天文望遠(yuǎn)鏡基本知識(shí)
天文望遠(yuǎn)鏡基本知識(shí)
天文望遠(yuǎn)鏡是現(xiàn)在天文學(xué)最基本的儀器，也是廣大天文普及工作者和天文愛(ài)好者必備的觀測(cè)工具，所以了解天文望遠(yuǎn)鏡的基礎(chǔ)知識(shí)可是十分必要的。以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于天文望遠(yuǎn)鏡基本知識(shí)的內(nèi)容，希望大家喜歡!
一、天文望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)
根據(jù)物鏡的結(jié)構(gòu)不同，天文望遠(yuǎn)鏡大致可以分為三大類(lèi)：以透鏡作為物鏡的，稱(chēng)為折射望遠(yuǎn)鏡;用反射鏡作為物鏡的，稱(chēng)為反射望遠(yuǎn)鏡;既包含透鏡，又有反射鏡的，稱(chēng)為折反射望遠(yuǎn)鏡。往往有的天文愛(ài)好者買(mǎi)了一塊透鏡，以為這就解決了望遠(yuǎn)鏡的物鏡問(wèn)題。其實(shí)，一塊透鏡成像會(huì)產(chǎn)生象差，現(xiàn)在，正規(guī)的折射天文望遠(yuǎn)鏡的物鏡大都由2～4塊透鏡組成。相比之下，折射天文望遠(yuǎn)鏡用途較廣，使用方便，比較適合做天文普及工作。
反射望遠(yuǎn)鏡的光路可分為牛頓系統(tǒng)和卡塞格林系統(tǒng)等。一般說(shuō)來(lái)，對(duì)天文普及工作，特別是對(duì)觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)不足的愛(ài)好者來(lái)說(shuō)，牛頓式反射望遠(yuǎn)鏡使用起來(lái)不太方便，其物鏡又需經(jīng)常鍍膜，維護(hù)起來(lái)也麻煩。折反射望遠(yuǎn)鏡是由透鏡和反射鏡組成。天體的光線要受到折射和反射。這類(lèi)望遠(yuǎn)鏡具有光力強(qiáng)，視場(chǎng)大和能消除幾種主要像差的優(yōu)點(diǎn)。這類(lèi)望遠(yuǎn)鏡又分施密特系統(tǒng)、馬克蘇托夫系統(tǒng)和施密特卡塞格林系統(tǒng)等。根據(jù)我們多年實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，中國(guó)科學(xué)院南京天文儀器廠生產(chǎn)的120折射天文望遠(yuǎn)鏡對(duì)于天文普及工作和廣大天文愛(ài)好者來(lái)說(shuō)，是一種既方便又實(shí)用的儀器。
二、望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)性能
在天文觀測(cè)的對(duì)象中，有的天體有視面，有的沒(méi)有可分辨的視面;有的天體光極強(qiáng)，有的又特微弱;有的是自己發(fā)光，有的是反射光。觀測(cè)者應(yīng)根據(jù)觀測(cè)目的，選用不同的望遠(yuǎn)鏡，或采用不同的方法進(jìn)行觀測(cè);一般說(shuō)來(lái)，普及性的天文觀測(cè)多屬于綜合性的，要考慮“一鏡多用”。選擇天文望遠(yuǎn)鏡時(shí)，一定要充分了解它的基本光學(xué)性能。
口徑--指物鏡的有效直徑，常用D來(lái)表示;
相對(duì)口徑--指物鏡的有效口徑和它的焦距之比，也稱(chēng)為焦比，常用A表示;即A=D/F。
一般說(shuō)來(lái)，折射望遠(yuǎn)鏡的相對(duì)口徑都比較小，通常在1/15～1/20，而反射望遠(yuǎn)鏡的相對(duì)口徑都比較大，通常在1/3、5～1/5。觀測(cè)有一定視面的天體時(shí)，其視面的線大小和F成正比，其面積與F2成正比。象的光度與收集到的光量成正比，即與D2成正比，和象的面積成反比，即與F2成反比。
放大率--指目視望遠(yuǎn)鏡的物理量，即角度的放大率。它等于物鏡焦距和目鏡焦距之比。
不少人提到天文望遠(yuǎn)鏡時(shí)，首先考慮的就是放大倍率。其實(shí)，天文望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡不一樣，地面天文觀測(cè)的效果如何，除儀器的優(yōu)劣外，還受地球大氣的明晰度和寧?kù)o度的影響，受觀測(cè)地的環(huán)境等諸因素的制約。而且，一架天文望遠(yuǎn)鏡有幾個(gè)不同焦距的目鏡，也就是有幾個(gè)不同的放大倍率可用。觀測(cè)時(shí)，絕不是以最大倍率為最佳，而應(yīng)以觀測(cè)目標(biāo)最清晰為準(zhǔn)。
分辨角--指望遠(yuǎn)鏡能夠分辨出的最小角距。目視觀測(cè)時(shí)，望遠(yuǎn)鏡的分辨角=140(角秒)/D(毫米)，D為物鏡的有效口徑。
視場(chǎng)--指天文望遠(yuǎn)鏡所見(jiàn)的星空范圍的角直徑。
貫穿本領(lǐng)--指在晴朗的夜晚，望遠(yuǎn)鏡在天頂方向能看到最暗弱的恒星星等。貫穿本領(lǐng)主要和望遠(yuǎn)鏡的有效口徑有關(guān)。
例如，南京天文儀器廣生產(chǎn)的120折反射天文望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)性能為：主鏡的有效口徑為120mm，焦距為1500mm，相對(duì)口徑為1/12、5，目鏡放大倍率有：37、5倍，60倍，100倍，200倍，理論分辨角為1"一2"，目視極限星等為12等，視場(chǎng)小于10。它的尋星鏡物鏡有效口徑為35mm，焦距為175mm，放大率為7倍，視場(chǎng)為500。
三、天文望遠(yuǎn)鏡的目鏡
當(dāng)人們了解了天文望遠(yuǎn)鏡的基本光學(xué)性能以后，有人往往只注意物鏡，而忽視了做為望遠(yuǎn)鏡終端設(shè)備之一的目鏡。其結(jié)果常常使再好的望遠(yuǎn)鏡也不能充分發(fā)揮應(yīng)有的本領(lǐng)，只能望天興嘆。
天文望遠(yuǎn)鏡的目鏡主要有兩個(gè)作用：其一，將物鏡所成的像放大，這對(duì)于觀測(cè)有視面的天體和近距雙星是十分重要的;其二，使出射光束為平行光，使觀測(cè)者觀測(cè)起來(lái)舒適省力。目鏡的種類(lèi)很多，比較常用的有：惠更斯目鏡，用字母H表示，MH或HM表示惠更斯目鏡的改進(jìn)型，這類(lèi)目鏡適用于低倍率或中倍率的觀測(cè)。冉斯登目鏡，以字母R表示，適于用作裝有十字絲或標(biāo)尺的目鏡，用在低倍率或中倍率的測(cè)量性觀測(cè)。凱爾納目鏡，以字母K表示，是冉斯登目鏡的改進(jìn)型，消除了冉斯登目鏡的色差，這種目鏡，視場(chǎng)大，常用在低倍率觀測(cè)上，如彗星或大面積的天體。斯坦海爾的單心目鏡，蔡斯的無(wú)畸變目鏡，阿貝無(wú)畸變目鏡，?？藷o(wú)畸變目鏡都用在高放大率的觀測(cè)上，如對(duì)行星或月球表面細(xì)節(jié)的觀測(cè)等。
一架天文望遠(yuǎn)鏡應(yīng)備有多種目鏡，這樣才能便于不同的觀測(cè)，也才能最大限度地發(fā)。揮它應(yīng)有的作用。曾見(jiàn)到這樣一個(gè)情況：某部門(mén)從國(guó)外訂購(gòu)一架較好的天文望遠(yuǎn)鏡，但是只有兩個(gè)目鏡?？墒钦f(shuō)明書(shū)中介紹它有多種目鏡。為什么只有兩個(gè)呢?賣(mài)方說(shuō)，買(mǎi)方訂貨時(shí)設(shè)寫(xiě)明。這是一個(gè)教訓(xùn)。因此，訂購(gòu)天文望遠(yuǎn)鏡時(shí)，事前一定要充分做好調(diào)研，有完整可靠的信息，有比較內(nèi)行的人把關(guān)，認(rèn)真審核好訂貨程序才行。
四、尋星鏡和導(dǎo)星鏡
天文望遠(yuǎn)鏡的主鏡擔(dān)負(fù)著觀測(cè)的主角。但是，許多天文觀測(cè)不是光靠主鏡就能全部順利完成的。它也需要有助手，這就是尋星鏡或?qū)晴R。
為了能迅速地搜尋到待觀測(cè)的天體，常常在主鏡旁附設(shè)一個(gè)小型天文望遠(yuǎn)鏡，它就是尋星鏡。尋星鏡一股都采用折射式的天文望遠(yuǎn)鏡。它的光軸與主鏡光軸平行，這樣才能保持與主鏡的目標(biāo)一致。尋星鏡物鏡的口徑一般在5～10厘米左右，視場(chǎng)在30～50左右，放大率在7～20倍左右，焦平面處裝有供定標(biāo)用的分劃板。觀測(cè)時(shí)，先用尋星鏡找到待觀測(cè)的天體，將該天體調(diào)到，視場(chǎng)中央。這時(shí)，該天體自然也就在主鏡視場(chǎng)中央。
主鏡在進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)時(shí)，為了及時(shí)糾正中的誤差，在主鏡旁設(shè)一個(gè)起監(jiān)視作用的望起鏡，它就叫導(dǎo)星鏡。天文普及用的望遠(yuǎn)鏡也就用導(dǎo)星鏡代替了導(dǎo)星鏡。望遠(yuǎn)鏡的裝置與一架理想的天文望遠(yuǎn)鏡不僅應(yīng)有優(yōu)良的光學(xué)系統(tǒng)，還必須解決好一系列機(jī)械結(jié)構(gòu)問(wèn)題。比如說(shuō)，鏡筒如何架起來(lái)呢?為了能觀測(cè)到地平上任意天體，根據(jù)對(duì)軸線方向的選擇不同，通常天文望遠(yuǎn)鏡的裝置分為兩大類(lèi)：地平裝置和赤道裝置。在地平裝置中，鏡的是天體的地平經(jīng)度，沿水平軸變化時(shí)，表示的是天體的地平緯度。由于天球的周日視運(yùn)動(dòng)，天體在地平坐標(biāo)中，兩個(gè)量都隨時(shí)而變，表示的只是瞬時(shí)位置。因此，一般說(shuō)來(lái)，地平裝置不便于做較長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)觀測(cè)。
赤道裝置就解決了這個(gè)問(wèn)題。它的一條軸和天軸平行，叫極軸。另一條軸和極軸垂直，叫赤緯軸。當(dāng)鏡筒繞極軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，這是對(duì)角的變化，繞赤緯軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，是赤緯的變化。天體的赤緯不隨周日運(yùn)動(dòng)而變化，是常量。因此，只要使鏡筒跟隨著天體繞極助運(yùn)動(dòng)即可達(dá)到使天體保持在視場(chǎng)內(nèi)的目的。這就是天體的基本原理。顯然，這就是克服由地球自轉(zhuǎn)引起的相對(duì)位置變化。地球以每4分鐘10的速度由西往東自轉(zhuǎn)著，天體也應(yīng)以每4分公10的勻速?gòu)臇|往西繞極軸運(yùn)動(dòng)。如何使鏡筒這樣轉(zhuǎn)動(dòng)呢?驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)械系統(tǒng)叫轉(zhuǎn)儀鐘。本世紀(jì)以前的轉(zhuǎn)儀鐘，其動(dòng)力靠鏈條式的重錘或發(fā)條提供，轉(zhuǎn)儀鐘的速度靠離心調(diào)速器來(lái)控制?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)儀鐘的動(dòng)力靠馬達(dá)帶動(dòng)，速度由天文鐘或無(wú)線電振蕩器來(lái)控制。導(dǎo)星就是彌補(bǔ)中的誤差問(wèn)題。
可見(jiàn)，對(duì)于天文普及工作來(lái)說(shuō)，天文望遠(yuǎn)鏡最好是能天體的赤道裝置。
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