宇宙探测和开发狂想曲 李龙臣/文

凡天体都向外发射电磁波。波长从短到长依次为γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线和射电波（即无线电波）。天体的状态不同，发射不同的电磁波。在古代，人们只能用肉眼观察星星。17世纪初发明可见光望远镜后，给宇宙观测带来了一次飞跃。肉眼只能看到约4500颗星星，小型望远镜则可看到200万颗，而现代望远镜能分辨几十亿个光点。20世纪30年代射电望远镜诞生后，开辟了探测宇宙的射电窗口，带来了又一次飞跃。航天技术则可把望远镜送入太空，避开地球大气层的影响，使可见光望远镜的观测范围扩大近400倍，分辨力提高10倍，带来了最大的一次飞跃。肉眼观察，望尘莫及。宇宙之大，决定着望远镜是宇宙探测的主要工具。探测遥远的、电磁波微弱的天体，需要威力强大的望远镜。那么，什么是望远镜之极呢？

黑洞望远镜

众所周知，望远镜由目镜和物镜组成。物镜又叫透镜，起放大作用。爱因斯坦相对论指出，引力强大的天体可产生引力透镜效应，即其他天体发出的光，在通过它时，光线会发生弯曲。如果从正前方观察，可以看到在它周围有由弯曲光线形成的光环，或由四个光点组成的十字，那就是后面那个发出光线的天体的放大影像。天体的引力越强，透镜效应越大。我们知道，黑洞是引力最强大的天体，黑洞作透镜，我们就具有一台超级望远镜。

用黑洞作望远镜的透镜，比用恒星和星系作透镜还有一个优点，那就是黑洞不发光，可使观测目标的图像不受干扰而显得更清晰，同时也不影响目视观测。

那么，黑洞望远镜的功能到底有多大呢？迄今，人们对宇宙的尺度有多大，年龄是多少、有多少星系等基本情况，仍不甚了解，各天文学家的估算数值相差甚远。使用黑洞望远镜，这些问题都可以得到解决。

黑洞望远镜可以清点星系的数目。与我们相距遥远的星系和类星体，尽管它们的中心发出宇宙中最强烈的光芒，但到达地球已变得非常暗弱，受目前天文望远镜威力的限制，对它们进行探测十分困难。而黑洞的强大引力透镜效应，可极大地增强这些星系和类星体的光度，因而用黑洞望远镜可以一一对它们进行清点。

黑洞望远镜可以估算宇宙的尺度。黑洞不止一个，我们可以从不同方向利用所有黑洞作望远镜的透镜。根据黑洞引力透镜效应出现的概率，就可以估算出宇宙的尺度大小。

黑洞望远镜可以考察宇宙的年龄。由于宇宙的年龄与尺度是紧密相连的，根据大爆炸宇宙学说，宇宙是在大爆炸中逐渐膨胀而成的，而且现在仍在膨胀。因此，根据宇宙的尺度和测得的膨胀系数，就可以推算出宇宙的年龄。实际上，尺度和年龄是宇宙的两个不同侧面。

引力波望远镜

什么叫引力波?我们在电学中知道，一个加速运动的电荷会向外辐射电磁波。爱因斯坦在发表广义相对论以后不久，预言加速运动的质量（即引力源）会辐射引力波。与电磁波具有能量一样，引力波也具有能量。由于电磁波是由光子传递的，爱因斯坦也假定引力波是由引力子传递的。不过，引力波能穿透任何物质，也不被任何物质所吸收，因而很难捕获到引力子。

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