口径比地球还大的望远镜

1609年，伽利略打造了一架望远镜并用来观察天体。借助望远镜伽利略发现了木星的四颗卫星绕着木星转，太阳有自转并且有太阳黑子，月球上有环形山。望远镜为人类打开了一片新的视野，天体的更多奥妙开始逐步被人类认识。

望远镜的口径直接影响进光量以及分辨率，限于当时的技术水平，伽利略折射式望远镜的口径比较小，这使得伽利略的天文观察受到一定限制。1668年牛顿发明了反射式望远镜，为望远镜带来了新的成像原理，同时也使望远镜的口径得到较大提升。反射式望远镜利用抛物面或球面将光线汇聚到镜筒前端的一个小平面镜上，再经平面镜反射到镜筒侧方的目镜中，这样就能看到要观察的影像。

可见光在电磁波谱中只占很窄的一段，射电望远镜能够从射电部分探索浩瀚的宇宙，射电望远镜的基本原理和牛顿的反射式望远镜的基本原理是一样的。1937年，雷伯建造了一架口径为9.45米的抛物面天线射电望远镜，这是人类历史上第一架用于天文观测的射电望远镜。射电望远镜问世不到100年的时间里，重大天文发现接二连三，天文学迅猛发展，同时也对射电望远镜的口径有了更高的要求。中国的FAST单天线的口径达到了500米，投入使用以来发现了数百颗脉冲星，并在快速射电暴等研究领域取得了系列重大突破。

500米的口径，这样的射电望远镜的确是够大，但是天文学对更大口径的追求是永无止境的。比如要给银河系中心的超大质量黑洞拍照片，要用地球那么大口径的望远镜，这么大的望远镜该怎么建造？射电望远镜可分为连续孔径和非连续孔径两类。最经典的单天线射电望远镜就是连续孔径射电望远镜。非连续孔径射电望远镜往往要由多个天线构成，总的灵敏度取决于天线的总面积，总面积越大灵敏度就越高。上世纪40年代，英国天文学家马丁·赖尔发明了双天线射电干涉仪，用两台性能相同的射电望远镜天线接收同一射电源的射电信号，两束射电波发生干涉。依靠此技术射电望远镜的等效口径可达到两天线间的距离，从而大大提高了射电望远镜的分辨率。50年代赖尔又提出了综合孔径射电望远镜的设计思想，使射电望远镜获得了射电图像。到了1963年赖尔研制出两天线最大变距为1.6千米的综合孔径射电望远镜。赖尔的工作开创了天文学的新纪元，上世纪60年代的天文学四大发现都与射电望远镜有关。1974年赖尔和用射电望远镜研究脉冲星的休伊什获得了诺贝尔物理学奖，这是诺贝尔奖首次颁发给天文学家。

综合孔径射电望远镜并没有停止进一步的发展步伐，到了70年代，天文学家发明了甚长基线干涉仪（VLBI），将不同国家的大型射电望远镜联合运用起来。由于地球的自转，射电源到不同射电望远镜的时间差会不断变化，两路信号想关就会获得干涉条纹，经过一系列处理后就可以获得射电图像。用这种方法最大可以获得等效口径相当于地球直径那么大的射电望远镜。

2017年4月，天文学家将北美洲、南美洲、欧洲、南极洲的8台毫米波射电望远镜组成干涉阵为M87中心黑洞拍摄照片。基线长度即等效口径达到了1万千米，几乎就是地球直径那么大。拍照花费了4天时间，之后又经过2年的冲洗，2019年4月10日事件视界望远镜团队给出了第一张黑洞照片。黑洞的存在有了照片实证后，三位研究黑洞的科学家获得了2020年的诺贝尔物理学奖。

如果把射电望远镜送出地球，射电望远镜的等效口径就会突破地球尺寸的限制，这就是空间VLBI技术。更大口径的望远镜是天文学家不断的追求，空间VLBI技术定会获得让人惊叹的天文发现。