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      天文望遠鏡發展和介紹

      發布時間:2018-11-05 22:58:26 作者:嘉興銳星光學儀器有限公司

      天文望遠鏡(Astronomical Telescope)是觀測天體的重要工具,可以毫不夸張地說,沒有望遠鏡的誕生和發展,就沒有現代天文學。隨著望遠鏡在各方面性能的改進和提高,天文學也正經歷著巨大的飛躍,迅速推進著人類對宇宙的認識。
      天文望遠鏡上一般有兩只鏡筒,大的是主鏡,是觀測目標所用的;小的叫尋星鏡,是尋找目標所用的,也叫瞄準鏡。目鏡是單獨的個體,是決定放大倍率的物品,目鏡上都會有F值,這是目鏡的焦距,用主鏡的F值除以當前使用的目鏡的F值,就是當前的放大倍率,記住,放大倍率是標準,6厘米口徑的望遠鏡的極限放大倍率是120倍左右,8厘米的倍率最大160倍左右。
      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。天體物理的發展需要更大口徑的望遠鏡。
      但是,隨著望遠鏡口徑的增大,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5米鏡更是重達800噸。一方面,望遠鏡的自重過大會使鏡頭變形相當明顯,另一方面,鏡體溫度不均也令鏡面產生畸變,進而影響成像質量。從制造方面看,傳統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和應用,使望遠鏡的設計思想有了一個飛躍。
      從八十年代開始,國際上掀起了制造新一代大型望遠鏡的熱潮。其中,歐洲南方天文臺的VLT,美、英、加合作的GEMINI,日本的SUBARU的主鏡采用了薄鏡面;美國的KeckI、KeckII和HET望遠鏡的主鏡采用了拼接技術。
      優秀的傳統望遠鏡卡塞格林焦點在最好的工作狀態下,可以將80%的幾何光能集中在0.6″范圍內,而采用新技術制造的新一代大型望遠鏡可保持80%的光能集中在0.2″~0.4″,甚至更好。
      下面對幾個有代表性的大型望遠鏡分別作一些介紹:
      凱克望遠鏡
      凱克望遠鏡(KeckI,KeckII)KeckI和KeckII分別在1991年和1996年建成,這是當前世界上已投入工作的最大口徑的光學望遠鏡,因其經費主要由企業家凱克(KeckWM)捐贈(KeckI為9400萬美元,KeckII為7460萬美元)而命名。這兩臺完全相同的望遠鏡都放置在夏威夷的莫納克亞,將它們放在一起是為了做干涉觀測。
      它們的口徑都是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,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。
      "像Keck這樣的大望遠鏡,可以讓我們沿著時間的長河,探尋宇宙的起源,Keck更是可以讓我們看到宇宙最初誕生的時刻"。
      歐洲甚大
      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(VLT)。這4臺8米望遠鏡排列在一條直線上,它們均為RC光學系統,焦比是F/2,采用地平裝置,主鏡采用主動光學系統支撐,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。
      雙子
      雙子望遠鏡(GEMINI)是以美國為主的一項國際設備(其中,美國占50%,英國占25%,加拿大占15%,智利占5%,阿根廷占2.5%,巴西占2.5%),由美國大學天文聯盟(AURA)負責實施。它由兩個8米望遠鏡組成,一個放在北半球,一個放在南半球,以進行全天系統觀測。其主鏡采用主動光學控制,副鏡作傾斜鏡快速改正,還將通過自適應光學系統使紅外區接近衍射極限。
      該工程于1993年9月開始啟動,第一臺在1998年7月在夏威夷開光,第二臺于2000年9月在智利賽拉帕瓊臺址開光,整個系統預計在2001年驗收后正式投入使用。
      昴星團
      這是一臺8米口徑的光學/紅外望遠鏡(SUBARU)。它有三個特點:一是鏡面薄,通過主動光學和自適應光學獲得較高的成象質量;二是可實現0.1″的高精度跟蹤;三是采用圓柱形觀測室,自動控制通風和空氣過濾器,使熱湍流的排除達到最佳條件。此望遠鏡采用Serrurier桁架,可使主鏡框與副鏡框在移動中保持平行。由日本天文社團所屬,位于美國夏威夷。
      大天區多目標光纖光譜望遠鏡LAMOST(郭守敬) 這是中國已建成的一架有效通光口徑為4米、焦距為20米、視場達20平方度的中星儀式的反射施密特望遠鏡。它的技術特色是:
      1.把主動光學技術應用在反射施密特系統,在跟蹤天體運動中作實時球差改正,實現大口徑和大視場兼備的功能。
      2.球面主鏡和反射鏡均采用拼接技術。
      3.多目標光纖(可達4000根,一般望遠鏡只有600根)的光譜技術將是一個重要突破。
      LAMOST把普測的星系極限星等推到20.5m,比SDSS計劃高2等左右,實現107個星系的光譜普測,把觀測目標的數量提高1個量級。
      射電
      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光學波段之外進行觀測的第一個窗口。
      第二次世界大戰結束后,射電天文學脫穎而出,射電望遠鏡為射電天文學的發展起了關鍵的作用,比如:六十年代天文學的四大發現,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。射電望遠鏡的每一次長足的進步都會毫無例外地為射電天文學的發展樹立一個里程碑。
      英國曼徹斯特大學于1946年建造了直徑為66.5米的固定式拋物面射電望遠鏡,1955年又建成了當時世界上最大的可轉動拋物面射電望遠鏡;六十年代,美國在波多黎各阿雷西博鎮建造了直徑達305米的拋物面射電望遠鏡,它是順著山坡固定在地表面上的,不能轉動,這是世界上最大的單孔徑射電望遠鏡。
      1962年,Ryle發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干涉條紋。
      七十年代,聯邦德國在玻恩附近建造了100米直徑的全向轉動拋物面射電望遠鏡,這是世界上最大的可轉動單天線射電望遠鏡。
      八十年代以來,歐洲的VLBI網(EVN),美國的VLBA陣,日本的空間VLBI(VSOP)相繼投入使用,這是新一代射電望遠鏡的代表,它們在靈敏度、分辨率和觀測波段上都大大超過了以往的望遠鏡。
      中國科學院上海天文臺和烏魯木齊天文站的兩架25米射電望遠鏡作為正式成員參加了美國的地球自轉連續觀測計劃(CORE)和歐洲的甚長基線干涉網(EVN),這兩個計劃分別用于地球自轉和高精度天體測量研究(CORE)和天體物理研究(EVN)。這種由各國射電望遠鏡聯合進行長基線干涉觀測的方式,起到了任何一個國家單獨使用大望遠鏡都不能達到的效果。
      另外,美國國立四大天文臺(NARO)研制的100米單天線望遠鏡(GBT),采最大紅外天文望遠鏡
      最大紅外天文望遠鏡
      用無遮擋(偏饋),主動光學等設計,該天線目前正在安裝中,2000年有可能投入使用。
      國際上將聯合發展接收面積為1平方公里的低頻射電望遠鏡陣(SKA),該計劃將使低頻射電觀測的靈敏度約有兩個量級的提高,有關各國正在進行各種預研究。
      在增加射電觀測波段覆蓋方面,美國史密松天體物理天文臺和中國臺灣天文與天體物理研究院正在夏威夷建造國際上第一個亞毫米波干涉陣(SMA),它由8個6米的天線組成,工作頻率從190GHz到85z,部分設備已經安裝。美國的毫米波陣(MMA)和歐洲的大南天陣(LAS)將合并成為一個新的毫米波陣計劃――ALMA。這個計劃將有64個12米天線組成,最長基線達到10公里以上,工作頻率從70到950GHz,放在智利的Atacama附近,如果合并順利,將在2001年開始建造,日本方面也在考慮參加該計劃的可能性。
      在提高射電觀測的角分辨率方面,新一代的大型設備大多數考慮干涉陣的方案;為了進一步提高空間VLBI觀測的角分辨率和靈敏度,第二代空間VLBI計劃――ARISE(25米口徑)已經提出。
      相信這些設備的建成并投入使用將會使射電天文成為天文學的重要研究手段,并會為天文學發展帶來難以預料的機會。
      貴州大型
      世界最大口徑球面射電望遠鏡建設工程在貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣實現圈梁順利合龍。該望遠鏡口徑為500米、占地約30個足球場大小。項目2008年12月26日奠基,預計2016年9月建成。 [1]  據報道,新型射電天文望遠鏡,建成后將將雄冠世界第一。按照科學要求,超級天文望遠鏡將產生電磁波,對人體健康有影響。居民應當移居到5公里之外。目前,當地政府已經著手搬遷事宜,提出對搬遷居民經濟補償和住房幫助。報道透露,貴州省水庫和生態移民局按照每人1.2萬元標準進行補助;貴州省民宗委按照每戶1萬元標準對少數民族住房困難戶進行補助。 [2] 
      該望遠鏡建成后將成為世界上最大口徑的射電望遠鏡,遠超于德國波恩100米望遠鏡和美國的Arecibo 300米望遠鏡,將在未來20~30年保持世界一流設備的地位。

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