实测天体物理习题1D

1《观测天体物理学》第一章习题解答一、填空1.目前获得天体信息的五个主要渠道(载体)是电磁辐射，物质采样，宇宙射线，中微子，引力波。2.天文台选址定点观测,主要是测定大气的视宁度，大气积分水气含量，_大气消光天光背景__及___气象参数__。3.一个完整的天文光学观测仪器系统包括望远镜；辐射分析仪；辐射探测器；计算机。4.对于地面天文观测，地球大气只有三个“大气窗口”，它们是：光学，红外，射电。5.现代地面大望远镜一定要有_主动光学___和__自适应光学__的先进技术来克服镜面由于温度变化和重力形变以及地球大气湍流的影响。6.哈勃空间望远镜的口径是_2.4__m的_卡塞格林（R-C）__式望远镜,它比地面望远镜的优点是：是不受地球大气的吸收、散射和抖动的影响。二、问答题：1.计算正常情况和黑暗中人眼的理论分辨本领。(正常情况下,人眼光瞳直径d为2mm,黑暗环境中d为6mm)解答：由分辨本领公式：δ″=140/D正常情况下人眼的分辨角为140/2=70″；黑暗中人眼的分辨角为140/6=23.″3。2.美国帕洛马天文台的5.33米望远镜（A＝D/F=5.33/51.6），在卡塞格林焦点上附加目镜,计算最小的目镜焦距以及它的最低放大倍数。解答：最大放大率10660)5330/140/(704/4maxG最小目镜焦距mmmmGFf510660/51600/maxmin最低放大倍数8886/5330/mineyeddG美国5米望远镜附加目镜的最短焦距为5mm;最低放大倍数为D/d(人眼)=5330/6=888倍3美国的凯克10米口径望远镜,目视时的分辨率是多少?解答：理论分辨角δ″=140/D=0.014″,分辨率为1/δ″=71.4。但是由于大气湍动，实际的分辨角在0.2″左右。4.我系光学望远镜D=40cm,另一射电望远镜工作在λ=2cm波段。若两望远镜有相同的分辨本领,问此架射电望远镜应有多大口径?解答：D1=40cm，λ1=555nm;λ2=2cm,D2=λ2/λ1×D1=1.44×104m5．10米光学望远镜比10米口径天线.工作在2米波段的射电望远镜分辨率大多少倍?解答：光学望远镜:1/δ″=71.4;射电望远镜1/δ″=D(mm)/0.25λ(nm)=3.6×106(3.6百万倍)6．用一个口径11cm的小望远镜（D/F=110/2000）拍月球满月的像，问月像的直径=？解答：满月时'31月像大小mmmmFl04.18'31tan2000tan*(满月时月像天空角直径为31’)27.RecentlytheTen-meterKecktelescopebegantooperateonMaunaKea(Hawaii),wherethediameterofstellarimagesmaybeassmallas0.3.Canyouevaluatethelimitingstellarmagnitudeforvisualobservationwiththistelescope?译文:最近口径10米的凯克望远镜已经在夏维夷的莫纳克亚投入运行,那里的星像直径可以小到0.3,请你估算一下用凯克望远镜进行目视观测的极限星等解答:人眼的瞳孔的最大直径约为6毫米,极限星等约为6.5等,利用公式m1-m1=-2.5lg(I1/I2),可以估算凯克望远镜的目视极限星等:m=6.5+5lgD/d+2.5lgk(d=6mm,k=0.6)则有：m=2.1+5logD(mm)=22.18.TheapparentdiameteroftheMoon,asseenfromtheEarth,is31'.Whatistheimagediameterintheobjectivefocalplaneifitsfocallengthis254cmandtheobjectivediameteris40cm?Drawafigure(afewfigures)toexplainyourcalculations.译文：从地球上看，月亮的视直径为31'，在口径40cm，焦距254cm的望远镜的焦面上所成月亮像的直径是多少？画图解释你的计算。解答：对于焦距为F（单位为mm）的望远镜，其焦面上的线尺寸l与对应的天空张角α之间的关系为：l=Ftgα,当α较小时，有l≈Fα,当l取毫米作单位，α取角秒作单位时，有l=Fαsin1，由上式可得望远镜的底片比例尺S（即在其焦平面处每毫米对应天球上的角秒数）为：S=206265/F焦距254cm的望远镜的底片比例尺为81.2/mm，则月亮像为l=α/S=22.9mm。望远镜的底片比例尺与其口径无关。9.Athickblackflyhasdottenontotheobjectlensofa5cmtelescope.WhatwillanobserverlookingtotheMoonthroughthetelescopesee?译文：一个大个儿的黑苍蝇落在了一台口径5cm的望远镜的物镜上，当一个观测者用它观测月亮他会见到什么？解答：望远镜对于附着在物镜上的任何物体都是不成像的，故观测者在观测时对于落在物镜上的苍蝇应该毫无知觉，但是如果这只苍蝇足够大，由于它的挡光会使得望远镜的成像变暗。10.Whymightsomestarsappeardoubleinbluelightthroughtheycouldnotberesolvedinredlight?译文:为什么有些恒星用蓝光观测时能够被分解为双星,而用红光观测时却不可以?解答:这是由于望远镜的分辨角与口径成正比,而与观测的波长成反比,其表达式为:分辨角δ=1.22λ/D,式中λ为波长,D为望远镜的口径,从这一公式可看出望远镜对于波长较短的蓝光的分辨率较高.11.Whycanradioastronomersobserveduringtheday,whereasopticalastronomersare(forthemostpart)limitedtonighttimeobserving?译文:为什么射电天文学家可以在白天观测,而光学天文学家的绝大多数观测只能在夜晚进行?解答:对于恒星(处太阳以外)等暗弱天体的光学观测只能在夜晚进行是因为白天地球大气散射强烈的太阳光,将其他天体淹没掉了.而由于射电波段的波长比光学波段要长得多,在大气中不会被散射,因此在白天也可以观测。12.Whatlimitstheresolvingpowerofthe6-metertelescopeBTAinSAO?Calculateit.Explainyourcalculations.译文:是什么限制了SAO的6米BTA望远镜的分辨本领?计算并解释你的结论解答:望远镜的分辨角δ=1.22λ/D,式中λ为天体入射光的波长,D为望远镜的口径,当λ与D取相同的单位时,δ的单位为弧度.若将δ的单位改为角秒,因为1弧度=206265角秒,并取观测波长为人眼最敏感的波长,λ=555nm,则:δ=140/D,(D的单位为毫米).3由此可以计算出6米望远镜的理论分辨角δ=140/D=140/6000=0.023.这只是理论计算的结果,实际观测中由于大气扰动的影响,以及望远镜本身的缺陷,大型望远镜的实际分辨角能够达到0.3-0.5已数难得.13.CanwedistinguishthelunarMareCrisium,whichdiameteris520km,byanakedeye?译文:我们能否用肉眼分辨出月亮上的MareCrisium?它的直径为520公里解答:先计算MareCrisium的张角,由于地月距离约为380,000公里,故MareCrisium的张角为arcsin(520/380,000)=0.078度=282;再计算肉眼的分辨本领,人眼的瞳孔通常的最小分辨角为60″，即大于60″的角度就能分辨，所以MareCrisium的张角能分辨开。14.WhyisitbetterforsomepurposestouseamediumsizetelescopeonamountaininsteadofatelescopeonaspaceshipatloworbitneartheEarth?译文:为什么对于有些研究课题使用位于山顶的中等口径望远镜要比使用位于低轨道飞船中的望远镜更好?解答:这是由于一般的低轨道飞船(包括哈勃空间望远镜)的轨道周期都很短,在一个轨道周期中有一段时间观测目标要被地球档住,因此飞船上的望远镜无法对一个天体进行长时间的连续观测;而对于地面上的望远镜,则有可能对待测天体进行整夜的连续观测.15.WhatarethereasonswhytheHubbleSpaceTelescopeisabletoobservefainterobjectsthanwecanstudyfromtheground?译文:为什么哈勃空间望远镜能够比我们在地面上观测到更暗的天体?解答:由于哈勃空间望远镜位于地球大气层之外,不受大气消光(指地球大气对星光的吸收和散射)和大气扰动的影响,所以能够观测到更暗的天体.16.不同的目镜有不同的ω’，我系LX200望远镜配有以下目镜：1）SuperPlossl目镜,ω’为52°,焦距分别为40mm,26mm,20mm,15mm和9mm；2）UltraWideAngle目镜,ω’为84°，焦距分别为4.7mm,8.8mm;分别计算它们在LX200望远镜上使用时的视场。解答:由由公式ω’为目镜对应的角直径，称为目镜视场，M为放大率。若采用常用的SuperPlossl目镜，f=20mm,则M=4000/20=200ω=52/200=0.26°=15.6’17．云南天文台一米望远镜为R-C系统，焦比：F/13，在其卡焦放置一台AndorCCD，象素点数目：2048*2048，象元大小为13.5*13.5um，问CCD的有效视场为多少？解：F/D=13，D=1m，F=13m焦面比例尺：α=206265″/13000=15.87″/mm=0.214”/pixω=0.214*2048=438.77″=7.31’18.简述主动光学和自适应光学的主要差别和改正方法的区别。矫正望远镜镜面(主要是主镜)形变的技术称为主动光学(ActiveOptics)；控制和补偿由于大气湍流引入的像畸变的技术称为自适应光学(AdaptiveOptics)。主动光学的改正方法：望远镜需要在光路中分出一束光线，将其引入波阵面(前)传感器，传感器把结果传给计算机,计算机根据像差计算出主镜在各位置的改正量,并实时指挥各促动器调整施力大小,以调整主镜形状。M4自适应光学的改正方法：也是从主光路中分束检测，（通常是选择待测天体附近的一颗亮星作校准用引导星），通过波前传感器检测波阵面的畸变，然后由计算机控制促动器调整可变形镜面，以改正出射波阵面成平面（或球面）波阵面。