天文學-望遠鏡和觀測方法上

1、閑聊天文觀測和天文望遠鏡,北京天文館詹想,天文觀測的一些基本概念,星星究竟是什么大部分是恒星，能夠自身發(fā)光發(fā)亮；少數(shù)是行星，反射太陽光。如何度量星星之間的距離？光年：1光年＝10萬億千米秒差距： 1秒差距＝3.26 光年＝？千米,星座的來歷,公元前三千年古巴比倫人對星空區(qū)劃的創(chuàng)造，把亮星用假想的連線聯(lián)起來，構(gòu)成星座；古希臘人的想象賦予星座之名和豐富的內(nèi)容；17世紀后隨著航海地理大發(fā)現(xiàn)，完善南天星座的創(chuàng)立；

2、1928年國際天文學聯(lián)合會確定了國際通行的全天劃分為88個星座星空劃分方法；北天區(qū)29個星座、南天區(qū)47個星座、黃道12個星座。,天球,天球是一個假想的球，它是以觀測者（或地心）為中心，以無窮遠為半徑的球，所有天體都投影在這個球面上。,兩大坐標系,地平坐標系,赤道坐標系,天體的角距離,在天球上度量兩個天體之間的距離，不用長度單位，而用角度單位。,天極的高度等于當?shù)氐乩砭暥仁疽鈭D,我國自己的星空區(qū)域劃分方法,三垣四象二十八宿拱

3、極區(qū)附近：紫微垣、太微垣、天市垣黃、赤、白道附近：東方蒼龍：角、亢、氐、房、心、尾、箕北方玄武：斗、牛、女、虛、危、室、壁西方白虎：奎、婁、胃、昴、畢、觜、參南方朱雀：井、鬼、柳、星、張、翼、軫,星星與我們的距離都一樣遠嗎？,星星的命名,希臘字母；拉丁字母；數(shù)字；更復雜的科學編號；我國的命名體系。,星等的概念,公元前2世紀古希臘天文學家喜帕恰斯首先提出星等概念，他把看到的恒星按亮度分成 6等，最亮的 1等

4、，最暗的 6等。1850年英國天文學家普森（N.R.Pogson)經(jīng)過研究并用儀器精密測定，把星等概念科學定量化。,1等星的亮度＝距離1公里遠的1燭光的亮度,更精確的星等,星等相差5等，亮度差為100，那么星等差1等，亮度之比為多少倍？2.512倍！為了精確，又引入了小數(shù)星等和負數(shù)星等。如天狼星是-1.4等，織女星是0.0等，軒轅十四是1.4等。肉眼可見的6等以上恒星全天約為6000顆。絕對星等：把恒星放在同一處（

5、32.6光年處），來看它們的亮度，得出的結(jié)果就是該星的絕對星等。,天文望遠鏡的基本情況,關(guān)于天文望遠鏡的兩個常見問題,你這臺望遠鏡能看多遠？你這臺望遠鏡能放大多少倍？,口徑（D）：指望遠鏡物鏡所能收到的最大光束的直徑。焦距（F）：從望遠鏡光學系統(tǒng)主點到主焦點的距離。焦比：焦比=F/D在攝影時，焦比數(shù)字越大，光力越弱；照相機鏡頭上稱為光圈。,極限星等：將望遠鏡指向天頂，肉眼所能看到的最暗恒星的星等稱為極限星等，也叫

6、貫穿本領(lǐng)。極限星等ml與以厘米為單位的望遠鏡有效口徑之間的簡單關(guān)系由公式 ml=6.9+5lgD 給出。例如有效口徑15厘米的望遠鏡，極限星等約為12.8等。分辨率：把望遠鏡能分清為兩個物點的最小角距離稱為分辨分辨率。望遠鏡的口徑?jīng)Q定分辨率。,放大率：放大率=F物/F目望遠鏡的有效放大倍數(shù)：一般是物鏡有效口徑以毫米為單位的值。,視場：用目視望遠鏡觀測星空時所能見到的天空部分的角直徑叫視場。當目鏡的工作視場一定時，望遠鏡的視場

7、與放大率成反比。望遠鏡主要解決“看得見”和“看得清”兩方面的問題。,天文望遠鏡的發(fā)展簡史,意大利物理學家伽利略（1564-1642）,1608年荷蘭的眼鏡商漢斯.里帕席根據(jù)學徒的偶然發(fā)現(xiàn)，制成了第一架望遠鏡。1609年，伽利略制成了兩架最早的天文望遠鏡 。,,伽利略把自制的口徑4.5厘米，放大倍率33倍的望遠鏡指向天空，很快發(fā)現(xiàn)了月球上的環(huán)形山、圍繞木星運轉(zhuǎn)的四顆衛(wèi)星、金星的盈虧現(xiàn)象、日面上的黑子、銀河由無數(shù)暗弱恒星構(gòu)成等現(xiàn)象。

8、開普勒改進了這種望遠鏡,色差原理,1666年，牛頓證明天體的光并非單色光，而是由各種顏色的光混合而成。望遠鏡的色差是由于透鏡對不同顏色的光具有不同的折射率而造成。,科學巨匠牛頓（1642-1727）,早期巨型折射鏡,1673年，波蘭的赫維留（1611-1687）制成了一架長達46米的望遠鏡，吊在30米高的桅桿上，要許多人用繩子拉著它起落升降。,赫歇爾的望遠鏡,1781年3月13日，英國天文學家威廉.赫歇爾（1738-1822）用他自

9、制的口徑15厘米的反射鏡發(fā)現(xiàn)了天王星，把太陽系的尺度擴大了一倍。發(fā)現(xiàn)了天王星后，赫歇爾磨制的望遠鏡口徑越來越大，他是使反射鏡大型化的始祖。,1789年赫歇爾制成當時世界上最大的望遠鏡?？趶?.22米，焦距12.2米。,消色差折射鏡的出現(xiàn),牛頓從理論上弄清了色差的成因，但錯誤的做出折射物鏡色差無法消除的結(jié)論。由于牛頓極高的威望，不少人盲從了他的觀點。直到18世紀30年代，英國數(shù)學家C.M.霍爾發(fā)現(xiàn)，用冕牌玻璃作凸透鏡，用火石玻璃作凹透鏡

10、，所制成的復合透鏡能消除色差。,大型折射鏡,19世紀下半葉是大型折射望遠鏡的時代，美國的光學制造家克拉克父子在1870年以后陸續(xù)磨制了口徑66厘米、76厘米、91厘米、102厘米的折射鏡。,巨型反射鏡,20世紀的上半葉巨型反射鏡又占了上風。由于磨制材料的改進，用玻璃代替了金屬，并發(fā)明了玻璃鍍銀技術(shù)，許多大口徑反射鏡相繼建成。1948年口徑508厘米的海爾反射望遠鏡交付使用。,07年5月落成的云南天文臺高美古觀測站2.4米反射望遠鏡,20

11、09年建成的LAMOST國家天文臺興隆觀測基地4米級的望遠鏡,最大的望遠鏡,位于夏威夷莫納克亞山上的凱克I、II望遠鏡，直徑各10米，由36面1.8米 的六角型鏡面拼合而成,折反射望遠鏡,1930年德國的施密特制造出第一架折反射望遠鏡。同時使用反射鏡和折射鏡。反射鏡是球面鏡，放在球面曲率中心的形狀奇特的透鏡做“改正鏡”，可以補償反射鏡引起的球差，又不會產(chǎn)生彗差和明顯的色差。（下圖）,1940年蘇聯(lián)光學家馬克蘇托夫發(fā)明馬克蘇托夫望遠鏡

12、，和施密特望遠鏡類似，它的改正鏡是彎月形，兩個表面都是球面。制作容易。和反射鏡相比，折反射鏡的視場可以做的較大，有利于拍攝。,天文望遠鏡類型總結(jié),折射鏡反射鏡折反射鏡,折射鏡光路圖,反射鏡光路圖,折反射鏡光路圖,射電望遠鏡,1931年至1932年，美國的電信工程師央斯基（1905-1950）在研究無線電短波通訊中的各項干擾因素時，用無線接收天線，接收到來自銀河中心的電磁輻射，開創(chuàng)了射電天文學。,射電望遠鏡,澳洲帕克斯射電望遠鏡,

13、密云天線陣,用于嫦娥工程的50米巨型射電望遠鏡,大氣窗口,太空望遠鏡,天文望遠鏡的支架結(jié)構(gòu),地平式裝置,一條軸線沿鉛垂線方向，稱為豎直軸；另一條軸線沿水平方向，稱為水平軸。這種裝置稱為經(jīng)緯支架。追蹤天體的周日視運動需要同時改變轉(zhuǎn)動兩個軸。,赤道式裝置,一條旋轉(zhuǎn)軸沿平行于地球的自轉(zhuǎn)軸方向，這就是“極軸”，或曰“赤經(jīng)軸”。另一條軸與之垂直，正好位于天球的赤道面內(nèi)，稱為“赤緯軸”。這種裝置稱為赤道儀。在極軸對準天極的情況下，追蹤天體

14、的周日視運動只需要轉(zhuǎn)動赤經(jīng)軸。,雙筒望遠鏡,雙筒望遠鏡具有成像清晰明亮，視場大、攜帶方便、價格便宜等優(yōu)點，很適于天文愛好者用來巡天和觀測星云、星團、彗星等面狀天體。在晴朗無月的夜晚用雙筒鏡觀測時，可見在廣闊的視場之中繁星密布，偶爾有一、兩朵星云、星團點綴其間，令人心曠神恰。由于雙簡鏡有著廣泛的用途，所以在市場上它的品種繁多，性能也相差很大。,雙筒鏡,現(xiàn)在常見的是開普勒式雙筒鏡，它的視場比伽利略式的大，而且成像更加清晰，但開普勒式

15、雙筒鏡成的是倒立的像，為了得到正像，在它的光路中加有轉(zhuǎn)像棱鏡或轉(zhuǎn)像透鏡，這些轉(zhuǎn)像裝置在地面觀測中是必不可少的。但像的倒正對天文觀測來說無關(guān)緊要，不過正像望遠鏡可以給初學者找星帶來方便。,雙筒鏡采用的是折射系統(tǒng)，可分為伽利略式和開普勒式兩種。伽利略式雙筒鏡結(jié)構(gòu)簡單，光能損失小、鏡筒較短、價格也較低，但是，它的放大率一般不能超過6倍，放大率再增加，視場就會迅速減小，視場邊緣變暗。成像質(zhì)量也會下降，所以這種雙筒鏡用得較少。,雙筒鏡的口徑、放大

16、率和視場一般都標在鏡身上?？趶胶头糯舐视脙山M數(shù)字表示，例如“10×50”表示這架雙筒鏡的放大率為10倍?？趶绞?0毫米；再如“15×～40×60”表示放大率在15倍至40倍之間可調(diào)，口徑是60毫米。視場是反映望遠鏡性能的另一個重要參數(shù)。與天文望遠鏡不同，雙筒鏡的視場經(jīng)常不以“度”作單位給出，而是給出在1000米(碼）處能看到的景物的最大寬度。如“131m/1000m”或“393Ft./1000Yd.”表