2008年11月，人类第一次直接看到了围绕其他恒星转动的行星。尽管这是一个巨大的成就，但这些行星要比木星大得多，并且它们的轨道半径都在24个天文单位到119个天文单位之间（1个天文单位相当于地球到太阳的距离）。
变不可能为可能
我们的梦想是直接看到那些非常靠近恒星、和地球相仿的行星，并就要求望远镜能透过恒星耀眼的光芒看到比2008年11月所看到的行星小3000倍的天体。尽管这对于目前世界上最大的坐落于西班牙加那利群岛的10.4米大型望远镜来说是“不可能”的任务，但也许十年之内，三架巨型望远镜就能把“不可能”变成“可能”。
这三架望远镜分别是24.5米的巨麦哲伦望远镜（GMT）、30米望远镜（TMT）和42米的欧洲特大望远镜（E-ELT），它们都将能收集到来自太阳系外行星的光线，使得天文学家们能够通过分光仪来研究其大气的组成。在欧洲南方天文台为E-ELT工作的马库斯·K-帕提格（Markus K-Patig）说：“在近邻恒星的宜居带中是否存在类地行星？这是一个我们非常想回答的问题。”
通过测量其边缘恒星的运动速度，这些望远镜同时也能用来研究星系中央的超大质量黑洞。目前的望远镜只能对我们的银河系的中央黑洞进行这样的观测。美国加州大学圣克鲁兹分校的TMT科学家杰里·纳尔逊（Jerry Nelson）说：“有了TMT，我们就能研究近距星系中的黑洞。”
这三架望远镜甚至还能用来直接测量宇宙膨胀的速度。在过去的十年中，天文学家已经发现遥远的超新星看似要比预期的暗，根据数学模型的解释，这一现象被认为是由宇宙加速膨胀造成的。但如果有了类似E-ELT这样的望远镜，天文学家们就可以通过监测位于宇宙边缘的明亮类星体来直接测量宇宙膨胀的速率――这些类星体的光线在射向我们的过程中会穿过星系团。每穿越一个星系团，就会造成光线吸收或者红移，由此就可以测量出星系的距离。通过研究这些类星体和星系团红移随时间的长期变化，就能直接测量出宇宙膨胀的速率。
尽管这三架望远镜有着相同的目标，但它们会采用截然不同的方式来实现――要么使用特殊设计的主镜，要么使用自适应光学技术来消除大气湍流造成的模糊和闪烁。然而，建造类似望远镜的最主要挑战来自于它的主镜，而主镜的大小直接决定了望远镜的分辨率：主镜收集来自遥远天体的光线，然后将其汇聚到副镜上，副镜随后会把光线聚焦并输出到望远镜的探测器上。
由七块直径为8.4米组成的GMT，犹如一花瓣状
考虑到主镜过重而不易操纵，目前最大的单镜面望远镜的主镜直径是8.4米，而且主镜太厚也难以保证整块镜面保持相同的温度，由此会影响成像的质量。鉴于此，建造更大型望远镜的唯一办法就是使用较小的镜面来拼接成一个大镜面。
GMT包含了7块由类似派莱克斯耐热玻璃制成的大型镜面，而且这些镜面所具有的蜂窝结构可以大大减轻其自身重量――经过温度控制的空气会被输送到蜂窝结构中，整个镜面能在20分钟内达到热平衡。回想起1917年美国威尔逊山上的2.5米望远镜花了一整晚时间使其厚达33厘米的主镜达到热平衡，这已经是相当不错的了。
自适应光学系统
受到夏威夷10米凯克望远镜成功的鼓励，TMT和E-ELT将采用比GMT小得多的镜面来拼接其主镜。除了更薄和更容易制造及其他的一些好处外，它的缺点则是当望远镜移动时很难使其所有的镜面都保持完美的排列形状。此时，就需要通过边界传感器来探测小镜面之间的偏离，而大量的触动器也会被用来调整拼接镜面，使得主镜的形状能够达到几纳米的精度。
为了保证所拍摄影像的清晰度，另一项望远镜所必须的技术就是自适应光学。因为不同温度并且运动速度各异的大气会扭曲望远镜所接收到的影像；而装备有自适应光学系统的望远镜会检测引导星或者是由激光在上层大气中“打”出来的人造星。此时，计算机软件会比较观测到的引导星或者人造星影像和理想影像之间的差异计算出大气对影像的扰动，然后通过变形镜面进行实时校正。这些变形镜面位于光路的后端，非常薄且易于形变，大小通常为几十厘米，每秒钟可形变50——100次，以此来补偿大气的扰动。
然而，如果安装自适应光学系统就需要额外的镜面，而每多一块镜面就会多吸收一些光子，造成进入后端探测器光子数量的减少。除此之外，额外的镜面还会增加系统自身的热噪声，这会影响望远镜在红外波段的观测。
GMT对此的解决方案是把望远镜的副镜做成变形镜面。“这意味着你不会损失任何入射的光线，因为你本来就要使用副镜来反射光线，”GMT成员、美国卡内基研究所天文台的帕特·麦卡锡（Pat McCarthy）说。但是副镜太大了，要把它做成可形变镜面的话着实是一项挑战。考虑到这一点，E-ELT的设计者仍将采用位于光路末端的小镜面，但不同的是，他们把自适应光学系统置于-30℃的环境中，以此来降低系统的热噪声。
虽然面临各种各样的挑战，但这三架望远镜的团队都力争在2017年让他们的望远镜投入使用，以此把天文学和宇宙学领入新的纪元。“我们将深入以前从未到过的宇宙，”E-ELT的K-帕提格说，“从中发现以前绝对意想不到的新事物。”
资料来源 New Scientist
责任编辑 则 鸣
14位院士联名建议
中国积极参与TMT国际合作项目
4月28日，值中国科学院自适应光学重点实验室年会期间，14位中国工程院院士对中国参加30米光学-红外望远镜（TMT）国际合作项目计划进行了主动咨询，在查阅TMT项目建议资料，听取项目进展汇报后，联名签署了《抓住机遇、积极参与三十米光学-红外望远镜国际合作》专家建议，希望我国积极争取正式成为TMT项目的合作伙伴，并且力争在其他有优势的方面承担更多的任务。
建议书拟于近期向国家有关科技主管部门递交，以期早日做出立项决策，解决投资渠道问题。
参与建议书的工程院院士有：金国藩、朱能鸿、姜文汉、范滇元、赵伊君、龚知本、龚惠兴、林祥棣、许祖彦、苏君红、李同保、周寿桓、叶声华、周福霖。