月球液体望远镜
作者：程 晖《大自然探索》2009
第3
期
在月球上建立太空望远镜是天文学家长久以来的梦想，因为在没有大气和人为干扰的月面环境下，望远镜能更好地捕捉到宇宙深处恒星的微弱光线。不过，通常情况下，对望远镜镜片精确度的要求很高，成本昂贵，而且即使造成，还有如何把它搬运到月球上去的问题。2008
10
月，一组国际知名天文学家和光学家宣称，他们或许已经找到了在月球上建造“大得令人难以置信”的望远镜的“很简单”的方法。
牛顿早就指出，置于转速恒定的浅容器中的任何液体，都会自然形成抛物面形状——这与望远镜镜面将星光汇聚到焦点所需的形状是一样的。对于建造巨型月球望远镜来说，这可能就是关键之所在。
在地球上，只要保证盛液体的容器严格地处于水平状态，并置于一个由转速稳定的同步电机带动的低震动、低空气阻尼机构上，就可以制造出液面非常完美的液体望远镜。旋转速度无需很快。科学家在实验室中已经制造出了直径为4
米 的液体望远镜，其转速大约为每小时5
千米 ，和人快步行走的速度差不多。在月球的低重力环境下，液体望远镜的旋转速度可以更慢。
在地球上，大多数液体望远镜都使用水银。水银在室温下为液态，可以反射大约75
％的入射光，效果几乎和银一样好。目前世界上最大的液体望远镜是加拿大不列颠哥伦比亚大学的“大型天顶望远镜”，直径为6
米 ，建成于2005
，造价不到100
万美元，只相当于一架同样直径的固体望远镜造价的百分之几。事实上，成本低廉正是促使科学家下决心建造月球液体望远镜的最大动因。
不过，使用水银建造月球液体望远镜却是行不通的，因为水银的密度很大，使得发射载荷太大，而且水银还很昂贵。更重要的是，水银在月面的真空环境中会很快蒸发。近来，科学家一直在尝试用被称为“离子液体”的有机化合物代替水银来制作液体望远镜。所谓离子液体，基本上就是融解的盐，其蒸发率几乎为零，即便在月面的真空下也不会蒸发。此外，离子液体在极低的温度下也能保持液态。目前，科学家还在设法合成能在液氮温度下保持液态的离子液体。
离子液体的密度比水银低得多，比水略大。尽管离子液体本身的反射率不高，但却可以在离子液体望远镜的表面形成一层超薄的银，厚度仅为50
～100
纳米(1
纳米等于10
亿分之一米 )
，如此薄的厚度实际上使银固化了。在太空的真空环境中，具有极薄银层的液体望远镜既不会蒸发，也不会生锈。如此一来，液体望远镜不就成了“固体望远镜”。
为了保持液体镜面的形状，现在的液体望远镜还只能水平放置，否则液体就会流出来。这是否意味着液体望远镜不能调整方向?
实际上，科学家已经提出了几种使液体望远镜能够倾斜的方案，比如在液体望远镜的上方悬浮二级固体望远镜，又比如让液体望远镜的镜面本身略微弯曲。这些方法听起来匪夷所思，但类似技术已被应用于波多黎各阿雷希伯射电望远镜。
只要望远镜不被放置在地球或月球的极点，那么地球或月球每自转一次，望远镜就会随之扫描天空中的一个环带。月球的自转轴以18.6
的周期发生摆动，因此，月球望远镜实际上能观测一大片天空。
一个非常诱人的想法，是将大型液体望远镜放置在月球极地附近。可以把望远镜放置在一个永久无光照的陨击坑的底部附近，那里的温度很低，对于红外(
热量)
天文学观测来说很理想。当然，还需要在永久有光照的附近山顶上架设太阳能电池板，为望远镜旋转提供能量。
相对于传统望远镜，总是往上看的液体望远镜省去了承重支架、齿轮以及指向控制系统等，因而大大简化了制造，重量也大为减轻。液体望远镜所需的只有液体容器(
或许是雨伞状的，能自行展开)
，外加几乎无摩擦的超导轴承及其驱动电机。据估计，建造一部直径20
米 的月球液体望远镜所需的全部材料只有几吨重，对于美国宇航局计划在2l
世纪20
代发射的“阿雷斯5
号”系列飞船来说，往月球飞一次就足以运送这些材料了。
未来的月球液体望远镜的直径有可能达到100
米 ，也就是比一个足球场还大。如此巨大的望远镜，可以一直回望到宇宙的轻时期，即大约50
亿前，那时第一批恒星和星系正在形成。或许还会发现一些意想不到的天体。这真激动人心!
科学家指出，“在月球上架设巨型望远镜”这一科幻理念，也许很快就能成为现实!
5.下列对文中信息的筛选与整合，错误的两项是
( )
A.
通常情况下，望远镜镜片精确度的要求很高，成本昂贵。
B.2008
10
月，国际知名天文学家和光学家宣称已经找到了在月球上建造大望远镜的“很简单”的方法。
C.
地球上液体望远镜大都使用水银
,
液态水银可以反射大约
75%
的入射光
,
效果几乎和银一样好。
D.
科学家设想用在液氮温度下保持液态的离子液体来制作液体望远镜。
E.
液体望远镜制作成功后，我们可以看到更遥远的宇宙和天体。
解析
B
项原文是“或许已经找到”。
C
项应该是“室温下”的“液态水银”。答案
BC
6.
根据原文的内容，分析“在月球上建立太空望远镜是天文学家长久以来的梦想”的原因。
解析
该问题是文章的首句，起到统领全文的作用。问题内容是表示结果的陈述，原因论述应该在下面语句中。可从第
1
自然段中分析。
答案
因为在没有大气和人为干扰的月面环境下，望远镜能更好地捕捉到宇宙深处恒星的微弱光线。但是，在月球上建造太空望远镜，成本昂贵，搬运问题难以解决，需要经过很长时间的努力才能实现这种梦想。
7.
请联系全文
,
回答科学家为什么会想到在月球上架设大型的液体望远镜。在月球上架设液体望远镜存在哪些困难？
解析
考查概括文章内容的能力。主要是概括
“在月球上架设大型的液体望远镜存在的困难”有哪些，难度较低。
答案
（
1
）原因
:
①在月球上架设液体望远镜的成本低廉。②相对于传统望远镜
,
在月球上架设液体望远镜制造更简单
,
重量也大为减轻
,
往月球上运送材料更方便。③未来的液体望远镜的直径有可能达到
100
米
,
观测距离远。
（
2
）困难
:
①难以合成能在液氮温度下保持液态的离子液体。②难以让液体镜面保持形状。③为月球液体望远镜寻找合适的放置地点有一定困难。
8.
请结合科普文章的文体特征，分析这篇文章的语言特色。
解析
考查鉴赏文本语言特色的能力。科普文
,
语言要求除了准确周密、通俗易懂外，还要求生动形象，目的便于读者接受理解。结合文章的第
1
自然段、第
2
自然段、第
4
自然段以及其他语句分析鉴赏。
答案
（
1
）语言准确周密。如“他们或许已经找到了……”中的“或许”，“这可能就是关键之所在”中的“可能”。在描述具体对象时，运用了精确的数值。如“目前世界上最大的液体望远镜……直径为
6
米
”。（
2
）语言通俗易懂。如第
2
自然段中解释牛顿指出的一个原理。再如，第⑤自然段中解释在月球上不能用水银做材料的原因。（
3
）语言生动有趣。如第
1
自然段中“长久以来的梦想”，倒数第
4
自然段中“一个非常诱人的想法”等。这些诙谐有趣的语句，使读者在轻松的气氛中对所要说明的科学知识加深了印象。
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10
月，一组国际知名天文学家和光学家宣称，他们或许已经找到了在月球上建造“大得令人难以置信”的望远镜的“很简单”的方法。
牛顿早就指出，置于转速恒定的浅容器中的任何液体，都会自然形成抛物面形状——这与望远镜镜面将星光汇聚到焦点所需的形状是一样的。对于建造巨型月球望远镜来说，这可能就是关键之所在。
在地球上，只要保证盛液体的容器严格地处于水平状态，并置于一个由转速稳定的同步电机带动的低震动、低空气阻尼机构上，就可以制造出液面非常完美的液体望远镜。旋转速度无需很快。科学家在实验室中已经制造出了直径为
米
千米
在地球上，大多数液体望远镜都使用水银。水银在室温下为液态，可以反射大约75
％的入射光，效果几乎和银一样好。目前世界上最大的液体望远镜是加拿大不列颠哥伦比亚大学的“大型天顶望远镜”，直径为
米
，造价不到100
万美元，只相当于一架同样直径的固体望远镜造价的百分之几。事实上，成本低廉正是促使科学家下决心建造月球液体望远镜的最大动因。
不过，使用水银建造月球液体望远镜却是行不通的，因为水银的密度很大，使得发射载荷太大，而且水银还很昂贵。更重要的是，水银在月面的真空环境中会很快蒸发。近来，科学家一直在尝试用被称为“离子液体”的有机化合物代替水银来制作液体望远镜。所谓离子液体，基本上就是融解的盐，其蒸发率几乎为零，即便在月面的真空下也不会蒸发。此外，离子液体在极低的温度下也能保持液态。目前，科学家还在设法合成能在液氮温度下保持液态的离子液体。
离子液体的密度比水银低得多，比水略大。尽管离子液体本身的反射率不高，但却可以在离子液体望远镜的表面形成一层超薄的银，厚度仅为50
～100
纳米(1
纳米等于10
亿分之
，如此薄的厚度实际上使银固化了。在太空的真空环境中，具有极薄银层的液体望远镜既不会蒸发，也不会生锈。如此一来，液体望远镜不就成了“固体望远镜”。
为了保持液体镜面的形状，现在的液体望远镜还只能水平放置，否则液体就会流出来。这是否意味着液体望远镜不能调整方向?
实际上，科学家已经提出了几种使液体望远镜能够倾斜的方案，比如在液体望远镜的上方悬浮二级固体望远镜，又比如让液体望远镜的镜面本身略微弯曲。这些方法听起来匪夷所思，但类似技术已被应用于波多黎各阿雷希伯射电望远镜。
只要望远镜不被放置在地球或月球的极点，那么地球或月球每自转一次，望远镜就会随之扫描天空中的一个环带。月球的自转轴以18.6
的周期发生摆动，因此，月球望远镜实际上能观测一大片天空。
一个非常诱人的想法，是将大型液体望远镜放置在月球极地附近。可以把望远镜放置在一个永久无光照的陨击坑的底部附近，那里的温度很低，对于红外(
热量)
天文学观测来说很理想。当然，还需要在永久有光照的附近山顶上架设太阳能电池板，为望远镜旋转提供能量。
相对于传统望远镜，总是往上看的液体望远镜省去了承重支架、齿轮以及指向控制系统等，因而大大简化了制造，重量也大为减轻。液体望远镜所需的只有液体容器(
或许是雨伞状的，能自行展开)
，外加几乎无摩擦的超导轴承及其驱动电机。据估计，建造一部直径
米
代发射的“阿雷斯5
号”系列飞船来说，往月球飞一次就足以运送这些材料了。
未来的月球液体望远镜的直径有可能达到
米
亿前，那时第一批恒星和星系正在形成。或许还会发现一些意想不到的天体。这真激动人心!
科学家指出，“在月球上架设巨型望远镜”这一科幻理念，也许很快就能成为现实!
5.下列对文中信息的筛选与整合，错误的两项是
( )
A.
通常情况下，望远镜镜片精确度的要求很高，成本昂贵。
B.2008
10
月，国际知名天文学家和光学家宣称已经找到了在月球上建造大望远镜的“很简单”的方法。
C.
地球上液体望远镜大都使用水银
,
液态水银可以反射大约
75%
的入射光
,
效果几乎和银一样好。
D.
科学家设想用在液氮温度下保持液态的离子液体来制作液体望远镜。
E.
液体望远镜制作成功后，我们可以看到更遥远的宇宙和天体。
解析
B
项原文是“或许已经找到”。
C
项应该是“室温下”的“液态水银”。答案
BC
6.
根据原文的内容，分析“在月球上建立太空望远镜是天文学家长久以来的梦想”的原因。
解析
该问题是文章的首句，起到统领全文的作用。问题内容是表示结果的陈述，原因论述应该在下面语句中。可从第
1
自然段中分析。
答案
因为在没有大气和人为干扰的月面环境下，望远镜能更好地捕捉到宇宙深处恒星的微弱光线。但是，在月球上建造太空望远镜，成本昂贵，搬运问题难以解决，需要经过很长时间的努力才能实现这种梦想。
7.
请联系全文
,
回答科学家为什么会想到在月球上架设大型的液体望远镜。在月球上架设液体望远镜存在哪些困难？
解析
考查概括文章内容的能力。主要是概括
“在月球上架设大型的液体望远镜存在的困难”有哪些，难度较低。
答案
（
1
）原因
:
①在月球上架设液体望远镜的成本低廉。②相对于传统望远镜
,
在月球上架设液体望远镜制造更简单
,
重量也大为减轻
,
往月球上运送材料更方便。③未来的液体望远镜的直径有可能达到
米
观测距离远。
（
2
）困难
:
①难以合成能在液氮温度下保持液态的离子液体。②难以让液体镜面保持形状。③为月球液体望远镜寻找合适的放置地点有一定困难。
8.
请结合科普文章的文体特征，分析这篇文章的语言特色。
解析
考查鉴赏文本语言特色的能力。科普文
,
语言要求除了准确周密、通俗易懂外，还要求生动形象，目的便于读者接受理解。结合文章的第
1
自然段、第
2
自然段、第
4
自然段以及其他语句分析鉴赏。
答案
（
1
）语言准确周密。如“他们或许已经找到了……”中的“或许”，“这可能就是关键之所在”中的“可能”。在描述具体对象时，运用了精确的数值。如“目前世界上最大的液体望远镜……直径为
米
2
）语言通俗易懂。如第
2
自然段中解释牛顿指出的一个原理。再如，第⑤自然段中解释在月球上不能用水银做材料的原因。（
3
）语言生动有趣。如第
1
自然段中“长久以来的梦想”，倒数第
4
自然段中“一个非常诱人的想法”等。这些诙谐有趣的语句，使读者在轻松的气氛中对所要说明的科学知识加深了印象。
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