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南非，薩瑟蘭—在乾旱高原的高處，一群國際天文 visiting astronomers 眯著眼睛看著正在消散的橙色日落。他們興高采烈地來到這裡，爬上一堆古老的火山岩巨石，俯瞰著一片廣闊的迷彩綠色觀景臺的邊緣。他們一直在開普敦參加一個關於與公眾交流天文學的國際會議，並且非常興奮終於來到非洲首屈一指的天文臺的所在地。
“這裡”距離開普敦有四個小時的艱苦車程，在那裡，近五年前的南非大型望遠鏡（SALT）應該正在為晚上的觀測做準備。 然而，它卻靜靜地矗立在那裡。 其巨大的 10 米乘 11 米的分割鏡面保持固定不動； 其控制室的電腦螢幕上空無一物，沒有天體目標。 SALT 自 2009 年 4 月以來一直處於維修模式，並且可能要到最早 6 月份才能繼續其雄心勃勃的科學任務。 儘管 SALT 的南非天文學家和光學工程師技術團隊表示，望遠鏡的國際合作夥伴在漫長的延遲期間一直很有耐心，但每個人都顯然渴望儘快恢復望遠鏡的全面執行狀態。
SALT 被譽為南半球最大的光學和近紅外望遠鏡——是德克薩斯州 Hobby-Eberly 望遠鏡 (HET) 的全新改進版本——但從一開始就受到影像質量問題的困擾。
“我們從 2005 年底開始進行首次科學觀測，並在第一年就發現了這個成像問題，”SALT 天文業務主管大衛·巴克利在他的開普敦南非天文臺 (SAAO) 總部的 SALT 辦公室角落裡說道。 “但是我們花了四年時間才停止科學觀測，因為我們不知道它的原因； 診斷它的唯一方法是進行觀測。 我們當時只是讓望遠鏡勉強執行，做它能做的科學觀測。”
成像問題出現在所謂的球面像差校正器中，這是一個由四個獨立的鏡片組成的組合，位於望遠鏡主鏡上方的高處。
“對於只看漂亮圖片的人來說，這很好，”巴克利說。 “對於專業天文學家來說，這些影像外側的物體看起來像帶有小尾巴的腰果。 這些影像受到鏡面校準問題的損害。 但在去年四月，我們知道如何解決這個問題，並且擁有解決問題的工具和人員。”
便宜，但有代價
就大型望遠鏡而言，SALT 是一筆劃算的買賣，建造成本僅為 2000 萬美元。 但是，使其價格保持在較低水平的相同設計特點也導致了其長期執行的複雜性。 SALT 的球面鏡望遠鏡的成本僅為傳統的全可轉向拋物面鏡望遠鏡的五分之一，例如夏威夷 Keck 望遠鏡的任何一臺。 SALT 的主鏡可以 360 度全方位旋轉，但其角度始終固定在垂直方向的 37 度，這限制瞭望遠鏡在任何給定時間對天空相對較小環帶的觀測。
對於拋物面鏡，入射光線都匯聚到一個共同的焦點。 但是 SALT 的球面鏡會產生一個彎曲的焦平面，如果要成功地聚焦望遠鏡的入射光子以進行成像或光譜學研究，則必須對其進行校正。
SALT 工作人員天文學家 恩卡尼·羅梅羅·科爾梅內羅 說，球面像差校正器（SAC）應該補償了來自主鏡不同部分的光線最終到達不同焦點位置的事實。 來自天體目標的光首先照射到球面主鏡，向上彈射到 SAC，照射到其所有四個鏡片，最後到達一個焦點。
但這並不是實際發生的情況。 相反，SALT 的影像被校正器內部鏡片的相對運動所扭曲，這在很大程度上是由於 SAC 的機械介面如何螺栓固定在望遠鏡跟蹤器的底部。 跟蹤器位於主鏡上方，在地球自轉時跟蹤望遠鏡的天體目標。 相比之下，傳統望遠鏡的整個結構都會移動以跟蹤其目標。
SAAO 主任、天體物理學家菲爾·查爾斯說：“望遠鏡停機這麼長時間是因為我們必須拆卸 SAC 並檢查鏡片是否損壞； 然後將它們放回原位並重新對準。” “我們已經完全重新設計了固定鏡片的機械裝置以及它與跟蹤器的連線方式。”
天文臺的未來
一旦 SALT 恢復線上，它仍將受到該國落後的電信系統的阻礙，該系統已經給望遠鏡造成了一些資料通訊問題。 雖然開普敦已成為一個時尚的國際化都市，其基礎設施已完全準備好在 6 月份舉辦世界盃足球賽，但南非總體上仍然是一個發展中國家。
查爾斯說，這些光學和資料傳輸問題不會永久損害 SAAO 在世界一流天文學方面的聲譽。 畢竟，正如巴克利指出的那樣，大型、最先進的望遠鏡經常受到工程故障的困擾——例如，亞利桑那州新的大型雙筒望遠鏡至少落後計劃一年半的時間。 這些麻煩似乎並沒有削弱 SALT 未來使用者的期望，因為問題似乎從來不是能否解決，而是何時解決。 查爾斯指出，即使在發現影像校正器的問題後，SALT 還是引入了兩個額外的合作伙伴：紐約市的美國自然歷史博物館和印度的大學間天文與天體物理學中心。
SALT 在七個國家的 15 個機構合作伙伴計劃利用該天文臺研究從asteroid 小行星到暗能量的一切事物。 儘管歡迎合作夥伴天文學家申請觀測時間，但巴克利坦率地建議他們不要期望親自監督自己的觀測活動。
“這是一臺佇列排程望遠鏡，”巴克利說。 “任何一個晚上，它都可能在執行十幾個觀測程式。 因此，您不希望一些新手問該按哪個按鈕。” 使用 SALT 的天文學家將改為遠端執行提交的觀測程式，這種方法的擁護者聲稱這是一種更有效利用望遠鏡時間的方式。
佇列排程意味著 SALT 可以研究時間尺度從幾天到幾年的物體。 它的專長將是時域光譜學——可用於觀測星系黑洞的吸積、遙遠超新星的巡天，甚至尋找系外行星。 正如 SALT 董事會成員、賓夕法尼亞州立大學天體物理學家拉里·拉姆齊所說，該望遠鏡不會試圖與夏威夷的 Keck 天文臺或智利的甚大望遠鏡陣列競爭，而是將發揮其自身獨特的優勢。
姊妹望遠鏡
如果 SALT 取得成功，這對獲得觀測時間的天文學家來說是好訊息。 巴克利認為，SAAO 在沒有外部幫助的情況下完全診斷和修復 SALT 的能力證明了其建造和執行大型望遠鏡的能力。 與此同時，南非正在與澳大利亞競爭，以爭取價值 15 億美元的 SKA（平方公里陣列）專案，這是一個計劃中的由眾多無線電天線協同工作組成的平方公里望遠鏡。
南非的該專案原型是 Karoo 陣列望遠鏡 (MeerKAT)，這是一個由 80 個無線電天線組成的陣列，每個天線直徑 12 米，將位於 SALT 以北 200 公里處。 一條專用的 600 公里 MeerKAT 資料線目前正在建設中，它將把望遠鏡陣列的資料流傳輸到開普敦。
現在判斷南非是否會贏得 SKA 投標還為時過早，但儘管有一些內部爭吵，該國正在採取措施解決其基礎設施缺陷及其對新人才的科學需求。 至於 SALT，它現在取代了 20 世紀 40 年代的 1.9 米光學望遠鏡，這是 SAAO 在其薩瑟蘭設施運營的幾架較小望遠鏡之一，成為南非最大的望遠鏡。
當天晚上晚些時候回到薩瑟蘭， visiting astronomers聚集在 SAAO 觀測高原的底部，被他們面前銀河系、南十字座和麥哲倫星雲的完整景象所吸引。 這是一個晴朗、無月的夜晚，對於 15 世紀歐洲航海探險家向南駛向非洲最南端至關重要。 幸運的是，這座巨型望遠鏡將很快加速運轉，而這樣的天體寶藏將具有全新的科學意義。