天文学基础08-望远镜

天文学基础（公共选修课教程）上海工程技术大学施韡§8望远镜了解光学望远镜的分类和结构，知道衡量望远镜优劣的技术指标。重点：望远镜的分类和结构；难点：望远镜的技术指标及基本的计算方法。一、电磁波谱天文学家研究恒星最主要的信息源是来自恒星的电磁波辐射。电磁波是原子中的低能核作变速运动时产生的。§8.1电磁波谱和大气窗口λν=c（波长×频率=传播速度）电磁波谱分段波长名称分段10km超长波无线电波段1km～10km长波100m～1km中波10m～100m短波1mm～10m微波0.76μm～1mm红外光光学波段0.4μm～0.76μm可见光10nm～0.4μm紫外光0.1nm～10nm软X射线X射线波段0.001nm～0.1nm硬X射线0.001nmγ射线γ射线波段地球大气层屏蔽了绝大部分来自天体的辐射，包括紫外光、X射线、γ射线等，仅留下两处透明的“窗口”：光学窗口和射电窗口。二、大气窗口一、光学望远镜的类型※天文光学观测仪器系统主要包括望远镜、辐射分析器、探测器和记录器。辐射分析器：摄谱仪、视频仪、干涉仪、滤光片探测器：照相底片、光电倍增管、CCD§8.2天文光学望远镜1、折射望远镜1609年伽利略自制世界首台望远镜折射望远镜优缺点：优点：使用方便，适合导星。视场较宽，适合观测日、月、彗星等延伸天体。焦比较长，适合观测近地天体。缺点：有色差。口径有限制。玻璃对近红外光吸收较多。2、反射望远镜16寸牛顿式反射望远镜反射望远镜优缺点：优点：口径可以做大，重量和尺寸都能减小。消除色差。适合观测深空天体。缺点：导星不方便。反射镜会氧化。有象差。a主焦点式b牛顿式c卡塞格林式或R-C式d折轴式3、折反射望远镜310mm口径折反射望远镜折反射望远镜优缺点：优点：消除色差、象差。其他同反射望远镜。缺点：价格较高二、光学望远镜的主要技术指标衡量天文望远镜光学性能的好坏主要有六个参量：（1）通光有效口径（2）光力，即相对口径（3）视场（4）分辨本领（分辨）率（5）放大率（6）极限星等（贯穿本领）1、口径（D）望远镜的口径指望远镜的有效通光直径。口径越大收集的光量越大，聚光本领越强，就能观测到更暗的天体。物镜收集星光的能力与其面积（πD2/4）成正比，而通光口径与恒星的亮度成反比。星等数m与亮度E的关系：m=-2.5lgEm1-m2=-2.5lg(E1/E2)m1-m2=-2.5lg(D2/D1)2目前地面最大的光学望远镜凯克的口径是10米，可以看到22等星。2、光力（A）望远镜的光力也较相对口径，即口径D和焦距F之比。光力的倒数叫焦比，常写为F/(焦比)。望远镜的光力越大，观测有视面天体就越有利，因为天体的亮度与光力A2成正比。例如：天文社的折射望远镜是60900型，即60mm直径900mm焦距，反射望远镜是150750，即150mm口径，750mm焦距，分别计算两者的光力。A1=60/900=0.066671/A1=15照相机镜头的光圈数就是焦比。A2=150/750=0.21/A2=53、视场（ω）望远镜的成像良好区域所对应的天空角直径的范围叫作望远镜的视场，用角度（°）表示视场的理论值初步计算公式：tan(ω/2)=D/F更严格地，根据目镜的工作视场角半径ω´和放大率G计算：tan(ω/2)=tan(ω´/2)/G考察天赤道附近的一颗赤纬为δ的恒星从视场中心到边缘经过的时间可计算望远镜的视场：ω´=tδ（其中时间t以秒为单位，视场角直径以角分为单位）4、分辨本领（分辨率）（R）望远镜的分辨本领是指望远镜能分辨天体细节的能力。分辨角越小，分辨本领越高。恒星是“点光源”，日月、行星、星云等叫“有视面天体”或“延展天体”。最小分辨角是指望远镜刚好可分辨的两个点光源的角距或延展天体视面细节的焦距。θ=1.22λ/D目视观测最敏感波长为0.555微米，当D以毫米为单位时，目视观测分辨角的角秒值为：θv=140/D黑白照相机观测时最敏感的波长一般为0.44微米，所以照相观测的分辨角的角秒值为：θc=110/D5、放大率（G）和底片比例尺(α)望远镜的放大率实际上是视角的放大率。F为物镜的焦距，f为目镜的焦距。G=F/f放大率不是望远镜最重要的指标。一般目视望远镜的放大率为30倍到300倍为宜。Gmin=D/d（眼）Gmax=4×60/θ底片比例尺α=206265/F，单位（/mm）6、极限星等（贯穿本领）极限星等是望远镜可以观测到最暗的天体的能力。这是个粗略估算的公式，其中D是以毫米为单位的有效口径。mv=2.1+5lgD三、当代光学望远镜最大的光学单体望远镜——凯克I、凯克II（10m）最大的有效口径望远镜（组）——LBT（11.8m）中国最大的光学望远镜——北京天文台2.16m上海天文台1.56m世界最大的折射望远镜——克拉克2.01m哈勃太空望远镜2.4m反射式上海天文台佘山观测站1.56m反射望远镜上海天文台佘山观测站40cm双筒望远镜上海天文台佘山观测站40cm双筒望远镜北京天文台兴隆观测站2.16m反射望远镜VLT的箱式圆顶史上最强的双筒望远镜LBT哈勃太空望远镜*§8.3天文射电望远镜