望远镜

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靠近加州洛杉矶,位于威尔逊山天文台的100英寸(2.54 米)的虎克反射望远镜

望远镜是一种可以透过遥控方式收集电磁波(例如可见光)以协助观察远方物体的工具[来源请求]。已知能实用的第一架望远镜是在17世纪初期在荷兰使用玻璃透镜发明的。这项发明现在被应用在陆地和天文学

在第一架望远镜被制造出来几十年内,用镜子收集和聚焦光线的反射望远镜就被制造出来。在20世纪,许多新型式的望远镜被发明,包括1930年代的电波望远镜和1960年代的红外线望远镜望远镜这个名词现在是泛指能够侦测不同区域的电磁频谱的各种仪器,在某些情况下还包括其他类型的探测仪器。

英文的“telescope”(来自希腊τῆλεtele "far"和 σκοπεῖνskopein "to look or see";τηλεσκόπος,teleskopos "far-seeing")。这个字是希腊数学家乔瓦尼·德米西亚尼在1611年于伽利略出席的意大利猞猁之眼国家科学院的一场餐会中,推销他的仪器时提出的[1][2][3]。在《星际信使》这本书中,伽利略使用的字是"perspicillum"。

简史[编辑]

格林威治皇家天文台"洋葱"式的圆顶内安放的是28英寸的折射望远镜。在前景中的是口径120公分(47英寸)的威廉·赫歇尔反射望远镜(由于它的焦距长度,被称为"40英尺望远镜")剩余部分。

关于望远镜,现存的最早纪录是荷兰米德尔堡的眼镜制造商汉斯·利普西英语Hans Lippershey在1608年向政府提交专利折射望远镜[4]。实际的发明者是谁不能确定,它的发展要归功于三个人:汉斯·利普西、米尔德堡的眼镜制造商撒迦利亚·詹森(Zacharias Janssen)和阿尔克马尔雅各·梅提斯[5]。望远镜被发明得消息很快就传遍欧洲。伽利略在1609年6月听到了,就在一个月内做出自己的望远镜用来观测天体[6][7]

在折射望远镜发明之后不久,将物镜,也就是收集光的元件,用面镜来取代透镜的想法,就开始被研究[8]。使用抛物面镜的潜在优点 -减少球面像差和无色差,导致许多种设计和制造反射望远镜的尝试[9]。在1668年,艾萨克·牛顿制造了第一架实用的反射望远镜,现在就以他的名字称这种望远镜为牛顿反射镜

在1733年发明的消色差透镜纠正了存在于单一透镜的部分色差,并且使折射镜的结构变得较短,但功能更为强大。尽管反射望远镜不存在折射望远镜的色差问题,但是金属镜快速变得昏暗的锈蚀问题,使得反射镜的发展在18世纪和19世纪初期受到很大的限制 -在1857年发展出在玻璃上镀银的技术,才解决了这个困境[10],进而在1932年发展出镀铝的技术[11]。受限于材料,折射望远镜的极限大约是一米(40英寸),因此自20世纪以来的大型望远镜全部都是反射望远镜。目前,最大的反射望远镜已经超过10米(33英尺),正在建造和设计的有30-40米。

20世纪也在更关广的频率,从电波伽玛射线都在发展。在1937年建造了第一架电波望远镜,自此之后,已经开发出了各种巨大和复杂的天文仪器。

类型[编辑]

在建造中的詹姆斯·韦伯太空望远镜主镜。这是组合镜英语segmented mirror,它涂上(橙红色)以反射可见光、近红外线以及中红外线。

望远镜这个名词涵盖了各种各样的仪器。大多数是用来检测电磁辐射,但对天文学家而言,主要的区别在收集的光(电磁辐射)波长不同。

望远镜可以依照它们所收集的波长来分类:

比较的光
名称 波长 频率 (Hz) 光子能量 (eV)
伽玛射线 短于0.01 nm 超过10 EHZ 100 keV – 300+ GeV X
X射线 0.01至10 nm 30 PHz – 30 EHZ 120 eV至120 keV X
紫外线 10 nm – 400 nm 30 EHZ – 790 THz 3 eV至124 eV
可见光 390 nm – 750 nm 790 THz – 405 THz 1.7 eV – 3.3 eV X
红外线 750 nm – 1 mm 405 THz – 300 GHz 1.24 meV – 1.7 eV X
微波 1 mm – 1 meter 300 GHz – 300 MHz 1.24 meV – 1.24 µeV
电波 1 mm – km 300 GHz3 Hz 1.24 meV – 12.4 feV X

随着波长的增加,可以更容易地使用天线技术进行电磁辐射的交互作用(虽然它可能需要制作很小的天线)。近红外线可以像可见光一样的处理,而在远红外线和次毫米波的范围内,望远镜的运作就像是一架电波望远镜。例如,观测波长从3微米(0.003mm)到2000微米(2毫米)的詹姆士克拉克麦克斯威尔望远镜英语James Clerk Maxwell Telescope(JCMT),就使用铝制的抛物面天线[12]。另一方面,观察从3μm(0.003毫米)到180微米(0.18 毫米) 的史匹哲太空望远镜就可以使用面镜成像(反射光学)。同样使用反射光学的,还有哈伯太空望远镜可以观测0.2μm(0.0002 毫米)到1.7微米(0.0017 毫米),从红外线到紫外线的第三代广域照相机[13]

在望远镜设计中的另一个门槛,随着光子能量的增加(波长变短和频率增加)是使用全反射光学,而不是粗略的入射光学。像是TRACESOHO望远镜使用特殊的面镜反射极紫外线,否则不可能产生高分辨率和较亮的影像。大口径并不意味着能收集更多的光,它收集的是高阶衍射极限的光。

望远镜也可以依据所在的位置来分类:地面望远镜、太空望远镜飞行望远镜英语Airborne observatory。它们还能依据使用者是专业天文学家,还是业余天文学家来分类。拥有一架或多架望远镜与其它仪器的永久性房舍或载运工具,称为天文台。

光学望远镜[编辑]

尼斯天文台的50公分折射望远镜。

光学望远镜主要是收集并聚焦电磁频谱中可见光部分的光线(虽然有些在红外线紫外线的波段工作)[14]光学望远镜明显增加远处物体的视角大小和视亮度。为了对影像观察、拍照、研究、并发送至电脑,望远镜会采用一个或多个光学曲面的元件来工作。通常由玻璃透镜面镜收集线或其它电磁波的辐射,将这些光或辐射汇聚到焦点上。光学望远镜使用在许多天文和非天文的仪器,包括:经纬仪(包括中星仪)、鉴识望远镜单筒望远镜双筒望远镜相机镜头、和间谍镜。望远镜有三种主要的学类型:

除了这些基本的光学类型之外,还有许多改变光学设计以适合它们执行任务的子类型,像是摄星镜寻彗镜太阳望远镜等等。

电波望远镜[编辑]

位于美国新墨西哥州的圣阿古斯丁平原上的甚大天线阵

电波望远镜是电波天文学使用,有指向天线英语Directional antenna天线的望远镜。这些盘面有时是用导电的金属丝往建造,其口径小于所观测到的波长。多元素的电波望远镜由成对或更多的小望远镜组成,以合成口径相等于彼此间距离的虚拟望远镜,这个程序被称为孔径合成英语Aperture synthesis。在2005年,纪录上的阵列大小是地球直径的许多倍 -利用位于太空的甚长基线干涉测量望远镜,像是日本HALCA英语HALCA(高度先进通信和天文学实验室VSOP (VLBI Space Observatory Program) satellite) 孔径合成现在也被应用在光学望远镜,使用在光学干涉仪 (光学望远镜阵列),和在单一望远镜上使用口径遮蔽干涉英语Aperture masking interferometry。当可见光被阻挡或微弱时,电波望远镜也用来收集微波辐射,例如类星体。有些电波望远镜被使用于专案,例如SETI阿雷西博天文台寻找外星生命。

X射线望远镜[编辑]

大气层的电磁频谱不透明度[编辑]

由于大气层对大部分的电磁波谱是不透明的,所以只有少数波段可以从地面观测得到。这些波段是可见光、近红外线和一些无线电波部分的频谱。由于这个原因,地面上没有远红外线、或X射线的望远镜。因为这些波段必须从轨道上才能观测。即使从地面上可以观测的波段,因为视像度的缘故,在轨道上的卫星安置光学望远镜依然是有利的。

电磁波谱与地球大气层的透射率(或不透明度),以及可用于成像波谱部分的望远镜类型。

体系结构[编辑]

规格参数[编辑]

制作工艺[编辑]

参看[编辑]

来源[编辑]

  1. ^ archive.org "Galileo His Life And Work" BY James La Rosa "Galileo usually called the telescope occhicde or cannocchiale ; and now he calls the microscope occhialino. The name telescope was first suggested by Demisiani in 1612"
  2. ^ Sobel (2000, p.43), Drake (1978, p.196)
  3. ^ Rosen, Edward, The Naming of the Telescope (1947)
  4. ^ galileo.rice.edu The Galileo Project > Science > The Telescope by Al Van Helden: The Hague discussed the patent applications first of Hans Lipperhey of Middelburg, and then of Jacob Metius of Alkmaar... another citizen of Middelburg, Zacharias Janssen is sometimes associated with the invention
  5. ^ galileo.rice.edu The Galileo Project > Science > The Telescope by Al Van Helden "The Hague discussed the patent applications first of Hans Lipperhey of Middelburg, and then of Jacob Metius of Alkmaar... another citizen of Middelburg, Sacharias Janssen had a telescope at about the same time but was at the Frankfurt Fair where he tried to sell it"
  6. ^ NASA - Telescope History. www.nasa.gov. 
  7. ^ Loker, Aleck. Profiles in Colonial History. Aleck Loker. 20 November 2017 –通过Google Books. 
  8. ^ Stargazer – By Fred Watson, Inc NetLibrary, Page 109
  9. ^ Attempts by Niccolò Zucchi and James Gregory and theoretical designs by Bonaventura Cavalieri, Marin Mersenne, and Gregory among others
  10. ^ madehow.com – Inventor Biographies – Jean-Bernard-Léon Foucault Biography (1819–1868)
  11. ^ Bakich sample pages Chapter 2, Page 3 "John Donavan Strong, a young physicist at the California Institute of Technology, was one of the first to coat a mirror with aluminum. He did it by thermal vacuum evaporation. The first mirror he aluminized, in 1932, is the earliest known example of a telescope mirror coated by this technique."
  12. ^ The James-Clerk-Maxwell Observatory: The largest submillimetre radio telescope in the world
  13. ^ ESA/Hubble – Hubble's Instruments: WFC3 – Wide Field Camera 3
  14. ^ Barrie William Jones, The search for life continued: planets around other stars, page 111

外部链接[编辑]