望遠鏡的發(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處的景物，受此啟發(fā)，他制造了人類歷史上的第一架望遠鏡。經(jīng)過近400年的的發(fā)展，望遠鏡的功能越來越強大，觀測的距離也越來越遠。 為慶祝“2009國際天文年”，英國新科學(xué)家評選出了人類歷史上最著名的望遠鏡。以下是這14架最著名的望遠鏡： 1、伽利略折射望遠鏡伽利略是第一個認識到望遠鏡將可能用于天文研究的人。雖然伽利略沒有發(fā)明望遠鏡，但他改進了前人的設(shè)計方案，并逐步增強其放大功能。圖中的情景發(fā)生于1609年8月，伽利略正在向當(dāng)時的威尼斯統(tǒng)治者演示他的望遠鏡。伽利略制作了一架口徑4.2厘米，長約1.2米的望遠鏡。他是用平凸透鏡作為物鏡，凹透鏡作為

2、目鏡，這種光學(xué)系統(tǒng)稱為伽利略式望遠鏡。伽利略用這架望遠鏡指向天空，得到了一系列的重要發(fā)現(xiàn)，天文學(xué)從此進入了望遠鏡時代。折射望遠鏡的優(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 2、牛頓反射式望遠鏡牛頓反射式望遠鏡的原理并不是采用玻璃透鏡使光線折射或彎曲，而是使用一個彎曲的鏡面將光線反射到一個焦點之上。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

3、反射鏡，使經(jīng)主鏡反射后的會聚光經(jīng)反射鏡以90o角反射出鏡筒后到達目鏡。這種系統(tǒng)稱為牛頓式反射望遠鏡。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。反射望遠鏡的主要優(yōu)點是不存在色差，當(dāng)物鏡采用拋物面時，還可消去球差。圖中顯 哈勃太空望遠鏡示的是牛頓首個反射式望遠鏡的復(fù)制品。 3、赫歇爾望遠鏡18世紀晚期，德國音樂師和天文學(xué)家威廉-赫歇爾開始制造大型反射式望遠鏡。圖中顯示的是赫歇爾所制造的最大望遠鏡，鏡面口徑為1.2米。該望遠鏡非常笨重，需要四個人來操作。赫歇爾是制作反射式望遠鏡的大師，他早年為音樂師，因為愛好天文，從1773年開始磨制望遠鏡，一生中制作的望遠鏡達數(shù)百架。

4、赫歇爾制作的望遠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，需要耗費大量財力和時間，而耐腐蝕性好的金屬，比青銅密度高且十分昂貴。 4、耶基斯折射望遠鏡耶基斯折射望遠鏡坐落于美國威斯康星州的耶基斯天文臺，主透鏡建成于1895年，是當(dāng)時世界上最大望遠鏡。十九世紀末，隨著制造技術(shù)的提高，制造較大口徑的折射望遠鏡成為可能，隨之就出現(xiàn)了一個制造大口徑折射望遠鏡的高潮。世界上現(xiàn)有的8架70厘米以上的折射望遠鏡有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

5、凱士望遠鏡和1886年建成的口徑91厘米的里克望遠鏡。但折射望遠鏡后來在發(fā)展上受到限制，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。 5、威爾遜山60英寸望遠鏡這幅圖片拍攝于1946年，夜間操作員吉因-漢考克正在手動操控望遠鏡。1908年，美國天文學(xué)家喬治-埃勒里-海耳主持建成了口徑60英寸的反射望遠鏡，安裝于威爾遜山。這是當(dāng)時世界上最大的望遠鏡，光譜分析、視差測量、星云觀測和測光等天文學(xué)領(lǐng)域成為世界領(lǐng)先的設(shè)備。雖然數(shù)年后胡克望遠鏡的口徑超過了它，但在此后的數(shù)年中它依然是世界上最大的望遠鏡之一。1992年海耳望遠鏡上安裝了

6、一臺早期的自適應(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英寸望遠鏡在富商約翰-胡克的贊助下，口徑為100英寸的反射望遠鏡于1917年在威爾遜山天文臺建成。在此后的30年間，它一直是世界上最大的望遠鏡。為了提供平穩(wěn)的運行，這架望遠鏡的液壓系統(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鏡裝了一個特殊裝置：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儀器精確地測量恒星的大小和距離。亨利-諾里斯-羅素使用胡克望遠鏡的數(shù)據(jù)制定了他對恒星的分類。埃德溫-哈勃使用這架100英寸望遠鏡完成了他的關(guān)鍵的計算。他確定許多所謂的“星云”

7、實際上是銀河系外的星系。在米爾頓-赫馬森的幫助下他認識到星系的紅移說明宇宙在膨脹。 7、海耳200英寸望遠鏡海耳對胡克100英寸望遠鏡并不十分滿意。1928年，他決定在帕洛馬山天文臺再架設(shè)了一臺口徑為200英寸的巨型反射望遠鏡。新望遠鏡于1948年完工并投入使用。海耳1890年畢業(yè)于美國麻省理工學(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，任臺長。1904年籌建威爾遜山太陽觀象臺，即后來的威爾遜山天文臺。他任首任臺長，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)選為新成立的美國天文學(xué)與天體物理學(xué)會副會長。海耳一生最主要的貢獻體現(xiàn)在兩個方面：對太

8、陽的觀測研究和制造巨型望遠鏡。 8、喇叭天線喇叭天線位于美國新澤西州的貝爾電話實驗研究所，曾用來探測和發(fā)現(xiàn)宇宙微波背景輻射。喇叭天線建造于1959年。當(dāng)喇叭長度一定時，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加大，但增益并不和口面尺寸同步增加，而有一個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。喇叭天線的輻射場可利用惠更斯原理由口面場來計算?？诿鎴鰟t由喇叭的口面尺寸與傳播波型所決定?？捎脦缀卫@射理論計算喇叭壁對輻射的影響，從而使計算方向圖與實測值在直到遠旁瓣處都能較好地吻合。 9、甚大陣射電望遠鏡甚大陣射電望遠鏡座落于美國新墨西哥州索科洛，于1980年建成并投入使用

9、。甚大陣由27面直徑25米的拋物面天線組成，呈Y型排列。天文學(xué)家可以利用甚大陣來研究黑洞、星云等宇宙各種現(xiàn)象。甚大望遠鏡是一組光學(xué)望遠鏡陣列。它包括了4個8.2米的望遠鏡，陣列中每個都是一個大型望遠鏡，而且每一個都能獨立工作，并具有捕獲比人類肉眼觀測到的光線弱40億倍的光線，這比南非大望遠鏡能捕獲的最弱光線還弱四倍。甚大陣望遠鏡能夠把最多3個望遠鏡集中在一起形成獨立單元，通過地下的鏡片將光線組合成一個統(tǒng)一的光束，這使得望遠鏡系統(tǒng)能夠觀測到比單個望遠鏡分辨率高25倍的圖像。 10、哈勃太空望遠鏡哈勃太空望遠鏡發(fā)射于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鏡從來沒有取得的

10、革命性突破。天文學(xué)家們利用它來測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。哈勃太空望遠鏡已到“晚年”。它在太空的十幾年中，經(jīng)歷過數(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對它進行的第四次大修，為它安裝測繪照相機，更換太陽能電池板，更換已工作11年的電力控制裝置，并激活處于“休眠”狀態(tài)的近紅外照相機和多目標(biāo)分光計，然而，大修仍掩蓋不住它的老態(tài)，因為“哈勃”從上太空起就處于“帶病堅持工作” 狀態(tài)。 11、凱克系列望遠鏡凱克望遠鏡位于夏威夷莫納克亞山，口徑為10米。由于當(dāng)今技術(shù)不可能實現(xiàn)單片望遠鏡鏡面口徑超過8.4米，因此凱克望遠鏡的鏡面

11、由36塊六邊形分片組合而成。凱內(nèi)望遠鏡巨大的鏡面使它使用起來非同一般，不只是因為它的大尺寸，還因為它是由36個直徑為1.8米的六邊形小鏡片組成的。凱克望遠鏡開創(chuàng)了基于地面的望遠鏡的新時代。它的規(guī)模是美國加利富尼亞州帕落馬山上的海耳望遠鏡的兩倍，后者在前幾十年內(nèi)是世界上最大的望遠鏡。有人曾認為制造如此之大的望遠鏡是不可能的，但新科學(xué)技術(shù)把不可能變?yōu)榱爽F(xiàn)實。 12、斯隆2.5米望遠鏡“斯隆數(shù)字天空勘測計劃”的2.5米望遠鏡位于美國新墨西哥州阿柏角天文臺。該望遠鏡擁有一個相當(dāng)復(fù)雜的數(shù)字相機，望遠鏡內(nèi)部是30個電荷耦合器件(CCD)探測器。斯隆望遠鏡使用口徑為2.5米的寬視場望遠鏡，測光系統(tǒng)配以分別位

12、于u、g、r、i、z波段的五個濾鏡對天體進行拍攝。這些照片經(jīng)過處理之后生成天體的列表，包含被觀測天體的各種參數(shù)，比如它們是點狀的還是延展的，如果是后者，則該天體有可能是一個星系，以及它們在CCD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)來進行光譜觀測。 13、威爾金森宇宙微波各向異性探測衛(wèi)星美國宇航局于2001年7月發(fā)射了威爾金森宇宙微波各向異性探測衛(wèi)星(WMAP)，用來研究宇宙微波背景以及宇宙大爆炸遺留物的輻射問題。WMAP繪制了首張清晰的宇宙微波背景圖，從而可以精確地測定宇宙的年齡為137億年。WMAP的目標(biāo)是找出宇宙微波背景輻射的溫度之間的微小差異，以幫助測試有

13、關(guān)宇宙產(chǎn)生的各種理論。它是COBE的繼承者，是中級探索者衛(wèi)星系列之一。WMAP以宇宙背景輻射的先軀研究者大衛(wèi)-威爾金森命名。 14、雨燕觀測衛(wèi)星“雨燕”(Swift)觀測衛(wèi)星發(fā)射于2004年，主要是用來研究伽瑪暴現(xiàn)象?！坝暄唷笨稍诙潭痰囊环昼妰?nèi)自動觀測到伽瑪暴現(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?！坝暄唷毙l(wèi)星實際上是一顆專門用于確定伽馬射線暴起源、探索早期宇宙的國際多波段天文臺。它主要由三部分組成，分別從伽馬射線、X射線、紫外線和光波四個方面研究伽馬射線暴和它的耀斑。在多年的運行中，“雨燕”衛(wèi)星先后共10次捕捉到以極快角速度運行的伽馬射線暴，其中，最短的伽馬射線暴只持續(xù)了50毫秒。目

14、前，“雨燕”衛(wèi)星可以檢測到120億光年以外單獨的恒星參數(shù)。反射望遠鏡的機械結(jié)構(gòu) - 正文對大望遠鏡結(jié)構(gòu)的要求是：支承巨大而精密的光學(xué)主鏡，對任何指向,鏡面變形應(yīng)在/8甚至/20以內(nèi)；保持光學(xué)元件間的正確位置；有足夠的剛度；望遠鏡整體平穩(wěn)并能準確“跟星”；便于在各個焦點上操作相應(yīng)的接收器；制造成本低等。 主鏡支承設(shè)計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,只承受鏡子重量的3左右，其余重量可用各種方式托起。早期的大望遠鏡多用機械杠桿在背面將鏡子托起，點的多少取決于主鏡的直徑和厚度。近代大望遠鏡多采用氣墊，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，即必須的溫差補償措施。 鏡筒桁架口徑2米以上的大望遠鏡,其鏡筒絕大多數(shù)為平移桁架結(jié)構(gòu)。因為薄壁結(jié)構(gòu)的鏡筒在傾斜時，巨大的鏡室重量會使鏡筒彎曲，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,首先用于美國口徑5米望遠鏡上獲得成功。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鏡平穩(wěn)而準確地跟蹤天體，其轉(zhuǎn)動軸的摩擦系數(shù)必須很小。在望遠鏡的巨大重量下，普通的滑動軸承結(jié)構(gòu)不可能保持油膜。滾動軸承的摩擦系數(shù)也過大。所以望遠鏡多采用油墊軸承。它是在軸和軸承之間，注入高壓油形成一層厚度約 0.1毫米的油膜，以承受負荷，其動摩擦系數(shù)極小，約為1