我们家里往往备有一个压力锅。而这种压力锅其内部的压力比外面的大气压力高，从而使锅内的水沸腾点温度升高，令食物得以更快地煮熟。为了能承受这种压力差，压力锅的锅体需要比普通锅的更厚、密封性更佳。图1中分别是市面上常见的电压力锅和普通压力锅，这款电压力锅提供7种“压力/口感”可调，其中30KPa对应米饭，70KPa对应牛/羊肉，而这款普通压力锅则只有一档90KPa。
图1. 电压力锅和普通压力锅 （图片来自：网络）
这里的30KPa、70KPa和90KPa代表什么？事实上，它们指的是在这一档位工作时，锅内高于锅外的压强差值。压强是指单位面积上承受的压力，KPa是压强的单位——千帕斯卡，一个标准大气压约为101KPa，相当于760mm高的水银柱产生的压强，或近似于1平方米面积上承受的10吨压力。
那么，不同的档位分别对应的锅内温度是多少呢？大气压通常会随着海拔升高而降低，也会随着季节和温度而变化。水的沸点会随着压强的升高而升高，这是压力锅的工作原理；相反，沸点也会随着压强的降低而降低，这也解释了为什么在海拔较高的地方无法使用普通锅煮熟土豆，而且这是300多年前促使法国物理学家丹尼斯·帕平发明压力锅的缘由。依据水的沸点与压强的关系，很容易换算出，当外界环境接近1个大气压时，30KPa、70KPa和90KPa档位对应锅内水沸腾时的温度分别约为106℃、114℃和117℃。
望远镜中的“压力锅”
光谱仪是一种能将复色光按照波长（颜色）色散成光谱的仪器，通过光谱，人们可以得到天体的组成元素及元素丰度、距离、表面温度、运动状态、活动性质等资讯，因而光谱常被称作天体的“指纹”。类似于温度对设备热胀冷缩形变的影响，大气压的变化也会导致光谱仪的光学器件和CCD相机的轻微形变，尽管形变量小，但对于高精度的视向速度测量，尤其是探索与地球类似的太阳系外行星，这却堪称致命。这是因为地球引起的太阳视向速度变化幅度约为9cm/s，为了探测到太阳系外类地行星或比地球稍大的“超级地球”，光谱仪的探测精度至少要优于1m/s。这要求分辨力在70000左右的光谱仪能够精确测量到焦面上4纳米的天体谱线位移，约为头发丝直径的1/10000。
应当如何消除环境温度和压强的变化对光谱仪和CCD相机的影响？压力锅就这样被天文学家和工程师们从厨房请进了望远镜的圆顶。这一次，并非是为了烹煮鸡腿，而是将精密的高分辨率光谱仪和CCD相机置入其中，他们已经为多台望远镜量身打造了各具特色的“压力锅”。
那么，望远镜的“压力锅”是如何构建的呢？
以国家天文台团队为兴隆观测基地2.16米望远镜研制的“压力锅”为例，前期主要是对箱体受力变形（见图2）和温控方案的模拟（见图3），以确定最终方案，并完成设计、加工和现场安装调试。通过模拟，可以验证方案的安全性。这个“压力锅”实际工作时内外压差因季节不同而在0.30-3.95KPa范围变化，而模拟结果表明：当压差为10KPa时，箱体最大形变量仅为0.32毫米，安全系数高于3.6，完全满足安全需求。图3是模拟箱体内左、右、上三面同时加热的情况下温度上升3℃并达到稳定的过程，未考虑箱体内放置设备的情况，结果表明需要约1小时。在实际操作中，我们在箱体的6个面都充分铺设了加热片同时加热，箱体内放置光谱仪和相机的情况下，大约需要24小时才能达到指定温度并维持稳定，压强则可以在10-30分钟内达到指定值并维持稳定。
图2. 模拟箱体内外10KPa正压差时箱体形变放大3000倍示意图（模拟：贾磊）
图3. 模拟箱体内左、右、上三面同时加热情况下温度上升3℃并达到稳定过程（模拟：李陶然）
尽管外观或圆润或方正不尽相同，望远镜的这些“压力锅”都拥有一个共同的特征：锅内的温度和压强必须长期保持稳定，因此我们也经常称它们为“恒温恒压罐”或“恒温恒压箱”。其中，“恒温”是通过温度控制实现的，具体温度值可根据观测台站的环境设定，但温度控制精度要达到千分之几摄氏度量级，这比目前民用空调的温度控制精度（约1-2℃）高出近三个数量级；“恒压”是通过压强控制实现的，可根据自身的设备情况选择真空、正压或负压均可，但压强控制精度要优于0.02KPa。欧洲南方天文台（ESO）的HARPS光谱仪配备的真空罐是一个“真空压力锅”（见图4）。而更多已建成的光谱仪则会选择正压或负压控制，因为它们的电子器件并非为真空环境设计的。国家天文台团队为2.16米望远镜研制的“恒温恒压箱”使用负压控制，长期温度控制精度为0.005℃，压力控制精度为0.006KPa，可视作一个“负压压力锅”（见图5）。
图4. 欧洲南方天文台HARPS光谱仪的“真空压力锅”（图片来自：ESO）
图5. 兴隆2.16米望远镜HRS光谱仪的“负压压力锅”
期待2.16米望远镜的这个“压力锅”在科学家手中产出比鸡腿更诱人的“超级地球”，如果恰好位于适宜生命生存的宜居地带就更美妙了。