天文望遠(yuǎn)鏡

1、天文望遠(yuǎn)鏡,天文望遠(yuǎn)鏡是觀測天體的重要手段，可以毫不夸大地說，沒有望遠(yuǎn)鏡的誕生和發(fā)展，就沒有現(xiàn)代天文學(xué)。隨著望遠(yuǎn)鏡在各方面性能的改進(jìn)和提高，天文學(xué)也正經(jīng)歷著巨大的飛躍，迅速推進(jìn)著人類對宇宙的認(rèn)識。,,,一、天文望遠(yuǎn)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(yuǎn)處的景物，受此啟發(fā)，他制造了人類歷史第一架望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡。他是用平凸透鏡作為物鏡，凹透鏡作為目鏡，這種光學(xué)系統(tǒng)稱為伽利略式望遠(yuǎn)鏡。伽利略用這架望遠(yuǎn)鏡指向天空，得到了一系列的重要發(fā)現(xiàn)，天文學(xué)從此進(jìn)入了望遠(yuǎn)鏡時代。,,,開普勒式天文望遠(yuǎn)鏡,1611年，德國天文學(xué)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(xué)系統(tǒng)稱為開普勒式望遠(yuǎn)鏡?，F(xiàn)在人們用的折射式望遠(yuǎn)鏡還是這兩種形式，天文望遠(yuǎn)鏡是采用開普勒式。,,,特 點,A、色差(chro

3、matic aberration)為折射式望遠(yuǎn)鏡最難以克服的問題 。由于當(dāng)時的望遠(yuǎn)鏡采用單個透鏡作為物鏡，存在嚴(yán)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(xué)家一直在夢想制作更長的望遠(yuǎn)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(chǔ)，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(yuǎn)鏡完全取代了長鏡身望遠(yuǎn)鏡。但是

4、，由于技術(shù)方面的限制，很難鑄造較大的火石玻璃，在消色差望遠(yuǎn)鏡的初期，最多只能磨制出10厘米的透鏡。    十九世紀(jì)末，隨著制造技術(shù)的提高，制造較大口徑的折射望遠(yuǎn)鏡成為可能，隨之就出現(xiàn)了一個制造大口徑折射望遠(yuǎn)鏡的高潮。世界上現(xiàn)有的8架70厘米以上的折射望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡和1886年建成的口徑91厘米的里克

5、望遠(yuǎn)鏡。,Yerkes天文臺﹙美國芝加哥大 學(xué)﹚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(yuǎn)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(xué)玻璃澆制也十分困難，到1897年葉凱士望遠(yuǎn)鏡建成，折射望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展達(dá)到了頂點，此后的這一百年中再也沒有更大的折射

6、望遠(yuǎn)鏡出現(xiàn)。這主要是因為從技術(shù)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(yuǎn)鏡分類,2、 反射式望遠(yuǎn)鏡：第一架反射式望遠(yuǎn)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(dá)目鏡。這種系統(tǒng)稱為牛頓式反射望遠(yuǎn)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(yuǎn)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(xué)天文望遠(yuǎn)鏡,望遠(yuǎn)鏡的集光能力隨著口徑的增大而增強(qiáng)，望遠(yuǎn)鏡的集光能力越強(qiáng)，就能夠看到更暗更遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡。,,,蘇聯(lián)6 米望遠(yuǎn)鏡,但是，隨著望遠(yuǎn)鏡口徑的增大

8、，一系列的技術(shù)問題接踵而來。海爾望遠(yuǎn)鏡的鏡頭自重達(dá)14.5噸，可動部分的重量為530噸，而6米鏡更是重達(dá)800噸。望遠(yuǎn)鏡的自重引起的鏡頭變形相當(dāng)可觀，溫度的不均勻使鏡面產(chǎn)生畸變也影響了成象質(zhì)量。從制造方面看，傳統(tǒng)方法制造望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡必須另辟新徑。,,,自七十年代以來，在望遠(yuǎn)鏡的制造方面發(fā)展了許多新技術(shù)，涉及光學(xué)、力學(xué)、計算機(jī)、自動控制和精密機(jī)械等領(lǐng)域。這些技術(shù)使望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)。特別是主動光學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，使望遠(yuǎn)鏡的設(shè)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(xué)支撐系統(tǒng)，使鏡面保持極高的精度。焦面設(shè)備有三個：近紅外照相機(jī)、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(yuǎn)鏡組成一臺等效口徑為16米的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。這4臺8米望遠(yuǎn)鏡排列在一條直線上，采用地

10、平裝置，主鏡采用主動光學(xué)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(yuǎn)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(yuǎn)鏡。,,三、射電望遠(yuǎn)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(biāo)志著人類打開了在傳統(tǒng)光學(xué)波段之外進(jìn)行觀測的第一個窗口。    第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后

11、，射電天文學(xué)脫穎而出，射電望遠(yuǎn)鏡為射電天文學(xué)的發(fā)展起了關(guān)鍵的作用，比如：六十年代天文學(xué)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(yuǎn)鏡觀測得到的。,1962年，Ryle發(fā)明了綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡，他也因此獲得了1974年諾貝爾物理學(xué)獎。綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡實現(xiàn)了由多個較小天線結(jié)構(gòu)獲得相當(dāng)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(yuǎn)鏡,1、紅外望遠(yuǎn)鏡：    最早的紅外觀測可以追溯到十八世紀(jì)末。但是，由于地球大氣的吸收和散射造成在地面進(jìn)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(jìn)行空間紅外觀測。現(xiàn)代的紅外天文觀測興盛于十九世紀(jì)六、七十年代，當(dāng)時是采用高空氣球和飛機(jī)運載的紅外望遠(yuǎn)鏡或探測器進(jìn)行觀測。,2、紫外望遠(yuǎn)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(jìn)行，以避開臭氧層和大氣的吸收。第一次紫外觀測是用氣球?qū)⑼h(yuǎn)鏡載上高空，以后用了火箭，航天飛機(jī)和衛(wèi)星等空間技術(shù)才,3、 X射線望遠(yuǎn)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(dá)地面的，