望遠鏡

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靠近加州洛杉磯,位於威爾遜山天文台的100英吋(2.54 公尺)的虎克反射望遠鏡

望遠鏡是一種通過收集電磁波(例如可見光)以協助觀測遠方物體的工具,已知的第一架實用的望遠鏡是在17世紀初期在荷蘭使用玻璃鏡片發明的。 他們的發現可以應用在陸地和天文學。它是被漢斯發明的。

在短短的幾十年,使用面鏡的反射望遠鏡也被發明了。在20世紀,許多信類型的望遠鏡,包括1930年代的電波望遠鏡,1960年代的紅外線望遠鏡。現在,望遠鏡這個名詞指的是在廣泛的區域,檢測不同電磁波譜的儀器,在某些情況下也包括其他類型的檢測儀器。

英文的"telescope"(來自希臘τῆλεtele "far"和 σκοπεῖνskopein "to look or see";τηλεσκόπος,teleskopos "far-seeing")。這個字是希臘數學家Giovanni Demisiani在1611年於伽利略Accademia dei Lincei的一場餐會中,推銷他的儀器時提出的[1][2][3]。在星際信使這本書中,伽利略使用的字是"perspicillum"。

簡史[編輯]

現代的望遠鏡通常使用CCD取代底片來紀錄影像。這是克卜勒號太空船的感應器陣列。

望遠鏡的最早紀錄是1608年在荷蘭出現了折射望遠鏡。它的發展要歸功於三個人:漢斯·利普西(Hans Lippershey)、米爾德堡的眼鏡製造商撒迦利亞·詹森(Zacharias Janssen)和阿爾克馬爾Jacob Metius[4]伽利略在1609年6月聽說荷蘭的望遠鏡,就在一個月內製造出自己的望遠鏡[5],並在第二年在設計上做了大幅的改善。

在折射望遠鏡發明之後不久,將物鏡,也就是收集光的元件,用面鏡來取代透鏡的想法,就開始被研究[6]。使用拋物面鏡的潛在優點 -減少球面像差和無色差,導致許多種設計和製造反射望遠鏡的嘗試[7]。在1668年,艾薩克·牛頓製造了第一架實用的反射望遠鏡,現在就以他的名字稱這種望遠鏡為牛頓反射鏡

在1733年發明的消色差透鏡糾正了存在於單一透鏡的部分色差,並且使折射鏡的結構變得較短,但功能更為強大。儘管反射望遠鏡不存在折射望遠鏡的色差問題,但是金屬鏡快速變得昏暗的鏽蝕問題,使得反射鏡的發展在18世紀和19世紀初期受到很大的限制 -在1857年發展出在玻璃上鍍銀的技術,才解決了這個困境[8],進而在1932年發展出鍍鋁的技術[9]。受限於材料,折射望遠鏡的極限大約是一公尺(40英吋),因此自20世紀以來的大型望遠鏡全部都是反射望遠鏡。目前,最大的反射望遠鏡已經超過10公尺(33英尺),正在建造和設計的有30-40公尺。

20世紀也在更關廣的頻率,從電波伽瑪射線都在發展。在1937年建造了第一架電波望遠鏡,自此之後,已經開發出了各種巨大和複雜的天文儀器。


電磁波譜與地球的大氣透射率(或不透明)和類型的望遠鏡,用形象的部分頻譜。

分類[編輯]

被稱為"望遠鏡"的儀器涵蓋很廣的範圍,大多數都是檢測電磁輻射。不過,對天文學家而言,主要的區別是必須收集的光(電磁輻射)的頻率波段不同。

望遠鏡可以依據檢測光的波長來分類:

比較的光
名稱 波長 頻率 (Hz) 光子能量 (eV)
伽瑪射線 短於0.01 nm 超過10 EHZ 100 keV – 300+ GeV X
X射線 0.01至10 nm 30 PHz – 30 EHZ 120 eV至120 keV X
紫外線 10 nm – 400 nm 30 EHZ – 790 THz 3 eV至124 eV
可見光 390 nm – 750 nm 790 THz – 405 THz 1.7 eV – 3.3 eV X
紅外線 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
電波 1 mm – km 300 GHz3 Hz 1.24 meV – 12.4 feV X

隨著波長的增加,可以更容易地使用天線技術進行電磁輻射的交互作用(雖然它可能要製作很小的天線)。近紅外線可以向可見光一樣的處理,而在遠紅外線和次毫米波的範圍內,望遠鏡的運作就像是一架電波望遠鏡。例如,觀測波長從3微米(0.003mm)到2000微米(2毫米)的詹姆士克拉克麥克斯威爾望遠鏡,就使用拋物線的鋁製天線[10]。另一方面,觀察從3μm(0.003毫米)到180微米(0.18 毫米) 的史匹哲太空望遠鏡就可以使用面鏡成像(反射光學)。同樣使用反射光學的,還有哈伯太空望遠鏡可以觀測0.2μm(0.0002 毫米)到1.7微米(0.0017 毫米),從紅外線到紫外線的第三代廣域照相機 [11]

在望遠鏡設計中的另一個門檻,隨著光子能量的增加(波長變短和頻率增加)是使用全反射光學,而不是粗略的入射光學。像是TRACESOHO望遠鏡使用特殊的面鏡反射極紫外線,否則不可能產生高解析度和較亮的影像。大口徑並不意味著能收集更多的光,他收集的是高階繞射極限的光。

望遠鏡也可以依據所在的位置來分類:地面望遠鏡、太空望遠鏡飛行望遠鏡。它們還能依據使用者是專業天文學家,還是業餘天文學家來分類。擁有一架或多架望遠鏡與其它儀器的永久性房舍或載運工具,稱為天文台。

光學望遠鏡[編輯]

尼斯天文台的50公分折射望遠鏡。

光學望遠鏡主要是收集並聚焦電磁頻譜中可見光部分的光線(雖然有些在紅外線紫外線的波段工作)[12]光學望遠鏡明顯增加遠處物體的視角大小和視亮度。為了對影像觀察、拍照、研究、並發送至電腦,望遠鏡會採用一個或多個光學曲面的元件來工作。通常由玻璃透鏡面鏡收集線或其它電磁波的輻射,將這些光或輻射匯聚到焦點上。光學望遠鏡使用在許多天文和非天文的儀器,包括:經緯儀(包括中星儀)、鑑識望遠鏡單筒望遠鏡雙筒望遠鏡相機鏡頭、和間諜鏡。望遠鏡有三種主要的學類型:

除了這些基本的光學類型之外,還有許多改變光學設計以適合它們執行任務的子類型,像是攝星鏡尋彗鏡太陽望遠鏡等等。

電波望遠鏡

體系結構[編輯]

規格參數[編輯]

製作工藝[編輯]

參看[編輯]

來源[編輯]

外部連結[編輯]

  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, Sacharias Janssen had a telescope at about the same time but was at the Frankfurt Fair where he tried to sell it"
  5. ^ Aleck Loker, Profiles in Colonial History, page 15
  6. ^ Stargazer – By Fred Watson, Inc NetLibrary, Page 109
  7. ^ Attempts by Niccolò Zucchi and James Gregory and theoretical designs by Bonaventura Cavalieri, Marin Mersenne, and Gregory among others
  8. ^ madehow.com – Inventor Biographies – Jean-Bernard-Léon Foucault Biography (1819–1868)
  9. ^ 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."
  10. ^ The James-Clerk-Maxwell Observatory: The largest submillimetre radio telescope in the world
  11. ^ ESA/Hubble – Hubble's Instruments: WFC3 – Wide Field Camera 3
  12. ^ Barrie William Jones, The search for life continued: planets around other stars, page 111