视光学与观测光学设备的新成果
一、开发视光学设备的新信息
（一）研制不同特性眼镜的新进展
1．开发纳米隐形眼镜的新成果。
⑴制成能缓释药物治疗眼疾的纳米隐形眼镜。2004年11月，英国《新科学家》杂志报道，新加坡工程师利用纳米技术，制造出一种隐形眼镜，它可以通过控制药物释放剂量，来治疗诸如青光眼等各种眼科疾病。
目前，眼科疾病大多通过滴眼药来治疗。滴过眼药的人都知道，药水滴到眼里会很快流出来，不仅浪费药物，降低疗效，而且由于眼药会经鼻腔进入血液中，因此还会对人体有一定的副作用。
新型隐形眼镜利用纳米技术，首先在隐形眼镜片中，形成四通八达的微细管道网络，进而利用隐形眼镜所具有的纳米特性，来控制药物的释放。实验证明，这种新型隐形眼镜可以在数小时乃至数天内精确地控制药物的释放。
制备这种新型隐形眼镜时，首先要把药物和一种液体聚合物前体混合在一起，然后进行聚合，即可获得透明的隐形眼镜。控制药物和聚合物前体的含水量，可决定小管的粗细，进而控制药物释放量。对于水溶性药物，可直接把它溶解在充水的微细小管网络中；而对于非水溶性药物，则首先把它固着在由聚合体矩阵所形成的纳米级空隙中，然后再慢慢渗透到小管中去，当这些小管与眼液接触，就会打开并释放药物。
此前，曾有研究人员尝试制造可释放药物的隐形眼镜，但隐形眼镜造成的眼球血管扩充致使角膜缺氧问题，始终无法解决。新型纳米隐形眼镜，由于具有内部相通的微细管道，空气、盐份及营养物可自由通过，从而克服了这一难关。研究小组已对水溶性治疗青光眼药物，及非水溶性的抗菌药，进行了实验，证明这种新型隐形眼镜可减缓严重青光眼患者的发病进程。如果把镜片中的药水换为润滑液，还可防止长期佩戴隐形眼镜者发生眼球干燥缺水现象。
⑵开发出能挡有害紫外线的纳米变色隐形眼镜。2009年11月，新加坡生物工程与纳米科技研究院发表公报说，他们成功开发出变色隐形眼镜。与传统的镜片式变色眼镜相比，它能在遇强光数秒内快速变色，阻挡有害紫外线，从而使眼睛得到更有效保护。
研究人员利用一种名为HEMA化学物质、表面活性剂和水，研制出一种表面有纳米微孔的聚合材料。用这种材料制成的隐形眼镜，可以使阻挡紫外线的染色剂，均匀附着在上面，能提高镜片的光感度。研究人员说，这种纳米变色隐形眼镜有望很快通过临床测试，并推向市场。
2．开发仿生眼镜的新成果。
⑴研制能帮助盲人恢复视力的智能仿生眼镜。2011年7月，有关媒体报道，英国卫生部提供资金支持，牛津大学斯蒂芬·希克斯博士领导的一个研究小组，正在研制智能仿生眼镜，它能帮助数以万计的盲人恢复视力。
盲人在购物中心和繁忙的火车站活动时，仿生眼镜能提供导航服务，甚至可使他们“看清”巴士号码和取款机的显示屏。这款眼镜采用轻型设计，造价并不昂贵，如果测试取得成功，最早将在2014年上市。英国登记注册的盲人共有30万，绝大多数人都可佩戴这款眼镜，患有老年性黄斑退化症的盲人将是最大受益者。
据悉，仿生眼镜采用透明镜片，上面布满小型发光二极管，镜框外部顶角安装针头大小的摄像头。摄像头负责获取信息，而后通过线路传输给佩戴者口袋内只有手机大小的电脑。电脑对信息进行处理并简化成点阵。镜片中的发光二极管随后点亮点阵，让佩戴者了解有关前方物体的信息。
闪光代表前方有人，不闪光则代表前方出现楼梯等物体。虽然这些信息对正常人来说无关紧要，但对于失去大部分视力的人来说，这至关重要，允许他们一个人购物或者搭乘公共交通工具。借助于听筒，仿生眼镜可以传输更为复杂的信息。摄像头可以获取有关巴士号码和火车时刻表的信息，电脑随后对这些信息进行分析，处理后的信息以声音的方式传输给佩戴者。同样的工作原理，也可帮助盲人“看到”银行取款机，或者火车站售票机的显示屏。
专家指出，仿生眼镜只有在佩戴者能够感知到光线条件下，才能发挥作用，因此并不适于完全失明的人。不过，英国绝大多数登记注册的盲人，包括老年性黄斑退化症患者，仍拥有一定的视力。
⑵研制可提高人类夜视能力的仿生眼镜。2016年3月，有关媒体报道，美国威斯康辛大学麦迪逊分校江宏瑞博士领导的研究小组，正在模仿象鼻鱼的视网膜结构，希望开发出一种能自动调节焦距，而且能提高人们夜视能力的仿生眼镜。象鼻鱼生活在光照度较低的浑水中，却能发现藏在污泥中的捕食者，因为它们独特的眼睛能在黑暗中看清东西。
目前，全世界约10亿人受老花眼影响，由于晶状体老化而看不清近处东西，其中一半没有得到矫正。江宏瑞说，眼镜和手术虽能提高视力，但会让眼睛的敏感性、看东西的对比度有所下降，而且很难在夜间看清东西。他们的想法是设计一种仿生眼镜，能随着一个人自己的角膜和晶状体不断地自动调节，从而恢复他年轻时的视力。
这项研究由国家眼科研究所资助，旨在攻克一些设计难题，包括设计晶状体、算法驱动的感光器、调节晶状体形状的微电路和电源，所有这些都要嵌入一个柔软的弹性材料中，与人的眼球贴合。他们的最新研究集中在设计感光器方面。江宏瑞说：“感光器必须非常小，还要能在低光照条件下获得图像，所以要对光极为敏感。”
他们从象鼻鱼的眼睛得到灵感。这种鱼的视网膜由一系列深杯状结构组成，杯壁能反射光线，有助于聚光，增强了它们暗中视物所需的特定波长的光。研究人员借鉴这种设计，创造出一种含有数千个微小集光器的设备，这些集光器是像指纹似的玻璃凸起，内部是深杯状，涂有一层反光铝膜。当入射光照射这些“指纹”，就会被反射壁聚焦。他们还用一个机械眼模型测试了这种设备增强图像的能力。
为改变焦距，仿生眼镜还需要一个很小的超薄电源。他们的方案是利用一种太阳能电池，从阳光中捕获电子同时转化为电流，且能储电。目前这种装置还需要调整。
据研究人员估计，有望在5年到10年内造出临床测试仿生眼镜。江宏瑞说，一旦做出来，它的成本不会比普通眼镜高太多，因为它有巨大的市场，可以大量生产，成本不可能是障碍。
（二）研制视光学设备的其他新进展
发明让司机后视无盲点的“微妙曲面镜”。
2012年6月，物理学家组织网报道，美国德雷塞尔大学艺术与科学学院，数学系教授安德鲁·希克斯博士领导的研究小组，发明了一种新型广角大幅“微妙曲面镜”，可作为机动车的后视镜消除危险的“盲点”，以最小的失真极大扩展司机的视野。该技术已于5月获得了美国专利。
传统的平面镜，可帮助司机在驾驶时与后车保持适当的距离，但这是基于一个非常狭窄的视角，因此存在司机通过车侧面的或后面的视镜都看不到的盲点。而使镜子弯曲就可以具有一个更宽广的视野，很容易做到无盲区，但是会出现视物扭曲变形，对象显得小且远。
一般司机的平面侧镜角度是15度至17度，而这种新型镜子作为外后视镜有一个约45度的角度。它不同于简单的曲面镜会压扁所感观对象的形状，使直线出现弯曲，在这种镜子中，形状和直线在视觉上的扭曲几乎检测不到。
希克斯使用一种数学运算方法设计镜面，精确地控制由弯曲镜子反射出的光线角度。他说：“试想一下，镜子的表面有许多较小的转向不同角度的镜面，如同一个迪斯科球面。这种算法是一组运算操纵每一个迪斯科球面镜片的方向，使每扇镜面的反射光线汇集所显示的场景，对司机而言更宽广，而不至于太扭曲。” 2008年，希克斯曾在《光学快报》上第一次描述过用于开发这种镜子的方法。
美国规定，汽车在装配线上必须在驾驶员一侧安装平面镜。而曲面的反射镜则安装在乘客一侧的后视镜上，并且要求“镜中的物体比其显示的要更靠近些”，因此这种新型的后视镜，还不能很快被安装在销售的新车上。不过，它可以在二级市场上生产和销售，司机和机械师可以购买后安装在汽车上。在欧洲和亚洲一些国家不允许新车上有稍微弯曲的镜子。希克斯的发明，已经引起了一些投资者和制造商的兴趣，他们有意寻求机会取得生产许可证，大量生产这种镜子。
二、研制观测光学设备的新信息
（一）开发光学显微镜的新进展
1．研制用于生物观察的光学显微镜。
⑴发明可观察蛋白质分子的高分别率光学显微镜。2006年4月，有关媒体报道，德国马克斯·普朗克学会下属的生物物理化学研究所一个研究小组，发明了一种新型光学显微镜，其分辨率已达到50纳米～70纳米，且理论上还能提高数倍。科学家表示，这种新型显微镜能为研究生物细胞分子翻开新的一页。
传统的光学显微镜，自17世纪发明以来，一直成为生物学和医学研究的关键工具。然而，由于衍射等原因，其分别率只能达到200纳米左右。电子显微镜虽然能回避光的衍射问题，但其特殊的性质，使它不能用于广泛观察蛋白质分子。
该研究小组发明的受激发射损耗（STED）新型光学显微镜，能克服传统光学显微镜的衍射障碍，从而较大幅度地提高了分辨率。
不久前，德国科学家利用这种新型显微镜，观察了一种在人体神经细胞传递信息过程中起重要调节作用的蛋白质分子，揭示了这种蛋白质分子传递的秘密。
⑵研制出能“看清”细胞蛋白质的光学显微镜。2006年8月，美国媒体报道，美国霍华德·休斯医学研究所物理学家埃里克·贝齐格和哈偌德•赫斯，与国家卫生研究院研究人员组成的研究小组，在国家强磁场实验室光学显微镜组负责人迈克尔•戴维森领导的研究小组帮助下，首次开发出一种能够在分子水平上，观察蛋白质的新型光学显微镜，它可帮助科学家探索细胞深处，了解其内部结构的基本组织，将有助于基础细胞生物学的研究。
戴维森表示，随着新显微镜技术的发展，它将成为在分子水平揭开细胞内动力学之谜的重要工具。
新型光学显微镜被称为光敏定位显微镜，它弥补了电子显微镜只能显示细胞中的微小结构却不能看清蛋白质分布的不足。国家卫生研究院的研究人员表示，如果将两者结合起来，它们就具有更强大的功能，人们可以同时了解细胞结构和蛋白质分布。
新型光学显微镜的设想，由贝齐格和赫斯提出，他们在设计过程中遇到了难题，戴维森小组最终帮助他们开发出更加完美的显微镜。赫斯说，国家卫生研究院的研究人员找到了一种新的用微量紫外光让分子发光的荧光蛋白质，随后，戴维森小组在实验室中对荧光蛋白质进行了基因改造，并将其与自然的蛋白质融合，这相当于将要研究的每个蛋白质打上标签。
对于光敏定位显微镜的工作原理，研究人员介绍说，他们首先给每个要研究的分子打上荧光标签，然后将这些分子用微量紫外光进行照射，紫外光激活分子上的荧光蛋白质，导致其发光，这时就能用显微镜捕捉荧光生成的图像了。在研究中，上述过程要重复上万次，每次重复捕捉的都只是被研究的蛋白质分子的一部分。当蛋白质分子整体图像形成后，它同电子显微镜获得的图像最大的不同之处，是可以控制观察区域的对比度。
⑶制成可观测细胞和病毒内部状况的纳米级光学显微镜。2011年3月1日，英国曼彻斯特大学李琳教授领导，王增波博士参与的，一个由英国和新加坡两国研究人员组成的研究小组，在《自然·通信》杂志上发表研究报告称，他们制造出能够观测50纳米大小物体的光学显微镜，这是迄今观测能力最强的光学显微镜，也是世界上第一台能在普通白光照明下直接观测纳米级物体的光学显微镜。
研究人员表示，由于光的衍射特性的限制，光学显微镜的观测极限通常约为1微米。他们通过为光学显微镜添加一种特殊的“透明微米球透镜”，克服了上述障碍，使这一极限达到50纳米，观测能力提高了20倍。
王增波说：“这是目前世界上，唯一能在普通白光照明下，直接观测纳米级物体的光学显微镜，是一个新的世界纪录。”
据介绍，目前一般使用电子显微镜观测极其微小的物体，但它也有一些缺陷。比如在观测细胞时，电子显微镜只能显示出细胞表面的状况，而不能用于观测细胞内部结构。之前还有研究人员先为细胞染色，然后利用特制光学显微镜观测染色后的细胞内部结构，但这种方法对病毒无效，因为染料无法进入病毒内部。而这种新型光学显微镜，首次提供了在普通条件下，观测细胞内部结构和病毒活动机理的手段。
李琳说，这可能会为观测细胞和病毒的方式带来革命性变化，有助于研发新的药物和疾病治疗方法。
研究人员还表示，利用类似方法，可以进一步制造出观测能力更强的光学显微镜。从理论上说，这种基于“透明微米球透镜”的光学显微镜，不存在观测极限。
⑷研制出能观察大脑神经元的三维激光显微镜。2012年2月，有关媒体报道，匈牙利科学院实验医学研究所双光子成像中心的研究人员，用了10多年的时间，研制成一种能观察大脑神经元的高速三维激光显微镜。
在实验中，研究人员将神经细胞涂上一种特殊的着色剂。再用激光照射，使其受激发光。他们因此可观察到神经细胞的化学过程，并在三维空间中将神经网络的活动视觉化。
研究人员称，最近已经能够达到3000微米的空间测量范围，并可以穿透深度为650微米的活体动物的大脑皮层，使测量速度提高了上百倍。研究人员可以同时观察跟踪数百个神经元的活动，并可以非常迅速地测量这些细胞的信息传递过程。
这台新设备的独特之处在于，它使人们能够研究活体神经细胞的工作情况。匈牙利研究人员已经率先观测到活体动物的大脑工作情况。研究人员说：“我们可以同时监视动物大脑中500多个神经元的工作。并能看到成千上万个神经元的工作过程。以前的方法只允许神经学家测量单个神经元的平均活动，而新的显微镜能够同时记录神经元的活动和投射。这项新技术将对了解大脑信息处理以及中枢神经系统疾病的研究和治疗做出贡献。这台3D显微镜或将彻底改变神经学的研究。
⑸研制出可追踪胚胎发育单细胞分裂过程的显微镜。2012年6月3日，美国弗吉尼亚州阿士伯恩，霍华德·休斯医学研究所珍妮莉娅法姆研究学院菲利普·凯勒领导的研究小组，在《自然·方法学》上发表论文称，他们开发出一种新型成像技术，能以前所未有的速度和精确度看到单细胞分裂过程，让人们能追踪胚胎成形时，每个细胞在几天甚至几小时内的变化。
研究人员演示了一段约20小时的果蝇胚胎发育视频。在视频中，生物结构逐渐出现，从一小团简单的细胞簇慢慢变长，变成上万个细胞紧紧挤在一起的拉长的小胚胎，然后在新形成的肌肉收缩舒张下开始颤动，此时胚胎仅有半毫米长。此外，论文中还有一段果蝇胚胎中枢神经系统完整的发育视频，跟踪了单个细胞发育出感觉器官、脑叶及其他结构的过程，由于分辨率足够高，还能看到神经轴突尖端迅速变化。
凯勒说，要理解一个单细胞怎样变成了复杂的组织，真实看到这一过程非常重要。传统光学显微镜速度太慢，无法跟踪细胞在生命初期的迅速变化，也容易破坏一个活胚胎，只能通过把多阶段、多组织的照片拼在一起，才能推测发生的变化，但细胞分裂重组每次都不一样，这种观察方法可能会产生误导。
新技术基于一种高速非侵入式光学显微镜，称为光层显微镜，能从4个角度同时拍摄图像，不仅能跟踪细胞运动，还能对发展过程进行数量分析。该显微镜由凯勒小组和德国的欧洲分子生物实验室合作开发，攻克了传统光学显微镜的两个难题：一是光源对样本造成的伤害，二是对海量数据进行处理分析。
大部分光源都会伤害细胞，使其中的荧光标记消失。研究小组设计的照明技术是一种激光扫描层，一次照射样本极薄的一层以减少伤害，由探测仪记录下被照亮的部分。光层来自两个相反方向，并用两个探测仪来探测荧光，照明与探测相结合，提供了4个不同的观察角度。不仅能避免由于光散射而造成的模糊，还将图像采集速度提高了50倍。
要让照亮样本和探测荧光在时间、位置上协调一致，时机吻合极为重要，光层交叉通过会造成图像模糊，发光间隔仅几毫秒。为了保持精度，该新型显微镜还安装了实时调节的电子系统。
显微镜每秒会收集350Mb的数据，一个样本一天要产生海量数据，而不同条件或不同基因的发育对比实验，所要求的数据比这还要多好多倍。为此，研究人员开发出一种新的计算方法，能识别并跟踪显微镜视频中单个细胞并自动分析。这些都构成了拍摄活样本这一完整技术框架的必要组成部分。
凯勒表示，他们还将继续改进显微镜，使计算过程更加有效。今后，不仅能追踪胚胎中细胞的一代代世系，还可能控制发育，以探索发育机制，并研究其他更大更复杂样本的发育过程。
⑹开发出对活体细胞超高精度三维成像的光学显微镜。2014年10月，美国霍华德·休斯医学研究所，诺贝尔化学奖得主埃里克·贝齐格领导，他的学生陈壁彰等人参加的研究小组，在《科学》杂志上发表论文称，他们研发出一种新型光学显微镜，能以近乎实时的速度，对活体细胞的活动进行超高精度三维成像，同时把对细胞本身的伤害降低到最小点。
贝齐格说，这种“晶格层光显微镜”拥有空间和时间方面的高分辨率，已被成功用来跟踪个体蛋白质的运动、观察受精卵的发育，以及研究细胞分裂时细胞骨架成分的快速生长和收缩，而这些都曾被认为不可能做到。
论文第一作者陈壁彰说，市面上看到的光学显微镜，通常用同一个镜头做放大和观察，而他们新研发出的光学显微镜使用两个镜头，一个镜头把光聚焦产生一条细细的笔状光束，照射有萤光分子的生物样品以产生萤光；另一个镜头则收集这些萤光。为了保证获得数据的速度，并降低对生物样本的光伤害，这一显微镜会同时产生100多条笔状光束，组合成一个片状的大光束扫描样本。
陈壁彰用比喻说明：“想象我们的样品是一个西瓜，而照射光源是一把菜刀，扫描西瓜的三维影像，就好像是用菜刀将西瓜切成好几百等分一样。切得愈薄，所得到纵向分辨率愈高。这和坊间的显微镜最大的不同是，它们是用点扫描的方式，所以速度慢，而且对活体的伤害大。”
该显微镜能力到底有多强大？陈壁彰解释道，对一个正在做细胞分裂的细胞来说，它可以用不到一秒的时间获取其体积数据和图像，而且可以研究整个细胞分裂的过程，其空间分辨率也极高。他说：“这样快速、高分辨率又对样品低伤害的显微镜，不仅可用在观察细胞上，连线虫和果蝇的卵，我们都可以做观察”。
陈壁彰的导师贝齐格是2014年诺贝尔化学奖3位得主之一，他的主要成就之一就是在2006年证实单分子显微镜成像方法可用于实践。
⑺研制可观察活体单个细胞的极高分辨率光学显微镜。2016年5月26日，美国科罗拉多州立大学网站报道，该校科学家组成的一个研究小组，在美国《国家科学院学报》上发表论文称，他们开发出一种空间分辨率达2η(η是非线性光强反应单位最高级)的多光子—空间频率调制成像技术，突破了光学显微成像分辨率极限。
超分辨率显微成像技术，因克服衍射极限荣获2014年诺贝尔化学奖，但需要将单个荧光分子的衍射精确控制在极限范围内。研究人员考虑了另一种现已成熟的深组织成像技术，即多光子显微成像，这种方法能获得标准超分辨率技术无法提供的样本信息。
研究人员首次证明，多光子荧光和二次同步谐波都能实现超分辨率，两者结合使用时，两个光子被猝灭，发出一个两倍频率的光子。他们还开发了专门的多光子—空间频率调制成像显微镜，以活体细胞和碲化镉太阳能电池为样本，通过荧光和二次谐波同时收集图像信息，产生了纳米级图像，空间分辨率达到2η，超过传统的多光子显微镜。
在传统的多光子显微镜中，超短激光脉冲在样本上聚集成一个紧密的光点，激发荧光生成一幅图像。而多光子—空间频率调制成像显微镜，是用多个飞秒激光脉冲同时照亮较大光区产生干涉，以此来构建图像。
多光子—空间频率调制成像显微镜的另一个重要优势是，能为高度分散的生物组织提供超分辨率成像。大部分超分辨技术要把细胞固定在玻璃片上，所以不适用于活体组织。新技术能用于活体组织或较大的生物组织样本。研究人员指出，如果能提高从活体组织样本收集的图像分辨率，同时结合多种比较机制，能获得大量生物信息。这一成果打破了现有光学显微镜的极限，能以前所未有的分辨率观察活组织中单个细胞的生理过程。
2．研制用于医学检测的光学显微镜。
研制出有望将癌瘤“一网打尽”的荧光显微成像系统。2013年11月，德国弗劳恩霍夫制造技术与自动化研究所发表新闻公报说，如果恶性肿瘤可以全部切除，癌症病人就有康复的可能。但一些肿瘤的体积很小，而且与健康组织相连，难以肉眼识别，往往成为“漏网之鱼”，一有机会就复发。现在，该所科学家尼古拉斯·季米特里亚季斯主持一个研究小组，推出一种新型光学成像系统，有望将微小的恶性肿瘤也“一网打尽”，大大提高癌症病人康复的概率。
据悉，他们研发的这种多光谱荧光成像系统，可以与外科显微镜、内窥镜等各种医用设备相连。其工作原理是在手术前将特殊的荧光染色剂注入病人的血液中，荧光分子会选择性地附着在恶性肿瘤组织上，用特殊的光波照射相应区域，荧光分子就会发光。由于荧光染色剂颜色不同，恶性肿瘤组织会呈现绿色、蓝色、红色或其他颜色。
这套光学成像系统的新颖之处，在于可以使用多种荧光染色剂，并可同步显示图像。季米特里亚季斯说，染色的可视性在很大程度上依赖该系统的一组荧光滤镜，即使在荧光亮度不高的条件下，这组滤镜也能将肿瘤上的荧光与普通荧光光波区分开来，从而区分癌变组织和周围的正常组织。
手术过程中，成像系统的软件可在几秒内分析和处理荧光形成的图像，并将图像同步投射到监视器上。一些仅有几毫米大小、容易被医生肉眼忽视的肿瘤残余，或癌细胞转移的踪迹，都可以显示出来。
这种荧光成像系统还可与其他染色剂结合使用。比如，5－氨基酮戊酸就是一种能让神经胶质母细胞瘤（一种脑肿瘤）“现形”的染色剂。研究人员表示，5－氨基酮戊酸可将肿瘤染成红色，荧光成像系统同样可以检测出这种染色效果。
3．研制用于搜寻外星生命的光学显微镜。
开发搜寻外星生命的数字全息激光显微镜。2017年7月24日，每日太空网站报道，美国加州理工学院一个研究团队，正在研发一种全新的激光显微镜技术，并将利用它来确定外星生命是否真的存在。该设备是一种数字全息显微镜，可有效地对外太阳系微生物进行采样和识别。
尽管科学界一直对如何最有效地继续搜索外星生命存在争议，但普遍认为如果是在一颗星球上，那么寻找水是首先要做的，美国国家航空航天局也一直贯彻这一原则。但当找到水冰甚至水源后，面临的最大问题就是如何确定其中的成分。以太阳系的土卫二为例，该星球存在大量间歇泉和水蒸气喷发现象，但即使其中确实存在某种生命形式，地球上的科学家也很难从12.7亿公里远的地方确定这些微生物。
该研究团队此次通过研发数字全息显微镜，提供了一种全新观测方法，即不是使用镜头来聚焦目标，而是使用激光显示微观颗粒的3D运动。研究人员将通过分析该运动，确定目标对象是否是生物体或是非生物体。研究人员表示，目前提供的证据表明，使用激光记录3D图像的数字全息显微镜技术，可能是人类发现太空微生物的最佳选择。
研究人员希望能利用这款激光显微镜，深入研究土卫二。就在2017年4月14日，美国国家航空航天局召开发布会宣布，土卫二上已具备生命所需的所有元素，而情况相似的木卫二同样有发现生命的潜在可能。
科学家下一步将继续对该激光显微镜进行测试。而近期其他机构也在加紧寻找外星生命的步伐。一周前，著名的“搜寻地外文明”项目组宣布，将会在全球各地建造观测台，并启用激光持续搜寻整个天空。
4．探索可用于材料观测的光学显微镜。
⑴发现能测得金属材料单原子间磁场转换效应的显微镜。2007年3月，有关媒体报道，科学家一直梦想能够将数据存储到最小的元素单元，即单一磁场原子上。德国斯图加特的马克斯·普朗克固体物理研究所、哈勒的马克斯·普朗克微结构物理研究所与法国国家科学研究院的专家合作，发现利用光栅隧道扫描显微镜，可以测得金属表面单一原子之间的磁场转换效应，这不仅发现了光学显微镜的新功能，也将为实现在最小空间的巨量数据存储奠定基础。
报道称，马克斯·普朗克研究所的专家借助光栅隧道扫描显微镜，在对金属铜表面的两个相邻的钴原子进行精确测量后，得到自旋磁场转换效应。它开辟了用显微镜研究量子磁场状态和磁场数据存储物理边界的新方法。同时，使物理学家加深对单一原子间自旋磁场转换效应基本原理的理解。这一转换效应，在1950年就从理论上得到阐述，但直到现在才首次被实验得以证明。
科学家利用一种称为“近藤效应”的电子现象，作为研究磁场转换效应的引子。“近藤效应”，产生于在带电子的非磁场固体表面的单原子磁场转换效应过程。实验中，科学家改变了“近藤共振”，这种共振能拉开铜金属表面两个相邻钴原子的距离，从而使两个钴原子的自旋磁场转换得以确定。科学家在实验中还发现了一种中性磁场状态，在3个原子的自旋磁场转换时，构成一个线性原子链，一个相互关联的混合状态。
为确定单原子磁场转换效应，科学家使用了光栅隧道扫描电子显微镜，并在零下267.15℃的低温，以及无振动和隔音的环境下进行。有关单原子磁场转换效应的研究成果，有助于科学家进一步完善磁存储介质，并为量子计算机的开发做出贡献。
⑵研制出主要用于透视材料的X光纳米显微镜。2011年8月，美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校，物理学副教授奥里格·夏佩克领导，该校磁记录研究中心电学与计算机工程教授埃里克·富勒顿等参加的一个研究小组，在美国《国家科学院学报》上发表论文称，他们开发出一种新型X光显微镜，不仅能透视材料内部结构，而且洞察之细微达到了纳米水平。该显微镜有助于开发更小的数据存储设备，探测物质化学成分，拍摄生物组织结构等。
夏佩克指出，X光纳米显微镜不是通过透镜成像，而是靠强大的算法程序计算成像。他解释说，这种数学运算方法相当复杂，其原理有点像哈勃太空望远镜，就是让最初看到的模糊图像变得清晰鲜明。X光探测到物质的纳米结构后，会生成衍射图案，计算机按照运算法则，把这种衍射图案转化为可辨认的精细图像。
研究小组为了测试显微镜透视物体的能力和分辨率，用钆和铁元素制作了一种层状膜。目前，信息技术行业，多用这种膜来开发高容高速、更微小的内存设备和磁盘驱动器。
夏佩克说，这两种都是磁性材料，如果结合成一体，就会自然地形成纳米磁畴。在显微镜下面，能看到它们形成的磁条纹。层状的钆铁膜看起来就像一块千层酥，层层褶皱形成了一系列的磁畴，就好像一圈圈指纹的凸起。
夏佩克解释道，这还是第一次能在纳米尺度观察到磁畴，而且不需要任何透镜。这对开发更小的数据存储设备非常关键，磁比特可以做得更小，也就是说让磁纹变得更细，从而开发出磁畴更小的材料，就能在更小的空间里储存更多数据。
富勒顿指出，在目前的磁盘表面上，1个磁比特约15纳米大小。我们的显微镜能直接拍摄到比特位，这对拓展未来的数据存储能力打开了新空间。
此外，这种显微镜，还能用于其他领域。通过调节X光的能量，可用它来观察材料内部有哪些元素，这在化学上是非常重要的。在生物学领域，用X光给病毒、细胞及各种不同的组织拍照，要比用可见光拍出来的效果好得多。
夏佩克说，在计算机工程领域，我们希望能以可控的方式，造出新型磁性材料和数据存储设备；在生物和化学领域，能在纳米水平操控物质。要达到这些目标要求，必须从纳米水平理解材料的性质，而X光显微技术让人们真正在纳米水平看到了物质内部。
⑶研制能分析燃料废气中单个微粒的光学显微镜。2014年2月，日本媒体报道，日本工学院大学教授坂本哲夫等人组成的研究小组宣布，他们开发出一种新型光学显微镜，能够分析大气中细颗粒物(PM2.5)，如燃料废气的单个微粒成分和内部结构，从而帮助鉴定这些微粒的来源、成分比以及对人体的危害程度。
PM2.5微粒是空气中直径小于等于2.5微米的颗粒物，它们能较长时间悬浮于空气中，导致污染。此前由于技术限制，通常只能分析这些微粒的平均成分，难以探清每个微粒的特征。
研究人员报告说，通过让显微镜内产生大量离子，形成直径约0.04微米的离子束，可以切断PM2.5微粒或者削掉微粒表面，让他们能够观察微粒的内部结构。分析结果可以直观地以图像形式显示在计算机上。
PM2.5微粒有各种来源，如燃烧煤炭和石油时产生的气体，在大气中发生化学反应形成的硫酸盐和硝酸盐等。坂本哲夫说，希望能利用新型装置，更好地分析出相关微粒的特征和源头，从而采取相应的治理措施。
（二）开发太空或深水望远镜的新进展
1．研制太空天文望远镜的新成果。
⑴建造可识别太空垃圾的大型红外望远镜。2004年11月，位于伊尔库茨克州的俄罗斯科学院西伯利亚分院，其太阳与地球物理研究所，目前正在萨彦天文台，装配一部新型的超宽角红外望远镜。
这部AZT－33IK型望远镜，由位于圣彼得堡的LOMO公司研制和生产，于去年夏天被拆解运到了萨彦天文台，目前组装工作已接近尾声。俄天文学家介绍称，AZT－33IK型红外望远镜，将主要用于观测和追踪宇宙空间中，那些亮度较低和体积较小的天体。现在，望远镜的组装工作已持续了1年半的时间，主、次两个镜面的安装工作已经完成。
据悉，该望远镜，能够准确可靠地识别出星空中的微弱天体，并测定它们的来源。尤其重要的是，它还可以发现散布在地球轨道上的大量“太空垃圾”——近年来，它们对人造卫星和其他航天器造成的威胁正在日益加剧。
AZT－33IK型红外天文望远镜，主镜片的直径为1.5米，在当今世界上可与其比肩的仪器也是为数不多的。
⑵研制观测视野达180°的“龙虾”望远镜。2006年4月，英国媒体报道，该国莱斯特大学奈杰尔·班尼斯特博士主持，他的同事参与的一个研究小组，目前正在研制新一代的X射线空间望远镜。
班尼斯特介绍说，这种新型望远镜将拥有与龙虾一样宽阔的视野，能够在短时间内拍摄整个天空的照片。
龙虾的视觉系统非常特殊：它由大量光纤通道组成，并通过反射将收集到的光线进行汇聚，因此具有非常宽阔的视野。该研究小组研制的新一代X射线望远镜，正是利用了这一原理。
目前，研究人员已经把这种模拟龙虾视觉系统研制的新型望远镜，命名为“龙虾全空域X射线监视器”。
班尼斯特解释说：“在天文学研究领域，你必须能在需要的时间观测正确的区域，这就意味着：研究人员要么靠运气，要么就得毫无间断地进行观测。我们研制的这种仪器完全能够满足迅速和全面观测的需要。”“龙虾全空域X射线监视器”将由六个模块组成，观测视界可达180°。如果把它部署到公转周期为90分钟的绕地轨道上，它将能够在1个半小时内拍摄到天空的完整图像。
按照现有的计划，“龙虾全空域X射线监视器”，可能会被安装到国际空间站位于欧洲或俄罗斯所辖部分的外置组件上。当然，它也有可能像“哈勃”望远镜那样，被部署到独立的轨道上。科学家们希望通过它来纪录那些有趣的X射线事件。例如，超新星爆发和黑洞在吞噬恒星的过程中，都会产生强烈的X射线辐射。
⑶研制出微镜阵列天文望远镜。2007年1月，韩通社报道，韩国梨花女子大学研究人员近日宣布，他们研制出世界上第一台用于观测高空向上闪电的微镜阵列天文望远镜。
据报道，这一望远镜重约15公斤，镜面由100个面积为3平方毫米的硅基镜片组成。由于它使用微电机系统，每块微镜都可以单独移动，并自动调节到最佳的采光角度，因而反应迅速，每秒钟可拍摄100万张照片。而单一镜面的望远镜，往往需要较长时间调整角度拍摄图像。
报道说，该望远镜将被用于拍摄高空向上闪电的照片。高空向上闪电通常发生在距离地球表面15公里至20公里处的大气平流层底部，对其观测有助于科学家了解地球大气层和电磁场的运动。伴随高空向上闪电，会发生两种大气闪光现象——“红色精灵”和“蓝色喷流”，科学家目前还无法科学解释这两种现象的成因。
研究人员表示，微镜阵列天文望远镜的研制，得到韩国科技部的资助，且制造该望远镜的所有技术都来自韩国本土。他们还称，美国宇航局对这种望远镜表示了兴趣。
作为苏联发射第一颗人造地球卫星50周年庆典的一部分，韩国研究人员开发的这种望远镜，将在2007年10月份由俄罗斯火箭带入太空。按计划，它将在距地面430公里处的轨道上运行1年，每天绕地球飞行12圈，所拍摄的照片每天两次传回地面供研究人员分析。
⑷研制出分辨率大幅度提高的太空射电望远镜。2011年7月12日，俄“脉冲星”网络媒体报道，不久前，俄罗斯研制成一台名为“射电天文”的太空射电望远镜，可以大幅度提高图像分辨率。据悉，它将在一周内被送入太空，比原计划入空时间推迟了两个月。
俄罗斯实施“射电天文”项目目的是：分享地面射电望远镜全球网络资源，创建一个能获取高分辨率图像、坐标及太空物体角运动的地空干涉仪统一系统。
俄罗斯“射电天文”射电望远镜的天线直径为10米。这台射电望远镜，将与同系列国内、外大型地面射电望远镜一起联动运行，在同一参数下运行，并组成所谓的干涉仪，可以大大提高摄取图像的分辨率和清晰度。
俄专家解释说：“射电天文”项目实施成功后，天文学家将可以以史无前例的分辨率研究太空物体，即从0.5角毫秒至7弧微秒，也就是说，可以获取比哈勃望远镜分辨率高出1000倍还多的太空光源信息。
⑸发射高能X射线太空望远镜飞船。2012年6月13日，美国媒体报道，美国航天局当天从太平洋地区的马绍尔群岛，发射了一颗高能X射线太空望远镜飞船，用于观测黑洞等宇宙天体。
这个望远镜，全称为“核光谱望远镜阵列”。美国东部时间13日11时，该望远镜飞船及其运载火箭，由一架飞机运载至空中，约一小时后，两者被抛下飞机，自由落体运行数秒后，火箭开始点火，随后将望远镜飞船推入轨道。美国航天局说，望远镜飞船的太阳能电池板目前已完全展开，与地面的通信也一切正常。
该望远镜造价约1.7亿美元，是美国低成本小型探测器项目的一部分，其空中发射方式，比地面发射节省燃料成本。
除黑洞外，该望远镜也能够观测中子星、日冕等其他X射线源。该望远镜首席科学家、加州理工学院教授菲奥娜·哈里森说：“它是第一颗专注于高能X射线的望远镜，其影像清晰度，比观测同光谱区的其他任何望远镜都要高10倍以上，敏感度则至少提高100倍。
⑹开发出拍摄到最清晰夜空的新型望远镜。2013年8月，有关媒体报道，美国亚利桑那大学教授莱尔德·克洛斯领导，该校研究员贾里德·马莱斯，以及卡内基天文台与意大利阿尔切特里天文台研究人员组成的一个项目研究团队，利用自适应光学技术开发出一种新型望远镜，拍摄到迄今最清晰的夜空影像。
报道称，研究人员给位于智利阿塔卡马沙漠的6.5米口径麦哲伦望远镜，加装了一套叫做MagAO的自适应光学系统，使得该望远镜在可见光下达到0.02角秒的分辨率，这是此前可见光拍摄精度最佳的哈勃太空望远镜精度的两倍。
克洛斯解释说，这相当于从160公里外看到一个1角的硬币，在这一精度下，从地球上能看到“月球上的棒球场”。
研究人员已利用这一新型望远镜发现了一些重要线索，并在新一期《天体物理学杂志》发表了3篇论文，分别是关于双星及原行星盘的物理机制等。
马莱斯对记者说，这么高分辨率的关键，在于望远镜的自适应次镜可以变形，次镜背后有585个驱动器，每秒可振动1000次来改变镜子形状，抵消大气扰动，从而获得清晰的影像。他表示，很多大型望远镜都使用了自适应光学技术，但大多数只在近红外光下有较好的效果，而他们改进后的麦哲伦望远镜可以获得可见光下的清晰影像，“相当难得”。
⑺天文望远镜“光谱-R”入选吉尼斯纪录。2014年3月，俄罗斯媒体报道，由俄“拉沃齐金”科研生产综合体研制的“光谱-R”射电天文望远镜，作为世界上最大的太空射电天文望远镜入选吉尼斯世界纪录。
吉尼斯纪录证书对此描述为：“光谱-R”射电天文望远镜半径为10米，于2011年7月18日在拜科努尔发射升空，是世界上最大的太空无线电望远镜。
发射该望远镜的目的，是进行无线电电磁频谱天文物理基础研究，可与地基射电望远镜一起组成超长基线无线干扰仪，对空间射电源进行地基和空间同步观测。“光谱-R”除了对星系中心、黑洞、磁场以及宇宙射线进行观测之外，还用于捕捉宇宙效应以及探索暗物质和暗能量的效应。
2．研制深水中使用望远镜的新成果。
深水中微子望远镜在贝加尔湖投入使用。2015年5月20日，贝加尔湖科技网报道，俄罗斯杜布纳百万吨级深水中微子望远镜,正式在贝加尔湖底投入使用。这套试验综合体由俄罗斯科学院核研究所、俄罗斯联合核研究所等科研组织，于2015年4月初安装，它是俄罗斯立方公里中微子望远镜Baikai-GVD的第一个望远镜集群。
杜布纳试验综合体由192个光学模块组成，置于水下1200米深处，它是目前世界上最大型的三个中微子记录器之一。俄罗斯科学家决定，在2020年前，将杜布纳试验综合体的体积，增加至10-12个集群，其体积届时将达到0.5立方公里。
俄罗斯科学家将通过杜布纳试验综合体，对宇宙高能中微子的自然流动开展研究，发现基本粒子出现的新特性，了解天体发生的高能过程、宇宙粒子的起源。研究结果有助于得到宇宙构成及其演化的新信息。
杜布纳试验综合体是未来国际中微子联合站，包括南极中微子站和地中海中微子站的关键装置。有关专家认为，杜布纳试验综合体的投入使用，揭开了人类研究宇宙高能中微子的新篇章。
（三）开发观测光学设备的其他新进展
1．研制观测光学设备配件的新成果。
⑴发明可通过调节电压来改变焦距的透镜。2006年5月，美国中央佛罗里达大学的物理学家吴信宗，与他的同事组成的一个研究小组，在《应用物理快报》杂志上发表研究成果称，他们发明了一种新型可调液晶透镜，它的焦距可以通过改变施加的电压进行调整。与传统液晶透镜相比，这种新材料的散光更小。它可以用来制造变焦透镜和其他自适应微光设备。
大多数液晶透镜，都是利用液晶分子，在外电场下改变指向的性质进行工作的。如果外电场足够大，它们的指向可以排列成与外电场方向相同。这个过程会改变液晶的折射率，也就是改变材料的焦距。
吴信宗研究小组研制的这种新透镜，可以用一种完全不同的方式改变透镜的焦距。他们的元件中含有液晶分子和小的N-乙烯基吡咯烷酮单体的混合物质，这种混合物质夹在两片玻璃衬底之间，每片衬底都包裹了一层透明的氧化铟锡，然后再把一个凹透镜平底朝上地放在一个衬底上。当不加电压时，液晶与单体混合物质均匀分布在衬底之间。而当研究人员们在两个衬底上施加电压时，液晶分子向电场高的一端聚集，而单体向衬底中间运动，那里的电场较低。这样就形成了液晶分布的梯度变化，元件的折射率也就改变了，两端折射率最大，中间最小。研究人员们利用CCD相机，观察一束氦氖激光入射到这种元件后的聚焦情况，验证了它可以起到透镜的作用。令研究人员们感兴趣的是，他们可以通过调节电压来改变透镜的焦距。
另外，因为元件中不包含分子再定位过程，所以这种新透镜克服了传统液晶透镜的很多缺点，例如强散光、失真和焦距改变时光线散射等。
这种新透镜的唯一缺点，是它的聚焦时间长达三分钟。这是由于它的尺寸较大（9毫米）造成的，也就是说其中的分子扩散较慢。但是如果考虑微米尺寸的透镜时，就没有这个问题了，那时室温下的响应时间大约是一秒钟。这项技术还可以用来制造其他自适应微光子设备，例如棱镜阵列和相位衍射光栅。
⑵研制出具有超高分辨率的显微镜纳米镜头。2010年1月，美国东北大学电子材料研究所所长，斯瑞尼瓦斯·斯瑞达教授领导的一个研究小组，在《应用物理快报》上发表研究成果称，他们开发出一种用于高端显微镜的新型纳米镜头，打破了衍射极限，从而获得现有技术尚无法达到的所谓超高分辨率成像。该纳米镜头是由超材料纳米线阵列制成的。
传统镜头利用普通光波来构建物体的影像，摒弃了包含在“易逝”光波中的物体的精细、微小的细节。因此，像显微镜之类的传统光学系统，无法对非常小的、纳米尺寸的物体进行精确成像。
该研究小组利用不同的方法，在对纳米线进行组织和包装后，设计出一个新型的镜头。研究人员通过对数百万条，直径仅为20纳米的纳米线，进行精确的调整和布置，成功控制了光线通过镜头的方式。由于该镜头可以同时利用，普通光波与“易逝”光波来构建图像，因此它可描绘出纳米尺寸物体的高分辨率清晰图像。
研究人员表示，这是到目前为止所能实现的最好的超级镜头，是高解析光学成像领域取得的重大进展。该技术，可用以提高生物医学成像和光刻技术的能力。目前，研究人员已掌握了量产此种超材料纳米镜头的能力。
⑶开发出可制造更好显微镜的“超级镜头”。2012年8月，有关媒体报道，美国哈佛大学实验物理学家费德里科·卡帕索领导的研究小组，展示了一款平面的“超级镜头”，它能像玻璃镜头那样，把红外线聚焦到一点上。卡帕索表示：“我不敢说这完全是新鲜事物，但我相信，我们是全球首个把平面光学用于商业产品的研究小组。”
传统镜头通过让光穿过不同厚度的玻璃，产生的折射，从而让光聚焦到一点，而卡帕索小组研制出的镜头，则让光通过一个金“超材料”元件组成的二维阵列，做到这一点。这一“超材料”元件阵列，由为微芯片工业而研发的电子束光刻技术，从一块60纳米厚的硅晶圆上蚀刻出来。金元件被固定，因此，装配后不能再被调整。但是，通过在制造过程中，选择特定的大小和间距，物理学家们能让给定波长的光，以精确的方式，正确地聚焦到某一点上。
不过，卡帕索提醒说，这样的平面镜头，距离商用或许仍然要等上数十年。部分原因在于，硅本身是一种坚硬且易碎的材质，不容易蚀刻，为此，研究人员们正在探索更坚固且柔韧、更容易在生产线上进行处理的替代品；他们也在寻找更好的对纳米元件进行蚀刻的方法。
但卡帕索对此非常乐观，他说，一旦这一技术被我们掌握，很显然，我们可以将其用于产品中。特别是，这种平面镜头，避免了玻璃镜头很容易产生的偏差，这意味着，他们最新研制出的这种平面镜头，有望被用来制造更好、无偏差的显微镜。
尽管这种镜头，也会存在衍射极限的问题，但它们最终会变得很好。衍射极限，指的是传统镜头，无法捕获照射在物体上的比光的波长更小的“蛛丝马迹”。对于可见光来说，这一极限约为200纳米，但是，由“超材料”制成的“超级镜头”能超越这样的极限，这就使科学家们，能够看到被拍摄对象亚波长范围内的信息，比如活体细胞内的病毒，或不断发生变化的结构等。
其实，早在2005年，美国加州大学伯克利分校，的物理学家张翔领导的研究小组，就最先演示了一款概念性的“超级镜头”。它使用的“超材料”，是由一层35纳米厚的银置于铬和塑料组成的纳米层中，形成的纳米“三明治”。
从那时起，该研究小组的努力目标，就是让这一“超级镜头”变得更加完美。功夫不负有心人，2007年，该研究小组研制出了一种更加精良的“超超级透镜”。这一“超超级透镜”，由银、铝和石英等化合物层嵌套制成。这种镜头不仅能捕捉转瞬即逝的波，而且能放入传统的光学系统中使用，因此，科学家们或许能借助这一设备，通过标准的显微镜目镜查看到亚波长的细节。
⑷研制出可把智能手机变成显微镜的柔软镜头。2015年5月，每日科学网报道，美国休斯敦大学电气与计算机工程副教授石为川、博士生宋宇龙等人组成的研究小组，在《生物医学光学》杂志上发表论文称，他们近日开发出一种新型光学镜头，能直接贴在智能手机上，将图像放大120倍，分辨率达到1微米。
石为川说，这种镜头能像显微镜一样工作，成本低，使用方便，因此非常适合用在中小学生教室里。它还可用在临床上，让那些小型偏远的诊所，也能与其他地方的专家共享图像。
据报道，这种镜头用聚二甲硅氧烷制成。聚二甲硅氧烷是一种浓度像蜂蜜的材料，能精确附着在一个预热表面逐渐凝固。论文第一作者宋宇龙说，镜头的曲率，也就是放大率取决于聚二甲硅氧烷的加热时间和加热温度。最后形成的镜头柔韧灵活，就像柔软的隐形眼镜，但它们更厚，也略小一些。这种镜头可以简单地贴到智能手机的摄像头上，即可把摄像头变成显微镜，光学放大120倍后，图像分辨率能达到1微米。而且，由于聚二甲硅氧烷和玻璃，并不会永久性地粘在一起，用过后镜头还可以很容易地取下来。
传统镜头是通过机械抛光或注射成型制成的，材料一般是玻璃或塑料。虽然也有液体镜头，但不能凝固，要装在特殊容器里保持稳定。宋宇龙说，其他液体镜头需要附加设备才能贴在智能手机上，这种镜头能直接贴上去而不会掉下来，还能重复使用。对于研究来说，要拍摄人类皮肤毛囊组织的幻灯片，就可以用智能手机-聚二甲硅氧烷系统或奥林巴斯IX-70显微镜。在放大120倍时，智能手机镜头比得上奥林巴斯100倍显微镜，有软件支持的数字放大还能进一步提高。
研究人员估计，造一个这种镜头总成本可能是3美分。相比之下，传统科研用显微镜则要花上万美元。因而，这种镜头很适宜中小学生使用，是他们进行田间或室内研究的一种廉价、便利的手段。他们只需把镜头贴在智能手机上，就能通过电子邮件或文档很容易地共享照片，而且由于这种镜头非常便宜，丢了或坏了也不是大事。
2．探索天文望远镜配套仪器的新成果。
⑴设计制造出超低温天文望远镜成像仪。2011年12月7日，夏威夷茂纳凯山顶的SCUBA-2的天文成像观测仪正式亮相。这一精密设备，能够探测到人类肉眼无法观察到的深空亚毫米波。它为了避免地球能量源的扰动，必须冷却至-273.05 C°。
据报道，该成像仪其实就是安装于詹姆斯·麦克斯韦望远镜上的一个冰柜，其中安装有超导硅探测器阵列。麦克斯韦望远镜是目前工作在亚毫米波段的最先进的射电望远镜之一。
宇宙中星球的形成，对人类来说还是个谜。该望远镜及成像仪的目的，就是用于探测、研究银河系中，形成星球的物质及其行为模式。亚毫米波介于无线与光线之间，由于信号极其微弱，难于扑捉，该望远镜的热成像信息，可以让天文学家看到形成星体的宇宙尘埃和气体更为详细的细节。
加拿大不列颠哥伦比亚大学的科学家利用电子技术，设计、制造了这部“宇宙中最冷的立方体”，它比自然界中发现的任何物质冷30多倍，望远镜核心部分被制冷至绝对零度之上的0.1C°。SCUBA-2项目的合作方，包括英国爱丁堡大学、卡迪夫大学，美国国家标准枝术研究所、加拿大不列颠哥伦比亚大学、滑铁卢大学，以及美国联合天文中心。
⑵迄今最强行星光栅光谱仪完成首次观测。2017年12月6日，物理学家组织网报道，史上最强行星“捕手”岩石态系外行星和稳定光谱观测的阶梯光栅光谱仪，近日成功完成首次观测。它能通过系外行星母恒星发光的微小变化，以前所未有的精度“捕捉”系外行星，有望帮助天文学家实现找到智慧生命的梦想。
阶梯光栅光谱仪安放在欧洲南方天文台位于智利的甚大望远镜上，能把甚大望远镜4台8.2米口径望远镜的光线组合起来，获得16米口径望远镜的集光能力。这个新型第三代阶梯光栅光谱仪，是欧洲南方天文台高精度径向速度行星搜索器的“继任者”。高精度径向速度行星搜索器的精度约为1米/秒，而阶梯光栅光谱仪的精度可达几厘米/秒。
它能探测行星围绕恒星旋转时，恒星光谱内的细微变化。这种视向速度方法的工作原理是：行星的引力会影响母恒星，导致母恒星轻微抖动。行星的质量越小，母恒星的抖动越小。要想探测到岩石行星或者可能孕育生命的系外行星，必须要如此高精度的设备。借助这一方法，该仪器能够探测到迄今发现的一些最明亮的行星。
研究人员利用这一设备，对恒星和已知的行星系统进行测试，结果发现，与高精度径向速度行星搜索器相比，它能在更短时间内获得同样质量的数据。
日内瓦大学的弗朗西斯科·佩佩解释说：“我们历时十年才研制出此设备，与以往的行星搜索器相比，它的分辨率更高，精确度也更高，或许10年之内都没有设备能超越它。”
该仪器的主要使命，是将行星搜索推进到更深程度，发现并厘清小质量行星及其大气的属性，此外，它还能检验某些物理学常量从宇宙年幼时到现在是否发生了改变，很多理论学家预测这些常量会发生细微变化，但迄今未被观测结果证实。
