天文望远镜基本知识.ppt

《天文望远镜基本知识.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《天文望远镜基本知识.ppt（54页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、望远镜的发展望远镜的发展天文望远镜的发展历史天文望远镜的发展历史天文学是一门古老的学科，在人类的文明史中占有重要的地天文学是一门古老的学科，在人类的文明史中占有重要的地位。观测是天文学实验方法的基本特点，不断地创造和改革位。观测是天文学实验方法的基本特点，不断地创造和改革观测手段，是天文学家致力不懈的课题。观测手段，是天文学家致力不懈的课题。天文望远镜基本知识赤道经纬仪黄道经纬仪纪限仪地平经纬仪玑衡抚辰仪天体仪地平经仪象限仪天文望远镜基本知识天文望远镜基本知识 数百年来，科学家们为了观察天体而不断更新完善天文仪器。他们使用的有折射式望眼镜、反射式望眼镜和射电望眼镜来检测照射到地球上的星光。他们

2、还使用航空器、气球、探空火箭和人造卫星来收集那些能被大气层过滤掉的射线。天文望远镜基本知识天文望远镜基本知识 1608年荷兰的眼镜商汉斯.里帕席根据学徒的偶然发现，制成了第一架望远镜。1609年，伽利略制成了两架最早的天文望远镜，发现了望远镜具有“增加聚光本领和放大视角”的作用。天文望天文望远镜基本知基本知识 伽利略把自制的口径4.5厘米，放大倍率33倍的望远镜指向天空，很快发现了月球上的环形山、围绕木星运转的四颗卫星、金星的盈亏现象、日面上的黑子、银河由无数暗弱恒星构成等现象。天文望远镜基本知识德国的开普勒（1571-1630）在伽利略制成天文望远镜 后两年，出版了光学一书，首次提出了“像差

3、”的概念。并提出了一种新型的望远镜，这种望远镜被称为开普勒式望远镜。伽伽利利略略式式：以以凸凸透透镜镜做做物物镜镜，凹凹透透镜镜做做目目镜镜。成成正正像像，制制造造简简单单造造价价低低廉廉，普普通通观观剧剧镜镜多多采采用用这这种种光光学学系系统统。缺缺点点是是视视场场小小、放放大大率率小小、不不能能在在目目镜镜端端加加装装十十字字丝丝。目前在天文观测中不采用这种类型的望远镜。目前在天文观测中不采用这种类型的望远镜。开开普普勒勒式式：以以凸凸透透镜镜做做物物镜镜，凸凸透透镜镜做做目目镜镜。是是将将物物镜镜所所成成的的实实像像用用凹凹透透镜镜组组的的目目镜镜放放大大，获获得得倒倒像像，由由于于其其

4、视视场场大大，在在目目镜镜组组中中可可以以安安装装十十字字丝丝或或动动丝丝，天天文文观观测测中多采用此种类型的望远镜。中多采用此种类型的望远镜。1717世纪望远镜刚出现时，不仅口径较小，而且成像质量相世纪望远镜刚出现时，不仅口径较小，而且成像质量相当差。因为当时的物镜都是单透镜，像差，特别是其中的当差。因为当时的物镜都是单透镜，像差，特别是其中的色差非常严重色差非常严重，它使观测到的天体不能呈现出清晰的像，它使观测到的天体不能呈现出清晰的像，而是带五颜六色光圈的像斑。而是带五颜六色光圈的像斑。这种像差的成因当时尚未弄清楚，但当时人们已经发现，这种像差的成因当时尚未弄清楚，但当时人们已经发现，当

5、透镜曲率变小，焦距变长时，色差就会减小，成像质量当透镜曲率变小，焦距变长时，色差就会减小，成像质量就比较好。于是天文学家相继采用长焦距的望远镜。就比较好。于是天文学家相继采用长焦距的望远镜。天文望远镜基本知识16731673年，波兰的赫维留（年，波兰的赫维留（1611-1611-16871687）制成了一架长达）制成了一架长达4646米的米的望远镜，吊在望远镜，吊在3030米高的桅杆上，米高的桅杆上，要许多人用绳子拉着它起落升要许多人用绳子拉着它起落升降。降。天文望远镜基本知识16661666年，牛顿证明天体的光并非单色光，而是由各种年，牛顿证明天体的光并非单色光，而是由各种颜色的光混合而成。

6、望远镜的色差是由于透镜对不同颜色的光混合而成。望远镜的色差是由于透镜对不同颜色的光具有颜色的光具有不同的折射率不同的折射率而造成。而造成。天文望远镜基本知识天文望远镜基本知识为了根本消除色差，牛顿干脆不为了根本消除色差，牛顿干脆不用光的折射特性，而用用光的折射特性，而用反射特性反射特性。16681668年，他制成了第一架反射望年，他制成了第一架反射望远镜，物镜是凹球面金属镜，物远镜，物镜是凹球面金属镜，物镜焦点前装一块和光轴成镜焦点前装一块和光轴成4545的的平面反光镜，将星光反射到镜筒平面反光镜，将星光反射到镜筒一边，用目镜观察。一边，用目镜观察。天文望远镜基本知识在牛顿之前，英国数学家格里

7、果里（在牛顿之前，英国数学家格里果里（1638-16751638-1675）在）在16631663年提出一种反射望远镜的设计方案，以抛物面为年提出一种反射望远镜的设计方案，以抛物面为主镜，椭球镜面镜为副镜，主镜中央开有圆孔，主镜，椭球镜面镜为副镜，主镜中央开有圆孔，F F1 1是是主镜的焦点暨副镜的一个焦点，光线经副镜会聚后，主镜的焦点暨副镜的一个焦点，光线经副镜会聚后，必聚焦于副镜的另一个焦点必聚焦于副镜的另一个焦点F F2 2处。处。由于主镜副镜都是非球面镜，当时的工艺水平无法磨由于主镜副镜都是非球面镜，当时的工艺水平无法磨制，所以格里果里并没有制成这种望远镜。制，所以格里果里并没有制成这

8、种望远镜。天文望远镜基本知识在牛顿反射镜问世后不久，法国人卡塞格林（在牛顿反射镜问世后不久，法国人卡塞格林（1625-1625-17121712）在）在16721672年提出了又一种反射望远镜的设计方案，年提出了又一种反射望远镜的设计方案，主镜是抛物面镜，副镜是凸双曲面镜，主镜中间开有主镜是抛物面镜，副镜是凸双曲面镜，主镜中间开有圆孔，圆孔，F F1 1是主镜的焦点暨副镜的一个焦点，根据双曲是主镜的焦点暨副镜的一个焦点，根据双曲面的光学特性，光线经副镜会聚后，必聚焦于副镜的面的光学特性，光线经副镜会聚后，必聚焦于副镜的另一个焦点另一个焦点F F2 2处。这种反射镜目前还经常采用。处。这种反射镜

9、目前还经常采用。天文望远镜基本知识17811781年年3 3月月1313日，英国日，英国天文学家威廉天文学家威廉.赫歇尔赫歇尔（1738-18221738-1822）用他自）用他自制的口径制的口径1515厘米的反射厘米的反射镜发现了天王星，把太镜发现了天王星，把太阳系的尺度扩大了一倍。阳系的尺度扩大了一倍。发现了天王星后，赫歇发现了天王星后，赫歇尔磨制的望远镜口径越尔磨制的望远镜口径越来越大，他是使反射镜来越大，他是使反射镜大型化的始祖。大型化的始祖。17891789年赫歇尔年赫歇尔制成当时世界制成当时世界上最大的望远上最大的望远镜。口径镜。口径1.221.22米，焦距米，焦距12.212.2

10、米。米。天文望远镜基本知识1919世纪下半叶是大型折射望远镜的时代，美国的光学制造家世纪下半叶是大型折射望远镜的时代，美国的光学制造家克拉克父子在克拉克父子在18701870年以后陆续磨制了口径年以后陆续磨制了口径6666厘米、厘米、7676厘米、厘米、9191厘米、厘米、102102厘米的折射镜。厘米的折射镜。天文望远镜基本知识2020世纪的上半叶巨型世纪的上半叶巨型反射镜又占了上风。反射镜又占了上风。由于磨制材料的改进，由于磨制材料的改进，用玻璃代替了金属，用玻璃代替了金属，并发明了玻璃镀银技并发明了玻璃镀银技术，许多大口径反射术，许多大口径反射镜相继建成。镜相继建成。19481948年年

11、口径口径508508厘米的海尔厘米的海尔反射望远镜交付使用。反射望远镜交付使用。天文望远镜基本知识天文望远镜基本知识天文望远镜基本知识牛顿从理论上弄清了色差的成因，但错误的做出折射物镜牛顿从理论上弄清了色差的成因，但错误的做出折射物镜色差无法消除的结论。由于牛顿极高的威望，不少人盲从色差无法消除的结论。由于牛顿极高的威望，不少人盲从了他的观点。直到了他的观点。直到1818世纪世纪3030年代，英国数学家年代，英国数学家C.M.C.M.霍尔发霍尔发现，用冕牌玻璃作凸透镜，现，用冕牌玻璃作凸透镜，用火石玻璃作凹透镜，所制成用火石玻璃作凹透镜，所制成的复合透镜能消除色差的复合透镜能消除色差。由于消色

12、差折射物由于消色差折射物镜的制成，人们再镜的制成，人们再也不用为减少色差也不用为减少色差而拼命加长物镜的而拼命加长物镜的焦距了。从此后，焦距了。从此后，折射望远镜的镜筒折射望远镜的镜筒便大大缩短了。便大大缩短了。天文望远镜基本知识19301930年年德德国国的的施施密密特特制制造造出出第第一一架架折折反反射射望望远远镜镜。同同时时使使用用反反射射镜镜和和折折射射镜镜。反反射射镜镜是是球球面面镜镜，放放在在球球面面曲曲率率中中心心的的形形状状奇奇特特的的透透镜镜做做“改改正正镜镜”，可可以补偿反射镜引起的球差，又不会产生明显的色差。以补偿反射镜引起的球差，又不会产生明显的色差。19401940年

13、年苏苏联联光光学学家家马马克克苏苏托托夫夫发发明明马马克克苏苏托托夫夫望望远远镜镜，和和施施密密特特望望远远镜镜类类似似，它它的的改改正正镜镜是是弯弯月月形形，两两个个表表面面都都是是球球面面。制制作作容容易易。和和反反射射镜镜相相比比，折折反射镜的视场可以做的较大，有利于拍摄。反射镜的视场可以做的较大，有利于拍摄。天文望远镜基本知识天文望远镜基本知识天文望远镜基本知识1931年至年至1932年，美国的电信工程师央斯基（年，美国的电信工程师央斯基（1905-1950）在研）在研究无线电短波通讯中的各项干扰因素时，用无线接收天线，接究无线电短波通讯中的各项干扰因素时，用无线接收天线，接收到来自银

14、河中心的电磁辐射，开创了射电天文学。收到来自银河中心的电磁辐射，开创了射电天文学。天文望远镜基本知识 宇宙中的各类天体发射着从波长宇宙中的各类天体发射着从波长10106 6米米-10-10-14-14米范围米范围内的电磁辐射内的电磁辐射 ,地面上只能通过两个窗口地面上只能通过两个窗口光学和射电光学和射电去观察星象。射电望远镜是指观测和研究来自去观察星象。射电望远镜是指观测和研究来自天体的天体的射电波射电波的基本设备，可以测量天体射电的强度、频谱的基本设备，可以测量天体射电的强度、频谱及偏振等量。及偏振等量。甚大天线阵甚大天线阵天文望远镜基本知识天文望远镜基本知识天文望远镜基本知识望远镜的口径：

15、望远镜的口径：指望远镜物镜所能收到的最大光束的直径。指望远镜物镜所能收到的最大光束的直径。通常将经过镜框限制后所能接收到的最大光束的直径称为通常将经过镜框限制后所能接收到的最大光束的直径称为有效口径有效口径D D或入射光瞳。或入射光瞳。焦点：焦点：平行于望远镜光轴的入射光束，通过理想光学系统平行于望远镜光轴的入射光束，通过理想光学系统后汇聚在光轴上的那一点称为焦点。位于主轴上的焦点称后汇聚在光轴上的那一点称为焦点。位于主轴上的焦点称为主焦点。为主焦点。焦距：焦距：从望远镜光学系统主点到主焦点的距离称为焦距从望远镜光学系统主点到主焦点的距离称为焦距F F。天文望远镜基本知识相对口径：相对口径：望

16、远镜有效口径望远镜有效口径D D与焦距与焦距F F之比。通常将相对口之比。通常将相对口径径A A称为相对孔径、光力或口径比。记为称为相对孔径、光力或口径比。记为 A=D/FA=D/F焦比：焦比：将相对口径的倒数将相对口径的倒数1/A1/A称为焦比或相对焦距。照相称为焦比或相对焦距。照相机镜头上称为光圈。机镜头上称为光圈。出射光瞳：出射光瞳：指物镜通过目镜系统所成的像。一般出射光瞳指物镜通过目镜系统所成的像。一般出射光瞳d d的直径不能很大，最大值最好小于人眼瞳孔的直径，否的直径不能很大，最大值最好小于人眼瞳孔的直径，否则从望远镜射出的光将不能全部进入人眼。则从望远镜射出的光将不能全部进入人眼。

17、天文望远镜基本知识聚光本领：聚光本领：望远镜收集的光能与人眼瞳孔所接收的光能力之望远镜收集的光能与人眼瞳孔所接收的光能力之比称为望远镜的聚光本领比称为望远镜的聚光本领P P。望远镜的聚光本领可以用公。望远镜的聚光本领可以用公式式P=DP=D2 2/d/d眼眼2 2表示。表示。人眼瞳孔直径人眼瞳孔直径d d眼眼在白天约为在白天约为2.52.5毫米，夜晚约毫米，夜晚约为为5 5毫米，在完全适应黑暗环境的条件下，瞳孔最大直径毫米，在完全适应黑暗环境的条件下，瞳孔最大直径不超过不超过8 8毫米。毫米。在理想条件下，有效口径在理想条件下，有效口径8080毫米望远镜的聚毫米望远镜的聚光本领光本领P=(80

18、/8)P=(80/8)2 2=100=100，可见望远镜发挥了增加聚光本领，可见望远镜发挥了增加聚光本领的作用。的作用。天文望远镜基本知识放大率：放大率：放大率放大率=F=F物物/F/F目目 望远镜的有效放大倍数与望远镜物镜的望远镜的有效放大倍数与望远镜物镜的有效口径有关，口径越大有效放大倍数越大，如果有效口径有关，口径越大有效放大倍数越大，如果硬将小口径望远镜的倍数调大，星像的细节部分还硬将小口径望远镜的倍数调大，星像的细节部分还是看不到，反而会使观测天体变得很暗，而且由于是看不到，反而会使观测天体变得很暗，而且由于光的衍射效应，星像会变得模糊。光的衍射效应，星像会变得模糊。天文望远镜基本知

19、识分辨角：分辨角：把望远镜能分清为两个物点的最小角距离称把望远镜能分清为两个物点的最小角距离称为分辨角，也叫分辨率。为分辨角，也叫分辨率。视场：视场：用目视望远镜观测星空时所能见到的天空部分用目视望远镜观测星空时所能见到的天空部分的角直径叫视场。当目镜的工作视场一定时，望远镜的角直径叫视场。当目镜的工作视场一定时，望远镜的视场与放大率成反比。的视场与放大率成反比。望远镜主要解决望远镜主要解决“看得见看得见”和和“看得清看得清”两方面的问两方面的问题。题。前者指接收到光子的数量有多少，后者指光子在视网前者指接收到光子的数量有多少，后者指光子在视网膜上集合成像的清晰度。膜上集合成像的清晰度。望远镜

20、的口径越大，接收到望远镜的口径越大，接收到的光子数越多，的光子数越多，“看得见看得见”的本领就越高的本领就越高。“看得清看得清”的问题和光学系统的质量，如玻璃的品质、的问题和光学系统的质量，如玻璃的品质、加工精度、装配精度、保养状况有关，但即使是理想加工精度、装配精度、保养状况有关，但即使是理想的光学系统，仍有一个不可逾越的限制，即光的衍射的光学系统，仍有一个不可逾越的限制，即光的衍射效应。效应。重点重点天文望远镜基本知识 为了使望远镜能够观测天球上任意位置的为了使望远镜能够观测天球上任意位置的天体，它必须能够绕两条互相垂直的轴线旋转。根据天体，它必须能够绕两条互相垂直的轴线旋转。根据轴线方向

21、选择的不同，望远镜的装置分为两类：轴线方向选择的不同，望远镜的装置分为两类：地平地平式装置和赤道式装置。式装置和赤道式装置。天文望远镜基本知识一条轴线沿铅垂一条轴线沿铅垂线方向，称为竖线方向，称为竖直轴；另一条轴直轴；另一条轴线沿水平方向，线沿水平方向，称为水平轴。称为水平轴。当当绕竖直轴旋转时，绕竖直轴旋转时，望远镜的地平纬望远镜的地平纬度不变，地平经度不变，地平经度改变；当绕水度改变；当绕水平轴旋转时，望平轴旋转时，望远镜的地平经度远镜的地平经度不变，地平纬度不变，地平纬度改变。改变。天文望远镜基本知识天文望远镜基本知识天体观测一般都需要天体观测一般都需要较长的时间，由于天较长的时间，由于

22、天体的周日视运动，望体的周日视运动，望远镜最好能跟踪，最远镜最好能跟踪，最方便的办法是把一条方便的办法是把一条旋转轴沿平行于天轴旋转轴沿平行于天轴的方向放置，这就是的方向放置，这就是“极轴极轴”，这种装置，这种装置称为赤道式装置，另称为赤道式装置，另一条轴线位于天球的一条轴线位于天球的赤道面内，就是赤道面内，就是“赤赤纬轴纬轴”。当绕极轴旋当绕极轴旋转时，望远镜的赤纬转时，望远镜的赤纬不变，赤经改变；当不变，赤经改变；当绕赤纬轴旋转时，望绕赤纬轴旋转时，望远镜的赤经不变，赤远镜的赤经不变，赤纬改变。纬改变。天文望远镜基本知识天文望远镜基本知识天文望远镜基本知识现在现在常见的是开普勒式双筒镜常见

23、的是开普勒式双筒镜，它的视场比伽利略式的大，而且，它的视场比伽利略式的大，而且成像更加清晰，但开普勒式双筒镜成的是倒立的像，为了得到正成像更加清晰，但开普勒式双筒镜成的是倒立的像，为了得到正像，在它的光路中加有转像棱镜或转像透镜，这些转像装置在地像，在它的光路中加有转像棱镜或转像透镜，这些转像装置在地面观测中是必不可少的。但像的倒正对天文观测来说无关紧要，面观测中是必不可少的。但像的倒正对天文观测来说无关紧要，不过正像望远镜可以给初学者找星带来方便。不过正像望远镜可以给初学者找星带来方便。双筒镜采用的是双筒镜采用的是折射系统折射系统，可分为伽利略式和开普勒式可分为伽利略式和开普勒式两种。伽利略

24、式双筒镜结构两种。伽利略式双筒镜结构简单，光能损失小、镜筒较简单，光能损失小、镜筒较短、价格也较低，但是，它短、价格也较低，但是，它的放大率一般不能超过的放大率一般不能超过6倍，倍，放大率再增加，视场就会迅放大率再增加，视场就会迅速减小，视场边缘变暗。成速减小，视场边缘变暗。成像质量也会下降，所以这种像质量也会下降，所以这种双筒镜用得较少。双筒镜用得较少。双筒镜的口径、放大率和视场一般都标在镜身上。口双筒镜的口径、放大率和视场一般都标在镜身上。口径和放大率用两组数字表示，例如径和放大率用两组数字表示，例如“10105050”表示这表示这架双筒镜的放大率为架双筒镜的放大率为1010倍。口径是倍。

25、口径是5050毫米；再如毫米；再如“151540406060”表示放大率在表示放大率在1515倍至倍至4040倍之间可调，倍之间可调，口径是口径是6060毫米。毫米。视场是反映望远镜性能的另一个重要参数。与天文望视场是反映望远镜性能的另一个重要参数。与天文望远镜不同，双筒镜的视场经常不以远镜不同，双筒镜的视场经常不以“度度”作单位给出，作单位给出，而是给出在而是给出在10001000米米(码）处能看到的景物的最大宽度。码）处能看到的景物的最大宽度。如如“131m/1000m131m/1000m”或或“393Ft./1000Yd.393Ft./1000Yd.”表示用这架表示用这架双筒镜能看到双筒镜能看到10001000米米(码码)处的景物的最大宽度为处的景物的最大宽度为131131米米(393(393英尺英尺)。天文望远镜基本知识天文望远镜基本知识天文望远镜基本知识天文望远镜基本知识天文望远镜基本知识1 1、最早把望远镜用于天文观测人是谁？、最早把望远镜用于天文观测人是谁？2 2、天文望远镜有哪几种类型？、天文望远镜有哪几种类型？3 3、可以测量天体射电的强度、频谱及偏振的望、可以测量天体射电的强度、频谱及偏振的望远镜？远镜？（伽利略）（伽利略）（折射、反射、折反射）（折射、反射、折反射）（射电望远镜）（射电望远镜）