我国的“天眼”,是什么类型的望远镜?
“中国天安”的学名是500米口径射电望远镜。与通过可见光观测的普通光学望远镜不同,射电望远镜接受宇宙中看不见的电波,“观察”宇宙。我们上面的厚大气有两个“窗户”。一个是可见光窗口,人类数千年来通过这个窗口观测宇宙。无线天文学先驱卡尔扬斯基偶然发现来自银河系中心的信号,射电天文学的帷幕拉开,促进了人类对宇宙起源和生命起源的认识。“中国天安”是射电天文学的“中长期”。它的基本原理是什么?我们都知道平行电磁波遇到抛物线反射时聚焦的位置。
对于射电望远镜,可以将反射面变成抛物线形状,然后在焦点位置放置接收器,收集天体发出的电磁波信号进行天文观测。抛物线的面积越大,收集的信号越多,就能感知到更暗、更远的天体。因此,卡尔扬斯基偶然发现射电天文观测窗口以来,各国天文学家一直在努力制作反射面尽可能大的射电望远镜。与此同时,随着人类大规模使用无线电,产生了越来越多的无线电波,妨碍了宇宙信号的接收。国际无线大会上,包括中国在内的多个国家提议在地球电磁波环境被破坏之前制作超口径射电望远镜。
以李南仁东老师为代表的中国科学家开始探索“中国的天安”,开启了“使不可能成为可能”的旅程。据官方介绍,“中国天安”反射面由4450个反射单位组成,总面积为25万平方米,与30个标准足球场一样大。30吨供应室由6个钢索控制,可在140米高空、206米的尺度范围内实时定位。可以看到更远更暗的天体,“中国天安”可以在一分钟内看到可以发现的星星,可以将坐标提供给100米口径的射电望远镜,对方也需要9分钟才能看到。准确度非常准确,在500米的尺度上用8角秒准确测量角度,10毫米的位置准确度要求最高3.8毫米。
天文望远镜主要可以分为两种,一种是用来看星星的。也就是说,可以直接观测恒星、行星等天体。这种望远镜观测比较远,但范围比较有限,另一种望远镜是射电望远镜。例如我国自主开发的中国天安,可以说是世界上最强大的射电望远镜,中国天安的诞生为中国探索宇宙打开了新的窗口。中国的天安投入这么久,有什么重大发现吗?中国的天安直径达500多米,面积相当于30个标准足球场大小,反射面总面积约25万平方米,位于贵州省南部彝族苗族自治州平塘县克道津的喀斯特洼地它的功能是找到宇宙的信号。
是射电望远镜。它位于贵州省,工程为国家重大科技基础设施,“天眼”工程由主动反射面系统、馈源支撑系统、测量与控制系统、接收机与终端及观测基地等几大部分构成。
望远镜分为光学望远镜和射电望远镜,中国天眼就是很典型的射电望远镜,射电望远镜可以接收的波段范围非常大,比光学望远镜的范围宽得多。
中国天眼FAST世界上最大口径的射电望远镜,整个面积有30个足球场那么大。具体地址位于在中国贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇金科村。
什么是折射式天文望远镜?
折射望远镜,是用透镜作物镜的望远镜。分为2种类型:①由凹透镜作目镜的,称伽利略望远镜;②由凸透镜作目镜的,称开普勒望远镜。因单透镜物镜色差和球差都相当严重,现代的折射望远镜常用2块或2块以上的透镜组作物镜。
其中以双透镜物镜应用最普遍。它由相距很近的一块冕牌玻璃制成的凸透镜和一块火石玻璃制成的凹透镜组成,对2个特定的波长完全消除位置色差,对其余波长的位置色差也可相应减弱。
在满足一定设计条件时,还可消去球差和彗差。由于剩余色差和其他像差的影响,双透镜物镜的相对口径较小,一般为1/15~1/20,很少大于1/7,可用视场也不大。口径小于8厘米的双透镜物镜可将2块透镜胶合在一起,称双胶合物镜;留有一定间隙没有胶合的称双分离物镜。
为了增大相对口径和视场,可采用多透镜物镜组。对于伽利略望远镜来说,结构非常简单,光能损失少。镜筒短,很轻便。而且成正像,但倍数小,视野窄,一般用于观剧镜和玩具望远镜。
对于开普勒望远镜来说,需要在物镜后面添加棱镜组或透镜组来转像,使眼睛观察到的是正像。一般的折射望远镜都是采用开普勒结构。由于折射望远镜的成像质量比反射望远镜好,视面大,使用方便,易于维护,中小型天文望远镜及许多专用仪器多采用折射系统。但大型折射望远镜制造起来比反射望远镜困难得多,因为冶炼大口径的优质透镜非常困难,且存在玻璃对光线的吸收问题,所以大口径望远镜都采用反射式。
1608年,荷兰磨镜师伯希偶然发现用2块镜片可以看清远处的景物,受此启发,他制造了人类历史上第一架望远镜。
1609年,伽利略制作了一架口径4.2厘米,长约1.2米的望远镜。他是用平凸透镜作为物镜,凹透镜作为目镜,这种光学系统称为伽利略式望远镜。伽利略用这架望远镜指向天空,得到了一系列的重要发现,天文学从此进入了望远镜时代。
1611年,德国天文学家开普勒用2片双凸透镜分别作为物镜和目镜,使放大倍数有了明显的提高,以后人们将这种光学系统称为开普勒式望远镜。现在人们用的折射式望远镜还是这两种形式,天文望远镜是采用开普勒式。
需要指出的是,由于当时的望远镜采用单个透镜作为物镜,存在严重的色差,为了获得好的观测效果,需要用曲率非常小的透镜,这势必会造成镜身的加长。所以在很长的一段时间内,天文学家一直在梦想制作更长的望远镜,但多次尝试均以失败告终。
1757年,杜隆通过研究玻璃和水的折射和色散,建立了消色差透镜的理论基础,并用冕牌玻璃和火石玻璃制造了消色差透镜。但是,由于技术方面的限制,很难铸造较大的火石玻璃,在消色差望远镜的初期,最多只能磨制出10厘米的透镜。
19世纪末,随着制造技术的提高,制造较大口径的折射望远镜成为可能,随之就出现了一个制造大口径折射望远镜的高潮。世界上现有的8架70厘米以上的折射望远镜中有7架是在1885~1897年期间建成的,其中最有代表性的是1897年建成的口径102厘米的叶凯士望远镜和1886年建成的口径91厘米的里克望远镜。
折射望远镜的优点是焦距长,底片比例尺大,对镜筒弯曲不敏感,最适合于做天体测量方面的工作。但是它总是有残余的色差,同时对紫外、红外波段的辐射吸收很厉害。而巨大的光学玻璃浇制也十分困难,到1897年叶凯士望远镜建成,折射望远镜的发展达到了顶点,此后的这100年中再也没有更大的折射望远镜出现。这主要是因为从技术上无法铸造出大块而又完美无缺的玻璃做透镜,并且,由于重力使大尺寸透镜的变形会非常明显,因而丧失焦点,无法正确观测目标。
知识点
透镜
透镜是用透明物质制成的表面为球面一部分的光学元件。共六种透镜。在天文、军事、交通、医学、艺术等领域发挥着重要作用。透镜是由透明物质(如玻璃、水晶等)制成的一种光学元件。透镜是折射镜,其折射面是两个球面(球面一部分),或一个球面(球面一部分)一个平面的透明体。它所成的像有实像也有虚像。透镜一般可以分为两大类:凸透镜和凹透镜。