(精编)天文望远镜的基本知识课件.ppt
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- 精编 天文望远镜 基本知识 课件
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1、越努力越幸运越努力越幸运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。越努力越幸运越努力越幸运越努力越幸运越努力越幸运越努力越幸运 1608年荷兰的眼镜年荷兰的眼镜商汉斯商汉斯. .里帕席根据里帕席根据学徒的偶然发现,学徒的偶然发现,制成了第一架望远制成了第一架望远镜。镜。 16091609年,伽利略制年,伽利略制成了两架最早的天成了两架最早的天文望远镜文望远镜
2、,发现了发现了望远镜具有望远镜具有“增加增加聚光本领和放大视聚光本领和放大视角角”的作用。的作用。 越努力越幸运 伽利略把自制的口径伽利略把自制的口径4. .5厘厘米,放大倍率米,放大倍率33倍的望远镜倍的望远镜指向天空,很快发现了月球指向天空,很快发现了月球上的环形山、围绕木星运转上的环形山、围绕木星运转的四颗卫星、金星的盈亏现的四颗卫星、金星的盈亏现象、日面上的黑子、银河由象、日面上的黑子、银河由无数暗弱恒星构成等现象。无数暗弱恒星构成等现象。 越努力越幸运 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”的概念。并提出了一种新型的望远镜
3、,这种望远镜被称为开普勒式望远镜。越努力越幸运 伽利略式:以凸透镜做物镜,凹透镜做目镜。成正像,伽利略式:以凸透镜做物镜,凹透镜做目镜。成正像,制造简单造价低廉,普通观剧镜多采用这种光学系统。制造简单造价低廉,普通观剧镜多采用这种光学系统。缺点是视场小、放大率小、不能在目镜端加装十字丝。缺点是视场小、放大率小、不能在目镜端加装十字丝。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。 开普勒式:以凸透镜做物镜,凸透镜做目镜。是将物镜开普勒式:以凸透镜做物镜,凸透镜做目镜。是将物镜所成的实像用凹透镜组的目镜放大,获得倒像,由于其所成的实像用凹透镜组的目镜放大,获得倒
4、像,由于其视场大,在目镜组中可以安装十字丝或动丝,天文观测视场大,在目镜组中可以安装十字丝或动丝,天文观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。越努力越幸运望远镜 17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,它使观测到的天体不能呈现出清晰的像,色差非常严重,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
5、尚未弄清楚,但当时人们已经发现,当透镜曲率变小,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。越努力越幸运 1673年,波兰的赫维留(年,波兰的赫维留(1611-1687)制成了一架长达)制成了一架长达46米的米的望远镜,吊在望远镜,吊在30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。越努力越幸运色差原理 1666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。望远镜的色差是由于透镜对不同颜色的光具有不同的折射
6、率而造成。越努力越幸运科学巨匠牛顿(科学巨匠牛顿(科学巨匠牛顿(1642-17271642-17271642-1727)越努力越幸运牛顿反射望远镜 为了根本消除色差,牛顿干脆不用光的折射特性,而用反射特性。 1668年,他制成了第一架反射望远镜,物镜是凹球面金属镜,物镜焦点前装一块和光轴成45 的平面反光镜,将星光反射到镜筒一边,用目镜观察。越努力越幸运格里果里反射镜 在牛顿之前,英国数学家格里果里(1638-1675)在1663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,F1是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F2处
7、。 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。越努力越幸运卡塞格林反射镜 在牛顿反射镜问世后不久,法国人卡塞格林(1625-1712)在1672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,主镜中间开有圆孔, F1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,必聚焦于副镜的另一个焦点F2处。这种反射镜目前还经常采用。越努力越幸运赫歇尔的望远镜 1781年年3月月13日,英国日,英国天文学家威廉天文学家威廉.赫歇尔赫歇尔(1738-1822)用他自)用他自制的口径制的口径15厘米的反射厘米的反射镜发现了天王
8、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。越努力越幸运 1789年赫歇尔制成当时世界上最大的望远镜。口径1.22米,焦距12.2米。越努力越幸运消色差折射镜的出现 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18世纪世纪30年代,英国
9、数学家年代,英国数学家C.M.霍尔霍尔发现,用冕牌玻璃作凸透镜,用火石玻璃作凹透镜,所制发现,用冕牌玻璃作凸透镜,用火石玻璃作凹透镜,所制成的复合透镜能消除色差。成的复合透镜能消除色差。由于消色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。越努力越幸运大型折射望远镜 19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1870年以后陆续磨制了口径66厘米、76厘米、91厘米、102厘米的折射镜。 越努力越幸运巨型反射
10、镜 20世纪的上半叶巨型反射镜又占了上风。由于磨制材料的改进,用玻璃代替了金属,并发明了玻璃镀银技术,许多大口径反射镜相继建成。1948年口径508厘米的海尔反射望远镜交付使用。 越努力越幸运望远镜越努力越幸运最大的望远镜越努力越幸运折反射望远镜 1930年德国的施密特制造出第一架折反射望远镜。同时使用反射镜和折射镜。反射镜是球面镜,放在球面曲率中心的形状奇特的透镜做“改正镜”,可以补偿反射镜引起的球差,又不会产生彗差和明显的色差。 1940年苏联光学家马克苏托夫发明马克苏托夫望远镜,和施密特望远镜类似,它的改正镜是弯月形,两个表面都是球面。制作容易。和反射镜相比,折反射镜的视场可以做的较大,
11、有利于拍摄。越努力越幸运施密特望远镜越努力越幸运射电望远镜 1931年至1932年,美国的电信工程师央斯基(1905-1950)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,接收到来自银河中心的电磁辐射,开创了射电天文学。 越努力越幸运射电望远镜 澳洲帕克斯射电望远镜 越努力越幸运密云天线阵越努力越幸运大气窗口 地球被一层厚厚的大气层包围,为我们提供了充足的氧气、适宜的温度,保护人类免受来自太空的不速之客,如流星、粒子辐射等等的袭击。但同时这层“面纱”吸收了大部分波段的电磁波,宇宙中的各类天体发射着从波长106米-10-14米范围内的电磁辐射 ,地面上只能通过两个窗口光学和射电去观察
12、星象。50年代人造卫星的上天,使得天文学从地面观测跃进到空间观测,从狭窄的光学波段、射电波段扩展到整个电磁波谱。 越努力越幸运越努力越幸运哈勃太空望远镜 越努力越幸运望远镜的几个基本参数: 望远镜的口径:指望远镜物镜所能收到的最大光束的直径。望远镜的口径: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:平行于望远镜光轴的入射光束,通过理想光学系统焦点: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
13、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:从望远镜光学系统主点到主焦点的距离称为焦距焦距:从望远镜光学系统主点到主焦点的距离称为焦距F F。越努力越幸运望远镜的几个基本参数: 相对口径:望远镜有效口径相对口径:望远镜有效口径D与焦距与焦距F之比。通常将相对之比。通常将相对口径口径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/F 焦比:将相对口径的倒数焦比:将相对口径的倒数1/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:指物镜通过目镜系统所成的像。一般出射光瞳出射光瞳:指物镜通过目镜系
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