2025年，位于智利阿卡塔瑪沙漠的ELT“極大天文望遠鏡”（Extremely Large Telescopes）就将迎來南半球的第一縷星光，開始展現這台集科技和工業之大成的科學巨獸的威力。ELT上有一個直徑超過39米的超級大“鍋”，它的用途是什麼？是怎樣被制造出來的？接下來由人馬君為您揭開它的神秘面紗。

ELT——世界最大的光學/近紅外天文望遠鏡

ELT與大本鐘的對比

這個“鍋”就是ELT望遠鏡的主反射鏡，它與另外4塊反射鏡組成五級反射光學系統，最大焦距達到了840米，為了獲得足夠的進光量，這面被稱為M1的主反射鏡直徑達到了驚人的39.3米！即使我們忽略它的凹面，當成一個平面的圓，其面積也超過了1200平方米，接近3個籃球場的大小。

ELT内部結構

五級反射光學系統

為什麼ELT要背這麼大一個“鍋”呢？這是由于望遠鏡的分辨力（注意是“力”）與口徑基本上成正比。口徑大了自然是好處多多。據說ELT的進光量超過了世界上其它所有8到10米口徑望遠鏡的總和，是人眼的一億倍，很牛皮吧！

ELT主鏡（右下）與籃球場以及其它著名天文望遠鏡對比

要想玩轉這麼大的口徑，沒有金剛鑽是不行的。第一個難題就是大氣不穩定的影響，ELT特意選址在常年幹旱的阿卡塔瑪沙漠，建在海拔3046米的阿馬遜斯山上，這裡的大氣可以說極其穩定，同時還設置了包含6台激光導星儀的自适應光學系統，每秒可進行700次細微調整，有效排除了大氣幹擾，分辨力竟可以達到哈勃太空望遠鏡（口徑2.4米）的16倍。

ELT的激光導星儀在工作

接下來，主要的難題就是這面巨大的M1主鏡的制造和安裝了。下面，人馬君為大家詳細介紹一下。

如果用一整片玻璃制作這面直徑39米的鏡子，即使舉世界之力，也有些勉強了。不僅存在難以克服的制造工藝問題，還要考慮玻璃的熱脹冷縮。這麼大的玻璃，其熱脹冷縮造成的變形對成像質量已經有明顯影響，甚至還會危及到玻璃自身的穩定性。因此，M1主反射鏡變通了一下，采用了798塊正六邊型鏡片單元，這些單元拼接在一起，等效于一個大凹面鏡。這也是大多數超大口徑天文望遠鏡的慣常做法。

M1主反射鏡構型

這些關鍵的六邊型鏡片，每一塊的最大寬度是1.4米，厚5厘米，選用的基體材料是德國Schott公司生産的“Zerodur©”零度®極低膨脹微晶玻璃，聽名字就知道它具有超低的熱膨脹率，實際上這種材料是1960年代末專門為天文望遠鏡研制的。鏡片單元的制造總數達到了931個（包括133個備用鏡片），它的主要制造工序為：基體制造—>機械打磨抛光—>切割—>支架安裝—>離子束抛光—>傳感器安裝—>鍍膜。

鏡片單元基體在SCHOTT公司的車間内制造，首先用微晶玻璃熔鑄出圓形的基體盤片，然後将其緩慢冷卻，再經過一系列複雜的熱處理過程，一塊合格的“空白”基體就産生了。

第一塊鏡片單元的基體被鑄造出來

加工鏡片單元基體

鏡片單元基地制造完成後，将被送往法國的Safran Reosc公司，該公司擁有一個5000平米的廠房，在這裡，圓形的基體先經過機械磨削和抛光，然後才被切割為六邊形，并将其背面與荷蘭制造的支架安裝在一起。

機械人抛光作業

鏡片背面的支架結構

與支架連接後的鏡片，還需要進行離子束抛光，以徹底消除切割工藝和支架安裝産生的不平度。當最終抛光完成後，鏡片表面的粗糙度将隻有15納米！為了實現這一看似不可能的目标，Safran Reosc公司采用了3D建模、機械人作業等多種先進技術，用一句老話形容就是：費了牛勁了……

鏡片單元的檢測

抛光完成的鏡片單元，在通過了嚴格的檢測後，将連同支架一起被運往位于智利阿卡塔瑪沙漠的技術中心。在這裡還将經曆兩道工序：首先是傳感器的安裝，為了确保鏡片在主鏡上安裝位置的準确性，在每一塊鏡片單元的邊緣都安裝了監測傳感器。下一步工序是鍍膜，鏡片的表面将被鍍上一層薄薄的銀，以及一層保護性的鍍膜。完成這些工序後，鏡片單元終于可以登上阿馬遜斯山，完成最後的主反射鏡安裝了。

經曆了千錘百煉，這些修成正果的鏡片單元，終于可以在阿馬遜斯山上組裝在一起，形成這面巨大的M1主反射鏡，如同一隻望向蒼穹的巨眼，讓人類一窺宇宙的奧秘。

M1主反射鏡安裝完成後的效果

主鏡組裝完成後，事情還沒完，這麼多的鏡片在使用時難免有損壞，主要是表面鍍層的損壞，就此放棄這塊昂貴的鏡片顯然是不可取的。這時會在技術中心将鏡片原有的鍍層剝離并清洗幹淨，再重新進行鍍膜工序，恢複成一塊嶄新的鏡片。

望向天空的巨眼

以上帶大家了解了ELT上這口“大鍋”的制造過程，相信您一定會對這台空前強大的望遠鏡充滿期待。當它開始運作後，一定有會衆多前所未有的天文照片放出，盡顯宇宙與星空的魅力，到那時人馬君再與大家一起欣賞吧！