球带来了可能，在这一系列新的探月潮流中，智慧一号开创了一种新的方式，智慧一号把太阳能电池板的光能转化为电能后，用这些电能把惰性气体原子电离，然后高速向后喷出，由此产生向前的动力。

比智慧一号更进一步的是新视野探测器，这个探测器原来设想使用太阳帆到达最遥远的冥王星，最终没能使用太阳帆，它所使用的能量是放射性同位素发电机，燃料是二氧化钚，它在2006年踏上十年的漫漫征途，它探测的不仅仅是冥王星，还有太阳系遥远边疆的柯伊伯带天体。

新视野没能使用太阳帆远航，那是因为我们对太阳帆的驱动原理还缺乏认识，能驱动太阳帆前进的是太阳粒子，太阳粒子是太阳风的主要成分，为了能够得到最纯净的太阳粒子，起源号探测器在太阳和地球的引力平衡点，也就是拉格朗日点蹲守三年，收集太阳粒子，并把收集到的粒子带回地球。把外太空的物质带回地球似乎成为一种潮流，星辰号也是一个这样的探测器，它带回地球的是怀尔德2号彗星上的物质。日本的隼鸟探测器带回的是小行星上的物质。相比能够安全返回地球的起源号与星辰号，隼鸟探测器就历经了太多的磨难。

探测太阳系空间，带回太空物质是一种手段，撞击彗星也是一种手段，于是我们又看到了人间大炮打彗星这种场面，其实那是一场演习，目的是练好本领准备击碎撞击地球的外来天体。太阳近距离的行星都迎来了探测器，小行星也迎来了探测器，黎明号已经开始探测两颗较大的小行星谷神星和灶神星，大行星土星也迎来了个头最大的卡西尼探测器，它成为土星的卫星，探测土星这个庞大的家族。

发射探测器，仅仅能在太阳系这样的近距离有效，对于遥远的浩瀚星空，更好的探测方法是望远镜。伽利略望远镜和开普勒望远镜，都没有取得大发展，得到大发展的是牛顿式望远镜，这是种反射式望远镜。当代的大型望远镜基本都是反射式，而且使用多个镜片组合成一个大镜片，在这方面，凯克望远镜是大口径望远镜的先驱者，它的建造涉及到光学自适应技术、光学干涉技术等，其他大型望远镜也普遍使用了这些技术，中国的郭守敬望远镜也是这种新思路的产品。

不管是古代还是现代，天文台都建造在高处，这是因为高处可以克服大气抖动，获得更好的成像效果，于是，搭载在飞机上的空中天文台出现了。要想获得更好的效果，最好是飞出地球大气层，把望远镜放置到太空，哈勃望远镜和斯皮策望远镜就是这样的杰出代表。至于哨兵望远镜要放置在太空，仅仅是为了在特别的角度观测小行星。

来自遥远宇宙的信息并不仅仅是电磁波中的可见光，还有电磁波的其他波段，这是一个全波天文学的时代，所以不仅有光学望远镜，还出现了伽马射线望远镜、X射线望远镜、紫外线望远镜、红外望远镜、射电望远镜等，在它们之中，大规模应用的是射电望远镜，它可以组成阵列，得到更好的观测效果。

除了电磁波之外，来自宇宙的信息还有中微子和引力波，它们是大规模天体活动的产物。在南极，就建有探测中微子的望远镜，下一代的引力波探测器也将飞上太空，虽然它们并不需要镜片，甚至不成像，但也被称为望远镜。其实它们是各种各样的探测器，基于不同的原理工作，比如，观测大气层，就能得到伽马射线的消息，于是就出现了观测大气层的望远镜，这些所谓的望远镜是人们观测宇宙的另类眼睛。

探测器让我们获得的是对宇宙天体的个体认识，各种望远镜让我们得到的是对宇宙的普遍认识，人们已经知道，庞大的宇宙与微观世界紧密相连，于是又建立了强子对撞机，强子对撞机能够让人们获得对宇宙的终极认识。