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天文望远镜发展和介绍

发布时间:2018-11-05 22:58:26 作者:嘉兴锐星光学仪器有限公司

天文望远镜(Astronomical Telescope)是观测天体的重要工具,可以毫不夸张地说,没有望远镜的诞生和发展,就没有现代天文学。随着望远镜在各方面性能的改进和提高,天文学也正经历着巨大的飞跃,迅速推进着人类对宇宙的认识。
天文望远镜上一般有两只镜筒,大的是主镜,是观测目标所用的;小的叫寻星镜,是寻找目标所用的,也叫瞄准镜。目镜是单独的个体,是决定放大倍率的物品,目镜上都会有F值,这是目镜的焦距,用主镜的F值除以当前使用的目镜的F值,就是当前的放大倍率,记住,放大倍率是标准,6厘米口径的望远镜的极限放大倍率是120倍左右,8厘米的倍率最大160倍左右。
望远镜的集光能力随着口径的增大而增强,望远镜的集光能力越强,就能够看到更暗更远的天体,这其实就是能够看到了更早期的宇宙。天体物理的发展需要更大口径的望远镜。
但是,随着望远镜口径的增大,一系列的技术问题接踵而来。海尔望远镜的镜头自重达14.5吨,可动部分的重量为530吨,而5米镜更是重达800吨。一方面,望远镜的自重过大会使镜头变形相当明显,另一方面,镜体温度不均也令镜面产生畸变,进而影响成像质量。从制造方面看,传统方法制造望远镜的费用几乎与口径的平方或立方成正比,所以制造更大口径的望远镜必须另辟新径。
自七十年代以来,在望远镜的制造方面发展了许多新技术,涉及光学、力学、计算机、自动控制和精密机械等领域。这些技术使望远镜的制造突破了镜面口径的局限,并且降低造价和简化望远镜结构;特别是主动光学技术的出现和应用,使望远镜的设计思想有了一个飞跃。
从八十年代开始,国际上掀起了制造新一代大型望远镜的热潮。其中,欧洲南方天文台的VLT,美、英、加合作的GEMINI,日本的SUBARU的主镜采用了薄镜面;美国的KeckI、KeckII和HET望远镜的主镜采用了拼接技术。
优秀的传统望远镜卡塞格林焦点在最好的工作状态下,可以将80%的几何光能集中在0.6″范围内,而采用新技术制造的新一代大型望远镜可保持80%的光能集中在0.2″~0.4″,甚至更好。
下面对几个有代表性的大型望远镜分别作一些介绍:
凯克望远镜
凯克望远镜(KeckI,KeckII)KeckI和KeckII分别在1991年和1996年建成,这是当前世界上已投入工作的最大口径的光学望远镜,因其经费主要由企业家凯克(KeckWM)捐赠(KeckI为9400万美元,KeckII为7460万美元)而命名。这两台完全相同的望远镜都放置在夏威夷的莫纳克亚,将它们放在一起是为了做干涉观测。
它们的口径都是10米,由36块六角镜面拼接组成,每块镜面口径均为1.8米,而厚度仅为10厘米,通过主动光学支撑系统,使镜面保持极高的精度。焦面设备有三个:近红外照相机、高分辨率CCD探测器和高色散光谱仪。
"像Keck这样的大望远镜,可以让我们沿着时间的长河,探寻宇宙的起源,Keck更是可以让我们看到宇宙最初诞生的时刻"。
欧洲甚大
欧洲南方天文台自1986年开始研制由4台8米口径望远镜组成一台等效口径为16米的光学望远镜(VLT)。这4台8米望远镜排列在一条直线上,它们均为RC光学系统,焦比是F/2,采用地平装置,主镜采用主动光学系统支撑,指向精度为1″,跟踪精度为0.05″,镜筒重量为100吨,叉臂重量不到120吨。这4台望远镜可以组成一个干涉阵,做两两干涉观测,也可以单独使用每一台望远镜。
双子
双子望远镜(GEMINI)是以美国为主的一项国际设备(其中,美国占50%,英国占25%,加拿大占15%,智利占5%,阿根廷占2.5%,巴西占2.5%),由美国大学天文联盟(AURA)负责实施。它由两个8米望远镜组成,一个放在北半球,一个放在南半球,以进行全天系统观测。其主镜采用主动光学控制,副镜作倾斜镜快速改正,还将通过自适应光学系统使红外区接近衍射极限。
该工程于1993年9月开始启动,第一台在1998年7月在夏威夷开光,第二台于2000年9月在智利赛拉帕琼台址开光,整个系统预计在2001年验收后正式投入使用。
昴星团
这是一台8米口径的光学/红外望远镜(SUBARU)。它有三个特点:一是镜面薄,通过主动光学和自适应光学获得较高的成象质量;二是可实现0.1″的高精度跟踪;三是采用圆柱形观测室,自动控制通风和空气过滤器,使热湍流的排除达到最佳条件。此望远镜采用Serrurier桁架,可使主镜框与副镜框在移动中保持平行。由日本天文社团所属,位于美国夏威夷。
大天区多目标光纤光谱望远镜LAMOST(郭守敬) 这是中国已建成的一架有效通光口径为4米、焦距为20米、视场达20平方度的中星仪式的反射施密特望远镜。它的技术特色是:
1.把主动光学技术应用在反射施密特系统,在跟踪天体运动中作实时球差改正,实现大口径和大视场兼备的功能。
2.球面主镜和反射镜均采用拼接技术。
3.多目标光纤(可达4000根,一般望远镜只有600根)的光谱技术将是一个重要突破。
LAMOST把普测的星系极限星等推到20.5m,比SDSS计划高2等左右,实现107个星系的光谱普测,把观测目标的数量提高1个量级。
射电
1932年央斯基(Jansky.K.G)用无线电天线探测到来自银河系中心(人马座方向)的射电辐射,这标志着人类打开了在传统光学波段之外进行观测的第一个窗口。
第二次世界大战结束后,射电天文学脱颖而出,射电望远镜为射电天文学的发展起了关键的作用,比如:六十年代天文学的四大发现,类星体,脉冲星,星际分子和宇宙微波背景辐射,都是用射电望远镜观测得到的。射电望远镜的每一次长足的进步都会毫无例外地为射电天文学的发展树立一个里程碑。
英国曼彻斯特大学于1946年建造了直径为66.5米的固定式抛物面射电望远镜,1955年又建成了当时世界上最大的可转动抛物面射电望远镜;六十年代,美国在波多黎各阿雷西博镇建造了直径达305米的抛物面射电望远镜,它是顺着山坡固定在地表面上的,不能转动,这是世界上最大的单孔径射电望远镜。
1962年,Ryle发明了综合孔径射电望远镜,他也因此获得了1974年诺贝尔物理学奖。综合孔径射电望远镜实现了由多个较小天线结构获得相当于大口径单天线所能取得的效果。
1967年Broten等人第一次记录到了VLBI干涉条纹。
七十年代,联邦德国在玻恩附近建造了100米直径的全向转动抛物面射电望远镜,这是世界上最大的可转动单天线射电望远镜。
八十年代以来,欧洲的VLBI网(EVN),美国的VLBA阵,日本的空间VLBI(VSOP)相继投入使用,这是新一代射电望远镜的代表,它们在灵敏度、分辨率和观测波段上都大大超过了以往的望远镜。
中国科学院上海天文台和乌鲁木齐天文站的两架25米射电望远镜作为正式成员参加了美国的地球自转连续观测计划(CORE)和欧洲的甚长基线干涉网(EVN),这两个计划分别用于地球自转和高精度天体测量研究(CORE)和天体物理研究(EVN)。这种由各国射电望远镜联合进行长基线干涉观测的方式,起到了任何一个国家单独使用大望远镜都不能达到的效果。
另外,美国国立四大天文台(NARO)研制的100米单天线望远镜(GBT),采最大红外天文望远镜
最大红外天文望远镜
用无遮挡(偏馈),主动光学等设计,该天线目前正在安装中,2000年有可能投入使用。
国际上将联合发展接收面积为1平方公里的低频射电望远镜阵(SKA),该计划将使低频射电观测的灵敏度约有两个量级的提高,有关各国正在进行各种预研究。
在增加射电观测波段覆盖方面,美国史密松天体物理天文台和中国台湾天文与天体物理研究院正在夏威夷建造国际上第一个亚毫米波干涉阵(SMA),它由8个6米的天线组成,工作频率从190GHz到85z,部分设备已经安装。美国的毫米波阵(MMA)和欧洲的大南天阵(LAS)将合并成为一个新的毫米波阵计划――ALMA。这个计划将有64个12米天线组成,最长基线达到10公里以上,工作频率从70到950GHz,放在智利的Atacama附近,如果合并顺利,将在2001年开始建造,日本方面也在考虑参加该计划的可能性。
在提高射电观测的角分辨率方面,新一代的大型设备大多数考虑干涉阵的方案;为了进一步提高空间VLBI观测的角分辨率和灵敏度,第二代空间VLBI计划――ARISE(25米口径)已经提出。
相信这些设备的建成并投入使用将会使射电天文成为天文学的重要研究手段,并会为天文学发展带来难以预料的机会。
贵州大型
世界最大口径球面射电望远镜建设工程在贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县实现圈梁顺利合龙。该望远镜口径为500米、占地约30个足球场大小。项目2008年12月26日奠基,预计2016年9月建成。 [1]  据报道,新型射电天文望远镜,建成后将将雄冠世界第一。按照科学要求,超级天文望远镜将产生电磁波,对人体健康有影响。居民应当移居到5公里之外。目前,当地政府已经着手搬迁事宜,提出对搬迁居民经济补偿和住房帮助。报道透露,贵州省水库和生态移民局按照每人1.2万元标准进行补助;贵州省民宗委按照每户1万元标准对少数民族住房困难户进行补助。 [2] 
该望远镜建成后将成为世界上最大口径的射电望远镜,远超于德国波恩100米望远镜和美国的Arecibo 300米望远镜,将在未来20~30年保持世界一流设备的地位。

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