那些年 我們一起diy的天文望遠鏡

國中自製望遠鏡,只為一探月球奧祕;哈雷彗星造訪,從此與天文結下不解之緣。海外旅居,因緣際會下師承光學磨鏡大師。轉眼,在台灣親自指導製作的水管望遠鏡已超過1000 台。

和許多人一樣,從小我就很想擁有一台天文望遠鏡,但由於價格昂貴,經常只能望著雜誌中的照片興歎。在國中一年級時(台中市居仁國中),母親便騎車載著我穿梭於台中市的各大書局和圖書館間,最後我依循幾本書中的資訊,硬著頭皮自製了兩台天文望遠鏡-用水管做的折射式望遠鏡和用廢木料做的牛頓式望遠鏡(圖一),其中的光學元件都是取材自日常生活中,如化妝鏡、老花眼鏡、放大鏡等等,所以光學品質並不理想,但因口徑不小,仍可以看得很遠。

圖一:(A)1983 年我在國中一年級時所自製的折射式水管望遠鏡,口徑10 公分

圖一:(B)1983 年我在 國中一年級時所自製的反射式(牛頓式)望遠鏡,口徑20 公分。

我原本只是想用望遠鏡親眼證實月球上的確有嫦娥或是其它生物存在,因為每每仰望月球時總覺有黑影晃動。結果我只找到了令人失望的答案。事隔兩年,在1986年的3月,哈雷彗星造訪地球,當時國三的我便利用這兩台自製的望遠鏡配合傳統的底片相機和以鐵絲及水管自製的轉接環,在台中的中興嶺上清楚拍攝到了它的蹤影(圖二)。該照片在學校引起不小的騷動,自此我便與天文結下了不解之緣。

圖二:1986 年3 月,我在國三時用自製的望遠鏡所拍 攝到的哈雷彗星,由於翻拍自舊照片的關係所以只見電 漿尾而看不清塵尾。

雖然後來走上了專業天文的路,得以使用世界級的大口徑望遠鏡進行研究工作,但卻仍對如何自製望遠鏡、尤其是徒手磨鏡有莫名的憧憬,因為這是自小的缺憾。1999 年我自英國劍橋大學霍金教授的相對論小組獲得宇宙學博士學位後,便到美國柏克萊加州大學(U.

C.Berkeley)任職,因緣際會認識了一位製作望遠鏡的名師蘇拉科夫斯基(Paul Zurakowski),他是史上第一位獲得「柯利弗霍姆斯獎」(RTMCs Clifford Holmes Award,授予對天文普及具貢獻者)的人(於1978 年獲獎),小行星「12321」更是以他命名。

在他門下,我一邊擔任義工一邊學習了兩年多,不但學會了徒手磨製一流光學非球面鏡的技術,還學會了許多量測及修正鏡片的技術,這些都是決定一台望遠鏡好壞的主要關鍵。

至此,心中感到充實萬分,長期以來夢想中的破洞總算補起來了。他告訴我,許多一流的非球面光學鏡片,其實都是仰賴手工打造出來的,除了靠經驗之外,有時還得倚賴準確的第六感,這並不是每個人都學得來的,所以他要我珍惜自己所擁有的能力。

返國服務後,自2003 年起連續四年獲得教育部顧問室「基礎科學人才培育計畫」補助(特別感謝褚德三教授、郭重吉教授、呂助增教授的支持),成立了台大望遠鏡製作實驗室,原本只是想帶著物理系的學生作點基礎性的研究和訓練,但沒想到受到顧問室的青睞與鼓勵,連續給了我們三年的全國優等獎並另案補助於2004 年辦理第一屆全國望遠鏡製作研習營(圖三),從徒手磨鏡開始,並以水管作為鏡身的主體材料。

圖三:2004 年由教育部顧問室主辦的第一屆全國望遠鏡DIY 研習營,鏡片皆由徒手磨製。

我們的實驗室另方面也同時協助國內外的計畫進行望遠鏡光學設計及測試工作( 例如A M i B A 宇宙望遠鏡計畫、POLAR 計畫),同時也有能力自製中大口徑的望遠鏡。目前國內第一大自製望遠鏡「南瀛天文台」(圖四)及第二大自製望遠鏡「台大溪頭鳳凰山天文台」皆是由我所主導規劃監造的。

圖四:南瀛天文台(口徑76公分牛頓式)於2006 年8 月驗收時所攝。圓頂結構的頂部還藏有當時的 縣長蘇煥智和我的簽名。

教育部的計畫雖然於2006年即告結束,但之後很神奇地在沒有任何經費支助下,望遠鏡DIY的活動竟如柳成蔭般地開花結果,每年先後皆有不同的單位接洽主辦。目前還保存有的資料顯示,自2 0 0 9 全球天文年至今,在我親自指導下全國已製作出超過一千支以塑膠水管及木材為主幹材料的天文望遠鏡,俗稱「水管望遠鏡」,在網路上已有許多網友分享資料,也有中國時報、蘋果日報、自由時報等多家平面及網路媒體報導過,這都是始料未及的。

其中的參與者從小學生到年近八十的民眾都有。在這些營隊中,有的是從徒手磨鏡開始,有的則是使用半成品搭配水管和木料以土法製作(圖五)。過程雖然辛苦,又占用許多和家人相處的時間,但總希望不會有人再像我小時候一般無奈,希望能多啟發一些科學人才。支持我一直走下去的,其實就是學員們滿意的笑容,和細數不完的感謝信及成果照。

圖五:DIY 營隊的水管望遠鏡設計已演進至第六代,其中並教導如何徒手磨鏡。

望遠鏡的打造主要分作三大步驟:鏡片製作(包含磨鏡及鍍膜)、鏡身打造、以及光學校準(圖六)。過程中的「磨鏡」是最關鍵也是最具技術性的步驟,畢竟鏡片是望遠鏡的心臟,所以其市價主要是貴在這個部份。就反射式望遠鏡而言,其主鏡片材料費其實並不高,主要是貴在製作工錢,因此磨鏡DIY 的主要價值之一便在於此,以下將作簡要的介紹。