甚大望遠鏡（Very Large Telescope，VLT）是歐洲南方天文臺成員國建造并安裝在智利帕瑞納天文臺的大型光學天文望遠鏡。其主要應用于探索太陽系的結構和組成，搜索太陽系旁鄰近恒星的行星，研究低質量恒星、棕矮星和行星的質量分布，研究星云內恒星的誕生，觀察活躍星系核內可能隱藏的黑洞以及探索宇宙的邊緣等。
甚大望遠鏡的研制工作始于1986年，耗資超過5億美元。第一架望遠鏡在1998年建成，1999年4月正式使用。第二架望遠鏡于1999年3月建成，?2000年4月正式使用，主要儀器是兩架大型攝譜儀。第三架望遠鏡在2000年1月建成，它配備有研究早期宇宙極遙遠星系的攝譜儀。第四架望遠鏡于2000年7月建成，?主鏡表面研磨精度達到了8.5μm。2005年和2006年，歐洲南方天文臺在甚大望遠鏡近旁相繼建造了4臺口徑1.8m的輔助望遠鏡。
VLT包括4架口徑8.2米的大型光學望遠鏡。它們既可以單獨使用，也可以組成光學干涉儀進行高分辨率觀測。它們與4臺口徑1.8米的輔助望遠鏡共同組成甚大望遠鏡干涉儀。4個主望遠鏡形成干涉陣時，最長基線長200m，集光能力相當于一個口徑16m的望遠鏡，而分辨率相當于口徑200m的望遠鏡。對于甚大望遠鏡的控制，主要是在位于帕瑞納山山頂主觀測平臺下方的控制大樓里進行的。
甚大望遠鏡在投入使用后在觀測方面取得許多成果。例如，其拍攝了第一顆太陽系外行星；揭示了最大的黃特超巨星的秘密；其對獵戶座星云的中心展開了更為深入的觀測，使人們對獵戶座星云有了新的認識；以及首次發現了宇宙中第一批恒星爆炸后留下的“灰燼”等。
相關歷史
背景
自從19世紀中葉克拉克父子在望遠鏡制造方面異軍突起之后，100多年以來，美國人基本上處于領導世界潮流的地位。20世紀50年代，美國又建立了帕洛馬山口徑5.08米的海爾望遠鏡。天文望遠鏡的發祥地歐洲的光彩不再重現。歐洲的天文學家不甘于這種落后的局面，決心要創造新的世界奇跡。然而，這對于任何一個單個的歐洲國家來說，根據他們的人力、財力和物力，都不能做到。在這種情況下，他們想到了聯合作戰的方式。幾個有數百年天文研究歷史的歐洲國家聯合建臺。
1954年，歐洲的物理學家聯合起來建立了歐洲粒子物理實驗室，這個實驗室使得歐洲的研究者能聯合起來建造強大的粒子加速器。這一事實給歐洲的天文學家很大的啟發，再加上美國帕洛馬山口徑5.08米的海爾望遠鏡的建立，他們很自然地想到也應該聯合起來去推動未來的大型望遠鏡計劃。
建設歷程
歐洲南方天文臺于1984年首次在國際上提出了甚大望遠鏡的概念。1986年9月29日至10月2日，歐洲天文臺（ESO）甚大望遠鏡研討會在意大利威尼斯喬治·西尼基金會舉行。意大利科學研究與技術協調部長路易吉·格拉內利（Luigi Granelli）介紹了該項目，其強調了該項目對歐洲科技的重要影響，也強調了歐洲在該領域的主導作用。在1986年10月3日的會議上，ESO科學技術委員會決定建議ESO理事會暫時接受現階段的VLT項目。并預計最終的、詳細的項目將于1987年6月提交給理事會。
1987年12月8日，歐南臺八個成員國全體一致通過建造甚大望遠鏡的計劃，并且經費得到批準。四臺儀器中的第一臺望遠鏡 （VLTⅠ)）于1998年5月25日安裝好，同年5月開始試觀測，并試拍的一批距離遙遠、暗弱的深空天體照片。1999年4月1日，VLTⅠ正式投入科學運行。
第二臺望遠鏡（VLTⅡ）于1999年3月開始試觀測，2000年4月正式交付使用。2000年1月第三臺望遠鏡（VLTⅢ于）開始正式觀測，它配備有研究早期宇宙極遙遠星系的攝譜儀。第四架望遠鏡（VLTIV）于2000年7月建成，?主鏡表面研磨精度達到了8.5μm。
2001年，甚大望遠鏡進行自適應光學的驗收，2002年全面運行。歐洲南方天文臺于2004年完成了大部分第一代儀器，開始第二代儀器的研制。2005年和2006年，其在甚大望遠鏡近旁相繼建造了4臺口徑1.8m的輔助望遠鏡，它們與4臺8.2m望遠鏡共同組成甚大望遠鏡干涉儀。
2018年2月，甚大望遠鏡上的光譜儀（用于巖石太陽系外行星和穩定光譜觀測）首次將來自所有四個望遠鏡的光線組合在一起，使VLT成為現有最大的光學望遠鏡收集區。雖然由于其中的復雜性，四個望遠鏡的的光線并沒有融合在一起（一次只能組合三個單位望遠鏡）。但其還是實現了歐洲南方天文臺從20世紀80年代以來希望將幾個望遠鏡的光線以不連貫的焦點匯聚在一起，為一臺儀器提供信號的夢想。
命名
在落成典禮上，這四臺單位望遠鏡以馬普切語命名（該語言來自居住在圣地亞哥南部地區的土著人民）。智利的學生也參與了命名，其中17歲的喬西·阿爾巴內斯·卡斯蒂利亞 (Jorssy Albanez Castilla) 的命名文章被委員會一致選中。四臺望遠鏡分別被命名為安圖（Antu）、奎恩（Kueyen）、（梅里帕爾）Melipal、（葉朋）Yepun，在馬普切語里的含義分別是太陽、月亮、南十字座和金星。
技術特點
甚大望遠鏡設計特點如下：
基本設計
選址
對于天文望遠鏡的選址，首先，城市中有可見光的光污染問題。這些來自各個方向、包含各種波長的光污染源，對于聚焦光線的望遠鏡來說有很大影響。大量的光污染會干擾甚至覆蓋宇宙深空里天體發出的光。因此，光學天文望遠鏡需要盡可能遠離人造光覆蓋區域。其次，某些氣象因素也會嚴重影響光學天文觀測的效果，其一就是視寧度（指大氣湍流對天文圖像質量的影響）。
視甚大望遠鏡安裝在智利安托法加斯塔以南130km的帕瑞納天文臺，海拔高度2632m，四周幾十公里沒有城鎮和村莊，沒有任何燈光的影響。帕瑞納天文臺地處的阿塔卡馬沙漠是地球上最干旱的地區之一，氣候干燥，為沙漠類型裸巖地貌，一年中晴夜數多達340個，視寧度達到0.5''，其極低的空氣濕度和較高的海拔能夠顯著降低大氣湍流的擾動，使望遠鏡能夠清晰成像。
結構
主望遠鏡
甚大望遠鏡包括4架口徑8.2m的主望遠鏡。
干涉陣
甚大望遠鏡除了4架主望遠鏡，還有4架口徑1.8m的輔助望遠鏡，?一架口徑2.6m的寬視場（1.5°）光學望遠鏡和一架口徑4m的寬視場（1.5°）紅外望遠鏡。各個主望遠鏡可以單獨工作，也可以通過其干涉儀VLTI將兩個或兩個以上的望遠鏡作為干涉陣，也可以使幾個主望遠鏡和輔助望遠鏡形成干涉陣工作。工作波段為0.3～26μm，可以作光學和紅外工作。4個主望遠鏡形成干涉陣時，最長基線長200m，集光能力相當于一個口徑16m的望遠鏡，而分辨率相當于口徑200m的望遠鏡。該結構可使天文學家能夠看到比單個望遠鏡更精細的細節，并且可以以毫角秒的角分別率重建圖像。
控制與操縱
歐洲南方天文臺是由比利時、法國、德國、?荷蘭和瑞典五個國家于1962年建立的，隨后加入了丹麥、意大利和瑞士，其總部設在慕尼黑北郊的加興。歐洲南方天文臺先是陸續在拉西亞山安裝了15臺望遠鏡，并在慕尼黑加興與拉西亞山之間建立起來一條永久的衛星通信線路。這條衛星線路使得天文學家在慕尼黑附近加興的辦公室里就能控制拉西亞山上的望遠鏡的指向。由于拉西亞山的整個山頭已經被先前的15架望遠鏡布滿了，所以歐南臺為甚大望遠鏡選擇了另一個山頭，拉西亞山以北600千米的帕瑞納山。甚大望遠鏡控制大樓位于帕瑞納山山頂主觀測平臺下方，觀測小組從這里控制甚大望遠鏡和相關儀器。白天的日常維護工作也由歐洲南方天文臺工程師通過這里的計算機終端和監視器進行。
甚大望遠鏡的四個單位望遠鏡中的每一個都由控制室內的特定區域（“模塊”）控制?。夜間助理、工程師和天文學家從這里進行觀測。控制室里的工作包括持續監測和優化望遠鏡狀態、將望遠鏡指向要觀測的天體、曝光前調整儀器（相機、攝譜儀）、傳輸和存儲儀器數據，以及對觀察結果進行第一次評估。
歐南臺在2019年對甚大望遠鏡進行了升級——在甚大望遠鏡上添加了新的行星探測儀器（紅外成像儀和光譜儀），目的在于尋找恒星系統半人馬座阿爾法星中的太陽系外行星。
設計參數
甚大望遠鏡有一個卡塞格林焦點、兩個耐斯姆斯焦點和一個折軸焦點。在卡塞格林焦點和耐斯姆斯焦點都有自適應光學校正。各焦點的主要光學參數如下：
耐斯姆斯系統
耐斯姆斯系統中有主鏡、副鏡和第3鏡三塊反射鏡，副鏡是光闌，入瞳直徑8000mm，出瞳直徑1113.1mm，焦距120000mm，焦比f/15，全視場30'，不暈視場7.15'，像面線直徑1043.8mm，不暈視場線直徑249.6mm。?采用R-C系統。有兩個耐斯姆斯焦點，第3鏡可以轉動，?實現兩個耐斯姆斯焦點之間的轉換。
卡塞格林系統
卡塞格林系統中只有主鏡和副鏡兩個反射鏡面，不是R-C系統。入瞳直徑8115mm，出瞳直徑1113.1mm，焦距108827mm，焦 比?f/13.41。全視場角直徑15'，線直徑474.4mm。不暈視場角直徑2.68'線直徑85.0mm。
折軸系統
起初VLT折軸系統采用的是與卡塞格林系統、耐斯姆斯系統共用同一個副鏡，加一塊中繼鏡形成的折軸系統。后來天文臺將中繼系統改成了兩級，在一個耐斯姆斯焦點前面用一個中繼系統將光線經幾次轉折，最后成像在望遠鏡下面的折軸焦點。中繼系統由5塊鏡面組成。M4和?M6是凹圓柱面鏡，?M5和?M7是凹球面鏡，M8是平面鏡。
主鏡
望遠鏡采用地平裝置，主鏡采用主動光學系統支持，下方安裝了有150個促動器的主動光學系統。其指向精度為1''。跟蹤精度為0.05''。鏡筒重量為100t，叉臂重量不到120t，風速為100km/h時副鏡形變誤差為0.4mm。4個主望遠鏡的主鏡口徑為8.2m，中心厚度178mm，是彎月形鏡。其凹面的曲率半徑為28975mm，凸面曲率半徑為28977mm。
應用領域
甚大望遠鏡的主要科學目標為探索太陽系的結構和組成，天文學家主要用它做如下觀測：
觀測成就
2004年，一個由歐洲和美國天文學家組成的團隊在一顆褐矮星附近發現了一個紅色斑點。該天體比其母星暗100多倍。并且由甚大望遠鏡拍攝到的圖像進一步的證實，它是一顆太陽系外行星，繞恒星運行的距離是地日距離的55倍，同時這是太陽系外第一顆被拍攝到的行星。
2008年，一組科學家利用甚大望遠鏡發現了繪架座恒星附近的一個天體并對其進行了成像。研究人員還使用甚大望遠鏡來確定繪架座βb的旋轉速度，計算出這顆巨大行星在赤道的旋轉速度接近100000km/h。同年，甚大望遠鏡通過探測距離近110億光年的星系中的一氧化碳分子，測量了宇宙的溫度。
甚大望遠鏡還被用來探測系外行星的大氣層。2010年，它研究了太陽系外行星GJ1214b，發現其大氣層主要是厚厚的云層或薄霧。同年，天文學家使用歐洲南方天文臺的甚大望遠鏡首次獲得了恒星爆炸所排出的最內部物質分布的三維視圖。根據新的結果，最初的爆炸不僅威力強大，它也更加集中于某一特定方向。這些方向的爆炸比其他方向更強、更快，導致形成不規則形狀的物質。這一觀察結果首次確認了此前超新星計算機模型對恒星爆炸過程中會發生大規模的不穩定的預測。
2014年，借助甚大望遠鏡干涉儀，由尼斯蔚藍海岸天文臺的奧利維爾·謝諾（Olivier Chesneau）帶領的國際合作團隊，發現黃特超巨星HR 5171A極為龐大——直徑超過1300個太陽，遠超預期。這使得它成為已知最大的黃超巨星 ，并足以位列十大體積最大恒星之列——比已發現的紅超巨星參宿四（獵戶座α）直徑大了約50%，亮度約為太陽的一百萬倍。觀測持續了六年以上，部分數據來自天文愛好者，都顯示這對天體處于迅猛變化中，正處于其生命中極為短暫的 （快速演化）階段。
獵戶座大星云是正在產生新恒星的一個龐大氣體塵埃云。這些恒星形成區中包含大量氫原子氣體、年輕的熾熱恒星、原行星盤以及以高速掃過物質的恒星噴流等。但獵戶座星云亮度很高，甚至在地球上肉眼都能看見，一直以來，其理想的相對距離和觀測條件為人類提供了探索恒星形成理論的重要條件。2016年，智利和德國的天文學家們用甚大望遠鏡對獵戶座大星云展開了非常全面以及深刻的一次剖析。望遠鏡配備的強大紅外儀，不僅為人們呈現了壯觀美麗的圖片，還揭示了比2016年以前所知十倍數量的褐矮星及獨立的具有行星質量的天體。褐矮星的構成類似恒星，但因質量不夠大也不夠亮，所以2016年以前發現的數量很少。VLT發現大量這種低質量星體的存在可以幫助天文學家更好地洞察恒星形成的演化史。
2018年，利用甚大望遠鏡第二代觀測設備GRAVITY，天文學家第一次在繞行超大質量黑洞的恒星上觀測到恒星隨著軌道距離黑洞越來越近，顏色會逐漸偏紅的現象。觀測的結果與廣義相對論的理論預言（當恒星穿過超大質量的黑洞所產生的極端引力場時就會產生引力紅移效應）精確吻合。
2023年5月，法國和意大利科學家合作利用甚大望遠鏡，首次發現了宇宙中第一批恒星爆炸后留下的“灰燼”。他們探測到3個遙遠的氣體云，其化學成分與科學家在銀河系的許多老恒星中觀察到的化學成分相匹配，由此，他們認為這些恒星可能是由第一代恒星的“灰燼”直接形成的第二代恒星。這一發現為間接研究第一批恒星的性質開辟了新途徑。
參考資料 >
Very Large Telescope.歐洲南方天文臺.2024-01-24
Very Large Telescope: Powerful Eyes on the Sky.Space.2024-01-25
VLT Control Room.ESO.2024-02-12
VLT Spots Largest Yellow Hypergiant Star.ESO.2024-01-26
宇宙首批恒星爆炸“灰燼”現身.中國科學院.2024-01-26
The ESO Very Large Telescope: One More Step Towards Reality.ESO.2024-01-26
觀天巨眼 | 全球8-10米級望遠鏡縱覽.中國國家天文臺.2024-01-25
The VLT primary mirrors: mirror production and measured performance.ESO.2024-02-02
The Very Large Telescope — The World’s Most Advanced Visible-light Astronomical Observatory.ESO.2024-02-02
Seeing a Stellar Explosion in 3D.ESO.2024-01-26
甚大望遠鏡深入觀測獵戶座星云.科技日報/中國科學院.2024-01-26
A deep infrared view of the Orion Nebula from HAWK-I.ESO.2024-02-02
甚大望遠鏡，究竟有多大？.中科院物理所.2024-01-26
Orbit diagram of S2 around black hole at centre of the Milky Way.ESO.2024-02-12
First Successful Test of Einstein’s General Relativity Near Supermassive Black Hole.ESO.2024-02-12