天文學(xué)基礎(chǔ)08-望遠(yuǎn)鏡

天文學(xué)基礎(chǔ)

（公共選修課教程）上海工程技術(shù)大學(xué)

施韡§8望遠(yuǎn)鏡了解光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的分類和結(jié)構(gòu)，知道衡量望遠(yuǎn)鏡優(yōu)劣的技術(shù)指標(biāo)。重點(diǎn)：望遠(yuǎn)鏡的分類和結(jié)構(gòu)；難點(diǎn)：望遠(yuǎn)鏡的技術(shù)指標(biāo)及基本的計(jì)算方法。一、電磁波譜天文學(xué)家研究恒星最主要的信息源是來自恒星的電磁波輻射。電磁波是原子中的低能核作變速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的?！?.1電磁波譜和大氣窗口λν=c（波長(zhǎng)×頻率=傳播速度）電磁波譜分段波長(zhǎng)名稱分段>10km超長(zhǎng)波無線電波段1km～10km長(zhǎng)波100m～1km中波10m～100m短波1mm～10m微波0.76μm

～1mm紅外光光學(xué)波段0.4μm

～0.76μm可見光10nm

～0.4μm紫外光0.1nm

～10nm軟X射線X射線波段0.001nm～0.1nm硬X射線<0.001nmγ射線γ射線波段地球大氣層屏蔽了絕大部分來自天體的輻射，包括紫外光、X射線、γ射線等，僅留下兩處透明的“窗口”：光學(xué)窗口和射電窗口。二、大氣窗口一、光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的類型※天文光學(xué)觀測(cè)儀器系統(tǒng)主要包括望遠(yuǎn)鏡、輻射分析器、探測(cè)器和記錄器。輻射分析器：攝譜儀、視頻儀、干涉儀、濾光片探測(cè)器：照相底片、光電倍增管、CCD§8.2天文光學(xué)望遠(yuǎn)鏡1、折射望遠(yuǎn)鏡1609年伽利略自制世界首臺(tái)望遠(yuǎn)鏡折射望遠(yuǎn)鏡優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：使用方便，適合導(dǎo)星。視場(chǎng)較寬，適合觀測(cè)日、月、彗星等延伸天體。焦比較長(zhǎng)，適合觀測(cè)近地天體。缺點(diǎn)：有色差?？趶接邢拗啤２Ａ?duì)近紅外光吸收較多。2、反射望遠(yuǎn)鏡16寸牛頓式反射望遠(yuǎn)鏡反射望遠(yuǎn)鏡優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：口徑可以做大，重量和尺寸都能減小。消除色差。適合觀測(cè)深空天體。缺點(diǎn)：導(dǎo)星不方便。反射鏡會(huì)氧化。有象差。a主焦點(diǎn)式b牛頓式c卡塞格林式或R-C式d折軸式3、折反射望遠(yuǎn)鏡310mm口徑折反射望遠(yuǎn)鏡折反射望遠(yuǎn)鏡優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：消除色差、象差。其他同反射望遠(yuǎn)鏡。缺點(diǎn)：價(jià)格較高二、光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的主要技術(shù)指標(biāo)衡量天文望遠(yuǎn)鏡光學(xué)性能的好壞主要有六個(gè)參量：（1）通光有效口徑 （2）光力，即相對(duì)口徑（3）視場(chǎng) （4）分辨本領(lǐng)（分辨）率（5）放大率 （6）極限星等（貫穿本領(lǐng)）1、口徑（D）望遠(yuǎn)鏡的口徑指望遠(yuǎn)鏡的有效通光直徑。口徑越大收集的光量越大，聚光本領(lǐng)越強(qiáng)，就能觀測(cè)到更暗的天體。物鏡收集星光的能力與其面積（πD2/4）成正比，而通光口徑與恒星的亮度成反比。星等數(shù)m與亮度E的關(guān)系：m=-2.5lgEm1-m2=-2.5lg(E1/E2)m1-m2=-2.5lg(D2/D1)2目前地面最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡凱克的口徑是10米，可以看到22等星。2、光力（A）望遠(yuǎn)鏡的光力也較相對(duì)口徑，即口徑D和焦距F之比。光力的倒數(shù)叫焦比，常寫為F/(焦比)。望遠(yuǎn)鏡的光力越大，觀測(cè)有視面天體就越有利，因?yàn)樘祗w的亮度與光力A2成正比。例如：天文社的折射望遠(yuǎn)鏡是60900型，即60mm直徑900mm焦距，反射望遠(yuǎn)鏡是150750，即150mm口徑，750mm焦距，分別計(jì)算兩者的光力。A1=60/900=0.06667 1/A1=15照相機(jī)鏡頭的光圈數(shù)就是焦比。A2=150/750=0.2 1/A2=53、視場(chǎng)（ω）望遠(yuǎn)鏡的成像良好區(qū)域所對(duì)應(yīng)的天空角直徑的范圍叫作望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)，用角度（°）表示視場(chǎng)的理論值初步計(jì)算公式：tan(ω/2)=D/F更嚴(yán)格地，根據(jù)目鏡的工作視場(chǎng)角半徑ω′和放大率G計(jì)算：tan(ω/2)=tan(ω′/2)/G考察天赤道附近的一顆赤緯為δ的恒星從視場(chǎng)中心到邊緣經(jīng)過的時(shí)間可計(jì)算望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)：ω′=tδ

（其中時(shí)間t以秒為單位，視場(chǎng)角直徑以角分為單位）4、分辨本領(lǐng)（分辨率）（R）望遠(yuǎn)鏡的分辨本領(lǐng)是指望遠(yuǎn)鏡能分辨天體細(xì)節(jié)的能力。分辨角越小，分辨本領(lǐng)越高。恒星是“點(diǎn)光源”，日月、行星、星云等叫“有視面天體”或“延展天體”。最小分辨角是指望遠(yuǎn)鏡剛好可分辨的兩個(gè)點(diǎn)光源的角距或延展天體視面細(xì)節(jié)的焦距。θ=1.22λ/D目視觀測(cè)最敏感波長(zhǎng)為0.555微米，當(dāng)D以毫米為單位時(shí)，目視觀測(cè)分辨角的角秒值為：θ"v=140"/D黑白照相機(jī)觀測(cè)時(shí)最敏感的波長(zhǎng)一般為0.44微米，所以照相觀測(cè)的分辨角的角秒值為：θ"c=110"/D5、放大率（G）和底片比例尺(α)望遠(yuǎn)鏡的放大率實(shí)際上是視角的放大率。F為物鏡的焦距，f為目鏡的焦距。G=F/f放大率不是望遠(yuǎn)鏡最重要的指標(biāo)。一般目視望遠(yuǎn)鏡的放大率為30倍到300倍為宜。Gmin=D/d（眼） Gmax=4×60/θ"底片比例尺α=206265/F，單位（"/mm）6、極限星等（貫穿本領(lǐng)）極限星等是望遠(yuǎn)鏡可以觀測(cè)到最暗的天體的能力。這是個(gè)粗略估算的公式，其中D是以毫米為單位的有效口徑。mv=2.1+5lgD三、當(dāng)代光學(xué)望遠(yuǎn)鏡最大的光學(xué)單體望遠(yuǎn)鏡——?jiǎng)P克I、凱克II（10m）最大的有效口徑望遠(yuǎn)鏡（組）——LBT（11.8m）中國(guó)最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡——北京天文臺(tái)2.16m上海天文臺(tái)1.56m世界最大的折射望遠(yuǎn)鏡——克拉克2.01m哈勃太空望遠(yuǎn)鏡2.4m反射式上海天文臺(tái)佘山觀測(cè)站