哈勃望眼镜的工做原理 图

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哈勃望远镜工作原理?~

世界最强太空望远镜——哈勃望远镜

世界最强太空望远镜——哈勃望远镜

这个偶不知道
偶只知道 哈勃望远镜的工做原理 图
呵呵:)

望远镜是如何发明的
伽利略的望远镜

人们总是对不了解的事物充满了好奇,比如遥远天体的真面目究竟是什么样子的。于是,人们幻想有一种千里眼,能看清遥远的东西,1608年,千里眼终于被发明出来,这就是望远镜。

这一年,在荷兰的一个眼镜作坊里,一名学徒在玩耍,当他用一前一后两块镜片观察物体时,发现远处的物体离自己很近,受此启发他发明了望远镜。他的老板不失时机地将这一发明转化成商品,并把这一发明献给政府。有了这些望远镜的帮助,弱小的荷兰海军打败了强大的西班牙舰队,使荷兰人获得了独立。

荷兰人对这个发明采取了严密的封锁,但是有关望远镜的消息还是让伽利略知道了,他立刻意识到这种东西的价值和作用。经过细心研究,伽利略也独立发明出自己的望远镜。当这架天文望远镜缓缓扫过天空时,现代科学的帷幕缓缓拉开,有关天文学最基本的事实一个个被发现出来。人们说;“哥伦布发现新大陆,伽利略发现新宇宙。”

伽利略的望远镜十分简单,它有两个镜片组成,前面的叫物镜,是一个边缘薄中间厚的透镜。具有放大功能。后面的叫目镜,镜片的中间薄周边厚,具有缩小功能。这样两个镜片配合一个圆筒组合在一起,就是一架最简单的望远镜。伽利略用它发现了木星的周围总是有四颗小星陪伴在左右,这就是木星的四颗卫星,又叫做伽利略卫星;他还发现土星好像长着一对大耳朵,那是土星的光环;他还仔细观察了月球的环形山。由于有了望远镜,人们终于知道,天上的银河原来是由无数的星星组成。这些新发现,成为哥白尼日心说的有力证据。

开普勒的望远镜

使望远镜进一步有所发展的是开普勒,它把望远镜的目镜由凹透镜改换成了凸透镜,这样前后两个镜片都具有放大作用,提高了望远镜的放大倍率。它所呈的像是倒立的,但用在天文观测上基本没有什么影响,这种望远镜叫做开普勒望远镜。

如果凸透镜对着太阳,那么它在地上就会出现一个非常亮的焦点,这个焦点距透镜中心的距离就叫做透镜的焦距,对于开普勒望远镜来说,用物镜的焦距除以目镜的焦距,就得到了它的放大倍率。开普勒望远镜的镜筒一般都很长,这也使它的放大倍率提高了不少。

使开普勒望远镜获得大发展的是威廉·赫歇尔,也就是发现天王星的那一位,他一生磨制了许多大型望远镜的镜片,他的望远镜看起来就像一门巨炮指向天空。这使他的观测手段一直优于别人,也给他带来了许多学术成果。在他的带领下,他的妹妹和儿子也都成为天文学家。

牛顿的望远镜

伽利略和开普勒的望远镜都属于折射望远镜,它们都由两个镜片组成,工作原理并不复杂,但它们的缺点却是明显的,伽利略望远镜的放大倍率太小,而开普勒望远镜的镜筒太长。有没有办法使一种望远镜既有较大的倍率镜筒又不长呢?反射望远镜就有这个优点。

反射望远镜细分起来,又有许多种类,最常见的就是牛顿式反射望远镜。它是由英国物理学家牛顿在1671年发明的。它的物镜是一片凹面镜,而不是凸透镜,它装在望远镜筒的后边,而不是前边。它的表面镀银,可以把光线汇聚到前边,在焦点处固定有一面镜子,这个镜子把物镜的图像掉转90度,射在望远镜的筒壁上,在筒壁上,设置有一个目镜,严格说来,它是一个目镜组,是由好几个镜片组成的,相当于一个目镜,这样可以提高图像质量。用这种望远镜观测天体的时候,观测者不是在望远镜的后边,而是在望远镜的侧面。由于它的反射平面镜固定起来很复杂,所以它的镜筒也并不是标准的圆形,而是中部有段鼓起,就像葫芦一样,所以又叫宝葫芦望远镜。

望远镜的发展

以上是较简单的三种望远镜的基本概况,对于较专业的天文观测来说,它们实在太简单了。远远满足不了观测需要。后来又有人发明了卡塞格林型,施密特性和马克苏托夫型望远镜,它们都以发明者的名字命名,光路原理也比较复杂。

人们往往追求望远镜的望远倍率,这一点是不可能无限扩大的。倍率太高,会影响它的成像质量。对于天文望远镜来说,倍率是一个次要的方面,人们追求的是物镜直径的大小,直径越大,它所收集的光子也越多,分辨能力也就越强。

美国曾经在1948年制造出了直径达5米的天文望远镜,它坐落在帕落马山天文台,它大大开拓了天文学家的视野,帮助他们拍摄了许多宇宙深空的照片,使美国天文学家的研究水平一下子提高了许多。不甘落后的苏联人坐不住了,于是他们造出了直径达6米的望远镜,但是这台当时世界上口径最大的望远镜成像质量很差。

现在人们已经认识到,望远镜的口径不能造得太大,过大的口径会使它的自重太大,这样就会造成镜片变形,而且它的自重也会把承载它运行的电动设备压的不能正常运作。继续提高望远镜分辨能力的新思路是制造许多小镜片,然后组合成一个大镜片。

在地球上,空气中的灰尘,不停地抖动着的大气,都成为影响望远镜观测质量的重要因素。现在的天文望远镜都建在晴朗少雨的高山上。但这还是不够理想,于是,人们又提出把望远镜放到太空去。哈勃望远镜就是目前工作最出色的一架太空望远镜,它像卫星那样围绕着地球运行,为我们提供了许多高精度的天体照片,被誉为天文学的“发现机器”。

望远镜的附件

星星在天上是一点一点地至东往西运行的,当你把望远镜对准了它以后,很快就会发现它移动了,这样就需要有一种自动跟踪设施。现在即使是天文爱好者使用的望远镜,也有自动跟踪装置。除此之外,还有导星镜,有了它的帮助,可以很容易找到目标。如果你想把看到的景象拍成照片,那么还有摄影接口,你想观测明亮的太阳,那么还有滤光镜,因为用望远镜观测太阳,会灼伤眼睛,伽利略晚年患有眼疾,就是他用望远镜观测太阳造成的。

现在望远镜的目镜通常由几组透镜组成,这样可以有不同的望远倍率,配上不同倍率的目镜组可以得到不同的观测结果,如果想要看宽广的视场,那么就用低倍率目镜组,如果想要看精细的结构,那么就用高倍率目镜组。

早期的望远镜,由于镜片制造工艺简单,常常出现像差和色差这两种毛病,它们使看到的东西或者变形,或者颜色失真。为了解决这个问题,人们就尽量延长望远镜的焦距。1722年,不拉德雷测定金星直径的望远镜,其物镜焦距长达65米,比百米短跑跑道的一半还长。后来,消色差望远镜诞生,它的目镜是由两个镜片组成,一凸一凹贴合在一起,这样就可以消除色差和球差等多种毛病。

从望远镜诞生到现在,已经历了好几代的演变,因此也就产生出许多故事。可以肯定的是,只要人们探索宇宙奥秘的好奇心存在,那么有关望远镜的故事也就永远没有结束。(国家航天局网特约撰稿/北辰)

背景知识:

色差:由白色物点向光学系统发出一束白光,经该光学系列折射后,组成该束白光的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各色光,不能会聚于同一点,即白色物点不能结成白色像点,而结成一彩色像斑的成像误差,称为色差。

球差:由主轴上某一物点向光学系统发出的单色圆锥形光束,经该光学系列折射后,若原光束不同孔径角的各光线,不能交于主轴上的同一位置,以至在主轴上的理想像平面处,形成一弥散光斑(俗称模糊圈),则此光学系统的成像误差称为球差。

哈勃太空望远镜
哈勃号太空望远镜是被送入轨道的口径最大的望远镜。它全长12.8米,镜筒直径4.27米,重11吨,由三大部分组成,第一部分是光学部分,第二部分是科学仪器,第三部分是辅助系统,包括两个长11.8米,宽2.3米,能提供2.4千瓦功率的太阳电池帆板,两个与地面通讯用的抛物面天线。镜筒的前部是光学部分,后部是一个环形舱,在这个舱里面,望远镜主镜的焦平面上安放着一组科学仪器;太阳电池帆板和天线从筒的中间部分伸出。

望远镜的光学部分是整个仪器的心脏。它采用卡塞格林式反射系统,由两个双曲面反射镜组成,一个是口径 2.4米的主镜、另一个是装在主镜前约4.5米处的副镜,口径0.3米。投射到主镜上的光线首先反射到副镜上,然后再由副镜射向主镜的中心孔,穿过中心孔到达主镜的焦面上形成高质量的图像,供各种科学仪器进行精密处理,得出来的数据通过中继卫星系统发回地面。

除了光学部分,望远镜的另外一个主要部分就是装在主镜焦平面上的八台科学仪器,分别是:宽视场和行星照相机、暗弱天体照相机、暗弱天体摄谱仪、高分辨率摄谱仪、高速光度计和三台精密制导遥感器。

这些科学仪器是为望远镜在最初几年运转期间所配备的。为了使太空望远镜能够充分利用最新技术成果,焦平面上的这些仪器设计成可作各种不同组合和更换方式。在望远镜工作期间,可以通过航天飞机上的航天员进行维修更换,必要时,也可以用航天飞机将整个望远镜载回地面作大的修理,然后再送入轨道。太空望远镜的寿命按设计要求至少15年,估计实际可达几十年。

太空望远镜在距地面500公里的太空上进行观测,不仅不受恶劣气候的影响,每天都可以进行观测,而且摆脱了地球大气的干扰,能够达到地面上任何望远镜也达不到的高灵敏度和高分辨能力。

但不幸的是, 由于制造上的误差,哈勃太空望远镜不能辨别140亿光年以外的物体,而只能看清40亿光年的物体。 另外,它的太阳能电池板因热胀冷缩还存在颤抖。为此,美国的数名宇航员于1993年进行了两次检修,经过艰苦的努力,终于修复了患了“近视”的哈勃太空望远镜,使其分辩率达到最初要求。

科学家赶制最大望远镜 清晰度高于哈勃10倍

美国亚利桑那州立大学的“史都华天文台镜子实验室”正在忙着为世界上直径最大的“巨型麦哲伦天文望远镜”赶制第一面直径为8.4米的主观测镜片,预计7月18日开始生火铸造。

将于2016年在位于智利拉斯卡姆帕纳斯地区的卡内基天文台建成并投入使用的“巨型麦哲伦天文望远镜”的主观测镜片,将由7个直径均为8.4米的大型子镜片组成。镜片将以甘[被屏蔽广告]

菊花的形状被组装在一起:1个居中,另外6个则环绕在其周围。6个环绕在四周的镜片能够观察到中心镜片不能观察到的任何角度的光线。因此,这种设计令这台望远镜的聚光能力相当于一面直径为25.6米的巨型望远镜,功能是当前最大光学望远镜的4.5倍,成像清晰度将达到“哈勃”太空望远镜的10倍。

研究人员称,“巨型麦哲伦天文望远镜”刷新纪录,成为单一镜片望远镜中直径最大的望远镜,并将镜片的制造技术提升至一个新的境界。之前单一镜片望远镜直径最大的是新皇望远镜(Subaru),其直径超过8米。

为了顺利建造这台巨型望远镜,美国的加州卡内基天文台、哈佛大学、史密松天文物理台、亚利桑那州立大学、密歇根州立大学、麻省理工学院、得克萨斯州立大学和得克萨斯农工大学组成了一个联盟。据了解,“巨型麦哲伦天文望远镜”投入使用后,将担负探寻宇宙中恒星和行星系的生成、暗物质、暗能量和黑洞的奥秘,以及银河系的起源等重任。
哈勃太空望远镜
哈勃号太空望远镜是被送入轨道的口径最大的望远镜。它全长12.8米,镜筒直径4.27米,重11吨,由三大部分组成,第一部分是光学部分,第二部分是科学仪器,第三部分是辅助系统,包括两个长11.8米,宽2.3米,能提供2.4千瓦功率的太阳电池帆板,两个与地面通讯用的抛物面天线。镜筒的前部是光学部分,后部是一个环形舱,在这个舱里面,望远镜主镜的焦平面上安放着一组科学仪器;太阳电池帆板和天线从筒的中间部分伸出。

望远镜的光学部分是整个仪器的心脏。它采用卡塞格林式反射系统,由两个双曲面反射镜组成,一个是口径 2.4米的主镜、另一个是装在主镜前约4.5米处的副镜,口径0.3米。投射到主镜上的光线首先反射到副镜上,然后再由副镜射向主镜的中心孔,穿过中心孔到达主镜的焦面上形成高质量的图像,供各种科学仪器进行精密处理,得出来的数据通过中继卫星系统发回地面。

除了光学部分,望远镜的另外一个主要部分就是装在主镜焦平面上的八台科学仪器,分别是:宽视场和行星照相机、暗弱天体照相机、暗弱天体摄谱仪、高分辨率摄谱仪、高速光度计和三台精密制导遥感器。

这些科学仪器是为望远镜在最初几年运转期间所配备的。为了使太空望远镜能够充分利用最新技术成果,焦平面上的这些仪器设计成可作各种不同组合和更换方式。在望远镜工作期间,可以通过航天飞机上的航天员进行维修更换,必要时,也可以用航天飞机将整个望远镜载回地面作大的修理,然后再送入轨道。太空望远镜的寿命按设计要求至少15年,估计实际可达几十年。

太空望远镜在距地面500公里的太空上进行观测,不仅不受恶劣气候的影响,每天都可以进行观测,而且摆脱了地球大气的干扰,能够达到地面上任何望远镜也达不到的高灵敏度和高分辨能力。

但不幸的是, 由于制造上的误差,哈勃太空望远镜不能辨别140亿光年以外的物体,而只能看清40亿光年的物体。 另外,它的太阳能电池板因热胀冷缩还存在颤抖。为此,美国的数名宇航员于1993年进行了两次检修,经过艰苦的努力,终于修复了患了“近视”的哈勃太空望远镜,使其分辩率达到最初要求。

科学家赶制最大望远镜 清晰度高于哈勃10倍

美国亚利桑那州立大学的“史都华天文台镜子实验室”正在忙着为世界上直径最大的“巨型麦哲伦天文望远镜”赶制第一面直径为8.4米的主观测镜片,预计7月18日开始生火铸造。

将于2016年在位于智利拉斯卡姆帕纳斯地区的卡内基天文台建成并投入使用的“巨型麦哲伦天文望远镜”的主观测镜片,将由7个直径均为8.4米的大型子镜片组成。镜片将以甘[被屏蔽广告]

菊花的形状被组装在一起:1个居中,另外6个则环绕在其周围。6个环绕在四周的镜片能够观察到中心镜片不能观察到的任何角度的光线。因此,这种设计令这台望远镜的聚光能力相当于一面直径为25.6米的巨型望远镜,功能是当前最大光学望远镜的4.5倍,成像清晰度将达到“哈勃”太空望远镜的10倍。

研究人员称,“巨型麦哲伦天文望远镜”刷新纪录,成为单一镜片望远镜中直径最大的望远镜,并将镜片的制造技术提升至一个新的境界。之前单一镜片望远镜直径最大的是新皇望远镜(Subaru),其直径超过8米。

为了顺利建造这台巨型望远镜,美国的加州卡内基天文台、哈佛大学、史密松天文物理台、亚利桑那州立大学、密歇根州立大学、麻省理工学院、得克萨斯州立大学和得克萨斯农工大学组成了一个联盟。据了解,“巨型麦哲伦天文望远镜”投入使用后,将担负探寻宇宙中恒星和行星系的生成、暗物质、暗能量和黑洞的奥秘,以及银河系的起源等重任。


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