望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展史

1、1608年，荷蘭的一位眼鏡商偶然發(fā)現(xiàn)用兩塊鏡片可以看清遠(yuǎn)處的景物，受 此啟發(fā)，他制造了人類歷史上的第一架望遠(yuǎn)鏡。經(jīng)過(guò)近400年的的發(fā)展，望遠(yuǎn)鏡的功能越來(lái)越強(qiáng)大，觀測(cè)的距離也越來(lái)越遠(yuǎn)。為慶?！?2009國(guó)際天文年”，英國(guó)新科學(xué)家評(píng)選出了人類歷史上 最著名的望遠(yuǎn)鏡。以下是這14架最著名的望遠(yuǎn)鏡：1、伽利略折射望遠(yuǎn)鏡伽利略是第一個(gè)認(rèn)識(shí)到望遠(yuǎn)鏡將可能用于天文研究的人。雖然伽利略 沒有發(fā)明望遠(yuǎn)鏡，但他改進(jìn)了前人的設(shè)計(jì)方案，并逐步增強(qiáng)其放大功能。 圖中的情景發(fā)生于 1609年8月，伽利略正在向當(dāng)時(shí)的威尼斯統(tǒng)治者演示他 的望遠(yuǎn)鏡。伽利略制作了一架口徑4.2厘米，長(zhǎng)約1.2米的望遠(yuǎn)鏡。他是用平凸透鏡作為物鏡，

2、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(shí)代。折射望遠(yuǎn)鏡的優(yōu)點(diǎn)是焦距長(zhǎng)，底片比例尺大，對(duì)鏡 筒彎曲不敏感，最適合于做天體測(cè)量方面的工作。但是它總是有殘余的色 差，同時(shí)對(duì)紫外、紅外波段的輻射吸收很厲害2、牛頓反射式望遠(yuǎn)鏡牛頓反射式望遠(yuǎn)鏡的原理并不是采用玻璃透鏡使光線折射或彎曲，而 是使用一個(gè)彎曲的鏡面將光線反射到一個(gè)焦點(diǎn)之上。這種方法比使用透鏡 將物體放大的倍數(shù)要高數(shù)倍。牛頓經(jīng)過(guò)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(diǎn)前面放置了

3、一個(gè)與主鏡成45o角的反射鏡，使經(jīng)主鏡反射后的會(huì)聚光經(jīng)反射鏡以90o角反射出鏡筒后到達(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(huì)產(chǎn)生一定的象差，但用反射 鏡代替折射鏡卻是一個(gè)巨大的成功。反射望遠(yuǎn)鏡的主要優(yōu)點(diǎn)是不存在色差， 當(dāng)物鏡采用拋物面時(shí)，還可消去球差。圖中顯哈勃太空望遠(yuǎn)鏡示的是牛頓首個(gè)反射式望遠(yuǎn)鏡的復(fù)制品。3、赫歇爾望遠(yuǎn)鏡18世紀(jì)晚期，德國(guó)音樂師和天文學(xué)家威廉 -赫歇爾開始制造大型反射式 望遠(yuǎn)鏡。圖中顯示的是赫歇爾所制造的最大望遠(yuǎn)鏡，鏡面口徑為1.2米該望遠(yuǎn)鏡非常笨重，需要四個(gè)人來(lái)操作。赫歇爾是制作反射式望遠(yuǎn)鏡的大 師，他早年為音樂師，因?yàn)閻酆锰煳?，?773年開始磨制望遠(yuǎn)鏡，一

4、生中制作的望遠(yuǎn)鏡達(dá)數(shù)百架。赫歇爾制作的望遠(yuǎn)鏡是把物鏡斜放在鏡筒中，它 使平行光經(jīng)反射后匯聚于鏡筒的一側(cè)。在反射式望遠(yuǎn)鏡發(fā)明后，反射材料 一直是其發(fā)展的障礙：鑄鏡用的青銅易于腐蝕，不得不定期拋光，需要耗 費(fèi)大量財(cái)力和時(shí)間，而耐腐蝕性好的金屬，比青銅密度高且十分昂貴。4、耶基斯折射望遠(yuǎn)鏡耶基斯折射望遠(yuǎn)鏡坐落于美國(guó)威斯康星州的耶基斯天文臺(tái)，主透鏡建 成于1895年，是當(dāng)時(shí)世界上最大望遠(yuǎn)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(gè)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

5、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厘米的里克望遠(yuǎn)鏡。 但折射望遠(yuǎn)鏡后來(lái)在發(fā)展上受到限制，主要是因?yàn)閺募夹g(shù)上無(wú)法鑄造出大塊完 美無(wú)缺的玻璃做透鏡，并且由于重力使大尺寸透鏡的變形會(huì)非常明顯，因 而喪失明銳的焦點(diǎn)。5、威爾遜山60英寸望遠(yuǎn)鏡這幅圖片拍攝于1946年，夜間操作員吉因-漢考克正在手動(dòng)操控望遠(yuǎn) 鏡。1908年，美國(guó)天文學(xué)家喬治-埃勒里-海耳主持建成了口徑 60英寸的反 射望遠(yuǎn)鏡，安裝于威爾遜山。這是當(dāng)時(shí)世界上最大的望遠(yuǎn)鏡，光譜分析、 視差測(cè)量、星云觀測(cè)和測(cè)光等天文學(xué)領(lǐng)域成為世界領(lǐng)先的設(shè)備。雖然數(shù)年 后胡克望遠(yuǎn)鏡的口徑超過(guò)了它，但在此后的數(shù)年中它依然是

6、世界上最大的 望遠(yuǎn)鏡之一。1992年海耳望遠(yuǎn)鏡上安裝了一臺(tái)早期的自適應(yīng)光學(xué)設(shè)施，使 它的分辨本領(lǐng)從 0.5-1.0角秒提高到0.07角秒。6、胡克100英寸望遠(yuǎn)鏡在富商約翰-胡克的贊助下，口徑為100英寸的反射望遠(yuǎn)鏡于1917年在威爾遜山天文臺(tái)建成。在此后的30年間，它一直是世界上最大的望遠(yuǎn)鏡。為了提供平穩(wěn)的運(yùn)行，這架望遠(yuǎn)鏡的液壓系統(tǒng)中使用液態(tài)的水銀。1919年阿爾伯特-邁克爾遜為這架望遠(yuǎn)鏡裝了一個(gè)特殊裝置：一架干涉儀，這是光 學(xué)干涉裝置首次在天文學(xué)上得到應(yīng)用。邁克爾遜可以用這臺(tái)儀器精確地測(cè) 量恒星的大小和距離。亨利-諾里斯-羅素使用胡克望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)制定了他對(duì)恒星的分類。埃德溫-哈勃使用這架1

7、00英寸望遠(yuǎn)鏡完成了他的關(guān)鍵的計(jì) 算。他確定許多所謂的“星云”實(shí)際上是銀河系外的星系。在米爾頓-赫馬森的幫助下他認(rèn)識(shí)到星系的紅移說(shuō)明宇宙在膨脹。7、海耳200英寸望遠(yuǎn)鏡海耳對(duì)胡克100英寸望遠(yuǎn)鏡并不十分滿意。1928年，他決定在帕洛馬山天文臺(tái)再架設(shè)了一臺(tái)口徑為200英寸的巨型反射望遠(yuǎn)鏡。 新望遠(yuǎn)鏡于1948年完工并投入使用。海耳1890年畢業(yè)于美國(guó)麻省理工學(xué)院。1892年任芝加哥大學(xué)天體物理學(xué)副教授，開始組織葉凱士天文臺(tái)，任臺(tái)長(zhǎng)。1904年籌建威爾遜山太陽(yáng)觀象臺(tái)，即后來(lái)的威爾遜山天文臺(tái)。他任首任臺(tái)長(zhǎng)，直到1923年因病退休。1895年，海耳創(chuàng)辦天體物理學(xué)雜志。1899年當(dāng)選為新成 立的美國(guó)天文

8、學(xué)與天體物理學(xué)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)。海耳一生最主要的貢獻(xiàn)體現(xiàn)在兩 個(gè)方面：對(duì)太陽(yáng)的觀測(cè)研究和制造巨型望遠(yuǎn)鏡。8、喇叭天線喇叭天線位于美國(guó)新澤西州的貝爾電話實(shí)驗(yàn)研究所，曾用來(lái)探測(cè)和發(fā) 現(xiàn)宇宙微波背景輻射。喇叭天線建造于1959年。當(dāng)喇叭長(zhǎng)度一定時(shí)，若使喇叭張角逐漸增大，則口面尺寸與二次方相位差也同時(shí)加大，但增益并不 和口面尺寸同步增加，而有一個(gè)其增益為最大值的口面尺寸，具有這樣尺 寸的喇叭就叫作最佳喇叭。喇叭天線的輻射場(chǎng)可利用惠更斯原理由口面場(chǎng) 來(lái)計(jì)算。口面場(chǎng)則由喇叭的口面尺寸與傳播波型所決定。可用幾何繞射理 論計(jì)算喇叭壁對(duì)輻射的影響，從而使計(jì)算方向圖與實(shí)測(cè)值在直到遠(yuǎn)旁瓣處 都能較好地吻合。9、甚大陣射電望

9、遠(yuǎn)鏡甚大陣射電望遠(yuǎn)鏡座落于美國(guó)新墨西哥州索科洛，于1980年建成并投入使用。甚大陣由 27面直徑25米的拋物面天線組成，呈丫型排列。天文學(xué)家可以利用甚大陣來(lái)研究黑洞、星云等宇宙各種現(xiàn)象。甚大望遠(yuǎn)鏡是一組光學(xué)望遠(yuǎn)鏡陣列。它包括了4個(gè)8.2米的望遠(yuǎn)鏡，陣列中每個(gè)都是一個(gè)大型望遠(yuǎn)鏡，而且每一個(gè)都能獨(dú)立工作，并具有捕獲比人類肉眼觀測(cè)到的 光線弱40億倍的光線，這比南非大望遠(yuǎn)鏡能捕獲的最弱光線還弱四倍。甚 大陣望遠(yuǎn)鏡能夠把最多3個(gè)望遠(yuǎn)鏡集中在一起形成獨(dú)立單元，通過(guò)地下的鏡片將光線組合成一個(gè)統(tǒng)一的光束，這使得望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)能夠觀測(cè)到比單個(gè) 望遠(yuǎn)鏡分辨率高 25倍的圖像。10、哈勃太空望遠(yuǎn)鏡哈勃太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)射于

10、1990年4月。它位于地球大氣層之上，因此它取得了其他所有地基望遠(yuǎn)鏡從來(lái)沒有取得的革命性突破。天文學(xué)家們利用 它來(lái)測(cè)量宇宙的膨脹比率以及發(fā)生產(chǎn)生這種膨脹的暗能量和神秘力量。哈 勃太空望遠(yuǎn)鏡已到“晚年”。它在太空的十幾年中，經(jīng)歷過(guò)數(shù)次大修。盡 管每次大修以后，“哈勃”都面貌一新，特別是 2001年科學(xué)家利用哥倫比 亞航天飛機(jī)對(duì)它進(jìn)行的第四次大修，為它安裝測(cè)繪照相機(jī)，更換太陽(yáng)能電 池板，更換已工作 11年的電力控制裝置，并激活處于“休眠”狀態(tài)的近紅 外照相機(jī)和多目標(biāo) 分光計(jì)，然而，大修仍掩蓋不住它的老態(tài)，因?yàn)椤肮?從上太空起就處于“帶病堅(jiān)持工作”狀態(tài)。11、凱克系列望遠(yuǎn)鏡凱克望遠(yuǎn)鏡位于夏威夷莫

11、納克亞山，口徑為10米。由于當(dāng)今技術(shù)不可能實(shí)現(xiàn)單片望遠(yuǎn)鏡鏡面口徑超過(guò)8.4米，因此凱克望遠(yuǎn)鏡的鏡面由36塊六邊形分片組合而成。凱內(nèi)望遠(yuǎn)鏡巨大的鏡面使它使用起來(lái)非同一般，不只是因?yàn)樗拇蟪叽纾€因?yàn)樗怯?6個(gè)直徑為1.8米的六邊形小鏡片組成的。凱克望遠(yuǎn)鏡開創(chuàng)了基于地面的望遠(yuǎn)鏡的新時(shí)代。它的規(guī)模是美國(guó)加利 富尼亞州帕落馬山上的海耳望遠(yuǎn)鏡的兩倍，后者在前幾十年內(nèi)是世界上最 大的望遠(yuǎn)鏡。有人曾認(rèn)為制造如此之大的望遠(yuǎn)鏡是不可能的，但新科學(xué)技 術(shù)把不可能變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。12、斯隆2.5米望遠(yuǎn)鏡“斯隆數(shù)字天空勘測(cè)計(jì)劃 ”的2.5米望遠(yuǎn)鏡位于美國(guó)新墨西哥州阿柏 角天文臺(tái)。該望遠(yuǎn)鏡擁有一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的數(shù)字相機(jī)，望遠(yuǎn)

12、鏡內(nèi)部是30個(gè)電荷耦合器件(CCD)探測(cè)器。斯隆望遠(yuǎn)鏡使用口徑為2.5米的寬視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡，測(cè)光系統(tǒng) 配以分別位于u、g、r、i、z波段的五個(gè)濾鏡對(duì)天體進(jìn)行拍攝。 這些照片經(jīng)過(guò)處理之后生成天體的列表，包含被觀測(cè)天體的各種參數(shù)，比 如它們是點(diǎn)狀的還是延展的，如果是后者，則該天體有可能是一個(gè)星系， 以及它們?cè)贑CD上的亮度，這與其在不同波段的星等有關(guān)。另外，天文學(xué) 家們還選出一些目標(biāo)來(lái)進(jìn)行光譜觀測(cè)。13、威爾金森宇宙微波各向異性探測(cè)衛(wèi)星美國(guó)宇航局于2001年7月發(fā)射了威爾金森宇宙微波各向異性探測(cè)衛(wèi)星 (WMAP)用來(lái)研究宇宙微波背景以及宇宙大爆炸 遺留物的輻射問(wèn)題。 WMAP繪制了首張清晰的宇宙微波背

13、景圖，從而可以精確地測(cè)定宇宙的年齡為137億年。WMAP勺目標(biāo)是找出宇宙微波背景輻射的溫度之間的微小差異，以幫 助測(cè)試有關(guān)宇宙產(chǎn)生的各種理論。它是COBE勺繼承者，是中級(jí)探索者衛(wèi)星系列之一。WMA以宇宙背景輻射的先軀研究者大衛(wèi)-威爾金森命名。14、雨燕觀測(cè)衛(wèi)星“雨燕” (Swift)觀測(cè)衛(wèi)星發(fā)射于 2004年，主要是用來(lái)研究伽瑪暴現(xiàn) 象。“雨燕”可在短短的一分鐘內(nèi)自動(dòng)觀測(cè)到伽瑪暴現(xiàn)象。到目前為止， 它已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)百次伽瑪暴現(xiàn)象。“雨燕”衛(wèi)星實(shí)際上是一顆專門用于確 定伽馬射線暴起源、探索早期宇宙的國(guó)際多波段天文臺(tái)。它主要由三部分 組成，分別從伽馬射線、X射線、紫外線和光波四個(gè)方面研究伽馬射線暴和

14、它的耀斑。在多年的運(yùn)行中，“雨燕”衛(wèi)星先后共10次捕捉到以極快角速度運(yùn)行的伽馬射線暴，其中，最短的伽馬射線暴只持續(xù)了50毫秒。目前，“雨燕”衛(wèi)星可以檢測(cè)到120億光年以外單獨(dú)的恒星參數(shù)。反射望遠(yuǎn)鏡的機(jī)械結(jié)構(gòu)-正文對(duì)大望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)的要求是：支承巨大而精密的光學(xué)主鏡， 對(duì)任何指向，鏡面變形 應(yīng)在入/8甚至入/20以內(nèi)；保持光學(xué)元件間的正確位置； 有足夠的剛度；望遠(yuǎn)鏡整體 平穩(wěn)并能準(zhǔn)確“跟星”；便于在各個(gè)焦點(diǎn)上操作相應(yīng)的接收器；制造成本低等。主鏡支承設(shè)計(jì)的原則是把定位和承重分離，徑向和軸向分離。軸向定位的三點(diǎn)，只承受鏡子重量的3%左右，其余重量可用各種方式托起。早期的大望遠(yuǎn)鏡多用機(jī)械杠桿在背 面將鏡子

15、托起，點(diǎn)的多少取決于主鏡的直徑和厚度。近代大望遠(yuǎn)鏡多采用氣墊，這是一些壓 力隨天頂距而變化的氣枕。徑向支承的結(jié)構(gòu)要考慮鏡室與主鏡的膨脹系數(shù)不同所造成的影 響，即必須的溫差補(bǔ)償措施。鏡筒桁架 口徑 2米以上的大望遠(yuǎn)鏡 , 其鏡筒絕大多數(shù)為平移桁架結(jié)構(gòu)。因?yàn)楸”诮Y(jié) 構(gòu)的鏡筒在傾斜時(shí)， 巨大的鏡室重量會(huì)使鏡筒彎曲， 導(dǎo)致主副鏡光軸失調(diào)。 平移桁架結(jié)構(gòu)是 在 1938 年提出的 , 首先用于美國(guó)口徑 5 米望遠(yuǎn)鏡上獲得成功。 這種結(jié)構(gòu)可使鏡筒兩端有相等 的平行下沉，使光軸仍保持正確狀態(tài)。油墊軸承 為使大望遠(yuǎn)鏡平穩(wěn)而準(zhǔn)確地跟蹤天體， 其轉(zhuǎn)動(dòng)軸的摩擦系數(shù)必須很小。 在 望遠(yuǎn)鏡的巨大重量下，普通的滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)不可能保持油膜。滾動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)也過(guò)大。 所以望遠(yuǎn)鏡多采用油墊軸承。它是在軸和軸承之間，注入高壓油形成一層厚度約