天文望遠鏡

1、天文望遠鏡,天文望遠鏡是觀測天體的重要手段，可以毫不夸大地說，沒有望遠鏡的誕生和發(fā)展，就沒有現(xiàn)代天文學。隨著望遠鏡在各方面性能的改進和提高，天文學也正經(jīng)歷著巨大的飛躍，迅速推進著人類對宇宙的認識。,,,一、天文望遠鏡分類,1、折射式 1608年，荷蘭眼鏡商人李波爾賽偶然發(fā)現(xiàn)用兩塊鏡片可以看清遠處的景物，受此啟發(fā)，他制造了人類歷史第一架望遠鏡。    1609年，伽利略制作了一架口徑4.

2、2厘米，長約1.2米的望遠鏡。他是用平凸透鏡作為物鏡，凹透鏡作為目鏡，這種光學系統(tǒng)稱為伽利略式望遠鏡。伽利略用這架望遠鏡指向天空，得到了一系列的重要發(fā)現(xiàn)，天文學從此進入了望遠鏡時代。,,,開普勒式天文望遠鏡,1611年，德國天文學家開普勒用兩片雙凸透鏡分別作為物鏡和目鏡，使放大倍數(shù)有了明顯的提高，以后人們將這種光學系統(tǒng)稱為開普勒式望遠鏡。現(xiàn)在人們用的折射式望遠鏡還是這兩種形式，天文望遠鏡是采用開普勒式。,,,特 點,A、色差(chro

3、matic aberration)為折射式望遠鏡最難以克服的問題 。由于當時的望遠鏡采用單個透鏡作為物鏡，存在嚴重的色差，為了獲得好的觀測效果，需要用曲率非常小的透鏡，這勢必會造成鏡身的加長。所以在很長的一段時間內(nèi)，天文學家一直在夢想制作更長的望遠鏡，許多嘗試均以失敗告終。,1757年，杜隆通過研究玻璃和水的折射和色散，建立了消色差透鏡的理論基礎，并用冕牌玻璃和火石玻璃制造了消色差透鏡。從此，消色差折射望遠鏡完全取代了長鏡身望遠鏡。但是

4、，由于技術方面的限制，很難鑄造較大的火石玻璃，在消色差望遠鏡的初期，最多只能磨制出10厘米的透鏡。    十九世紀末，隨著制造技術的提高，制造較大口徑的折射望遠鏡成為可能，隨之就出現(xiàn)了一個制造大口徑折射望遠鏡的高潮。世界上現(xiàn)有的8架70厘米以上的折射望遠鏡有7架是在1885年到1897年期間建成的，其中最有代表性的是1897年建成的口徑102厘米的葉凱士望遠鏡和1886年建成的口徑91厘米的里克

5、望遠鏡。,Yerkes天文臺﹙美國芝加哥大 學﹚的40 英寸折射鏡,特 點,B、磨制大口徑且高精度的鏡片不易，建價昂貴，鏡片沉重，易變形，也都是其致命的缺點。C、折射望遠鏡的優(yōu)點是焦距長，底片比例尺大，對鏡筒彎曲不敏感，最適合于做天體測量方面的工作。但是它總是有殘余的色差，同時對紫外、紅外波段的輻射吸收很厲害。而巨大的光學玻璃澆制也十分困難，到1897年葉凱士望遠鏡建成，折射望遠鏡的發(fā)展達到了頂點，此后的這一百年中再也沒有更大的折射

6、望遠鏡出現(xiàn)。這主要是因為從技術上無法鑄造出大塊完美無缺的玻璃做透鏡，并且，由于重力使大尺寸透鏡的變形會非常明顯，因而喪失明銳的焦點。,一、天文望遠鏡分類,2、 反射式望遠鏡：第一架反射式望遠鏡誕生于1668年。牛頓經(jīng)過多次磨制非球面的透鏡均告失敗后，決定采用球面反射鏡作為主鏡。他用2.5厘米直徑的金屬，磨制成一塊凹面反射鏡，并在主鏡的焦點前面放置了一個與主鏡成45o角的反射鏡，使經(jīng)主鏡反射后的會聚光經(jīng)反射鏡以90o角反射出鏡筒

7、后到達目鏡。這種系統(tǒng)稱為牛頓式反射望遠鏡。它的球面鏡雖然會產(chǎn)生一定的象差，但用反射鏡代替折射鏡卻是一個巨大的成功。,依反射式望遠鏡的分類： 主鏡式、牛頓式、蓋塞革林式、庫得式、史密特式史密特─蓋塞革林式,,,二、現(xiàn)代的光學天文望遠鏡,望遠鏡的集光能力隨著口徑的增大而增強，望遠鏡的集光能力越強，就能夠看到更暗更遠的天體，這其實就是能夠看到了更早期的宇宙。天體物理的發(fā)展需要更大口徑的望遠鏡。,,,蘇聯(lián)6 米望遠鏡,但是，隨著望遠鏡口徑的增大

8、，一系列的技術問題接踵而來。海爾望遠鏡的鏡頭自重達14.5噸，可動部分的重量為530噸，而6米鏡更是重達800噸。望遠鏡的自重引起的鏡頭變形相當可觀，溫度的不均勻使鏡面產(chǎn)生畸變也影響了成象質量。從制造方面看，傳統(tǒng)方法制造望遠鏡的費用幾乎與口徑的平方或立方成正比，所以制造更大口徑的望遠鏡必須另辟新徑。,,,自七十年代以來，在望遠鏡的制造方面發(fā)展了許多新技術，涉及光學、力學、計算機、自動控制和精密機械等領域。這些技術使望遠鏡的制造突破了鏡面

9、口徑的局限，并且降低造價和簡化望遠鏡結構。特別是主動光學技術的出現(xiàn)和應用，使望遠鏡的設計思想有了一個飛躍。,口徑都是10米，由36塊六角鏡面拼接組成，每塊鏡面口徑均為1.8米，而厚度僅為10厘米，通過主動光學支撐系統(tǒng)，使鏡面保持極高的精度。焦面設備有三個：近紅外照相機、高分辨率CCD探測器和高色散光譜儀。,歐洲南方天文臺自1986年開始研制由4臺8米口徑望遠鏡組成一臺等效口徑為16米的光學望遠鏡。這4臺8米望遠鏡排列在一條直線上，采用地

10、平裝置，主鏡采用主動光學系統(tǒng)支撐，指向精度為1″，跟蹤精度為0.05″，鏡筒重量為100噸，叉臂重量不到120噸。這4臺望遠鏡可以組成一個干涉陣，做兩兩干涉觀測，也可以單獨使用每一臺望遠鏡。,,三、射電望遠鏡,1932年央斯基（Jansky. K. G）用無線電天線探測到來自銀河系中心（人馬座方向）的射電輻射，這標志著人類打開了在傳統(tǒng)光學波段之外進行觀測的第一個窗口。    第二次世界大戰(zhàn)結束后

11、，射電天文學脫穎而出，射電望遠鏡為射電天文學的發(fā)展起了關鍵的作用，比如：六十年代天文學的四大發(fā)現(xiàn)，類星體，脈沖星，星際分子和宇宙微波背景輻射，都是用射電望遠鏡觀測得到的。,1962年，Ryle發(fā)明了綜合孔徑射電望遠鏡，他也因此獲得了1974年諾貝爾物理學獎。綜合孔徑射電望遠鏡實現(xiàn)了由多個較小天線結構獲得相當于大口徑單天線所能取得的效果。    1967年Broten等人第一次記錄到了VLBI干涉

12、條紋。,,,,四、其它波段的望遠鏡,1、紅外望遠鏡：    最早的紅外觀測可以追溯到十八世紀末。但是，由于地球大氣的吸收和散射造成在地面進行的紅外觀測只局限于幾個近紅外窗口，要獲得更多紅外波段的信息，就必須進行空間紅外觀測?，F(xiàn)代的紅外天文觀測興盛于十九世紀六、七十年代，當時是采用高空氣球和飛機運載的紅外望遠鏡或探測器進行觀測。,2、紫外望遠鏡：    紫

13、外波段是介于X射線和可見光之間的頻率范圍，觀測波段為3100～100埃。紫外觀測要放在150公里的高度才能進行，以避開臭氧層和大氣的吸收。第一次紫外觀測是用氣球將望遠鏡載上高空，以后用了火箭，航天飛機和衛(wèi)星等空間技術才,3、 X射線望遠鏡：    X射線輻射的波段范圍是0.01-10納米，其中波長較短（能量較高）的稱為硬X射線，波長較長的稱為軟X射線。天體的X射線是根本無法到達地面的，