谁能告诉我关于天文望远镜的基本知识?
基础知识
根据物镜结构的不同,天文望远镜大致可以分为三类:以透镜为物镜的称为折射式望远镜;用一面镜子作为物镜的叫做反射望远镜;它包含一个透镜和一个反射镜,这就是所谓的折反射望远镜。一些天文爱好者经常会买一个镜头,以为这样就解决了望远镜物镜的问题。事实上,一个镜头成像会产生像差。目前,正常折射天文望远镜的物镜大多由2 ~ 4片透镜组成。相比之下,折射式天文望远镜应用广泛,使用方便,更适合天文普及。
反射式望远镜的光路可分为牛顿系统和卡-塞格林系统。总的来说,对于天文学的普及,特别是对于观测经验不足的业余爱好者来说,牛顿型反射式望远镜使用起来不方便,其物镜需要经常镀膜,维护起来也比较麻烦。反折射反射望远镜由透镜和反射镜组成。天体的光被折射和反射。这种望远镜具有光焦度强、视场大、消除几种主要像差的优点。这种望远镜分为施密特系统、马克苏托夫系统和施密特-卡德-塞格林系统。根据我们多年的实践经验,中国科学院南京天文仪器厂生产的120折射式天文望远镜是天文普及和天文爱好者的一种方便实用的仪器。
望远镜的光学性能
天文观测的对象中,有的天体有视平面,有的没有可分辨的视平面;有些天体有极强的光,有些则极弱;有些会自己发光,有些会反光。观测者应根据观测目的选择不同的望远镜或采用不同的方法进行观测;一般来说,万能天文观测多是综合性的,要考虑“一镜多用”。在选择天文望远镜时,我们必须充分了解它的基本光学特性。
光圈是指物镜的有效直径,常用d表示;
相对孔径是指物镜的有效孔径与其焦距的比值,也称为焦比,常以a表示;即a = d/f
一般来说,折射望远镜的相对孔径比较小,通常在1/15到1/20之间,而反射望远镜的相对孔径比较大,通常在1/3.5到1/5之间。在观测具有一定观看面的天体时,观看面的线大小与F成正比,其面积与F2成正比。图像的光度与收集的光量成正比,即与D2成正比,与图像的面积成反比,即与F2成反比。
放大率是指视觉望远镜的物理量,即角度的放大倍数。它等于物镜的焦距与目镜的焦距之比。
很多人提到天文望远镜,首先考虑的就是放大倍数。其实天文望远镜和显微镜是不一样的。在地面上进行天文观测的效果,受到地球大气的清澈宁静和观测场地环境的影响。而且一个天文望远镜有几个不同焦距的目镜,也就是有几个不同的放大率。观察时,最大放大倍数绝不是最好的,以最清晰的观察目标为准。
分辨角是指望远镜能够分辨的最小角距离。目视观测时,望远镜的分辨角= 140(角秒)/D(毫米),D为物镜的有效孔径。
视场是指天文望远镜看到的星空的角直径。
穿透是指在晴朗的夜晚,望远镜在天顶方向可以看到最微弱的星等。穿透能力主要和望远镜的有效口径有关。
如南京天文仪器有限公司生产的120折反射式望远镜的光学特性为:主镜有效孔径为120mm,焦距为1500mm,相对孔径为1/12.5,目镜放大倍数为37.5倍、60倍、65435倍。其取景器物镜有效孔径35mm,焦距175mm,放大倍数7倍,视场500。
天文望远镜的目镜
人们在了解天文望远镜的基本光学性能时,往往只关注物镜,而忽略了作为望远镜终端设备之一的目镜。结果就是,再好的望远镜也发挥不出应有的技能,只能仰望天空叹息。
天文望远镜的目镜主要有两个作用:一是放大物镜形成的像,这对于观测有观察面的天体和较近的双星非常重要;其次,出射光束为平行光,使观察者舒适省力。目镜有很多种,其中惠更斯目镜比较常用,用字母H表示,MH或HM表示改进的惠更斯目镜,适用于低倍或中倍的观察。兰斯登目镜,用字母R表示,适合用作带有十字准线或标尺的目镜,用于低倍率或中倍率的测量观察。字母K表示的Chelner目镜是Ransden目镜的改进版本,它消除了Ransden目镜的色差。这种目镜视场大,常用于低倍率观测,如彗星或大面积天体。Steinhale的单筒镜头,Chase的不失真目镜,Abbe的不失真目镜,Hick的不失真目镜都是用于高倍放大的观察,比如对行星或者月球表面细节的观察。
一台天文望远镜应该配备多种目镜,以便于不同的观测,最大限度地发挥作用。发挥其应有的作用。我见过这样一个情况:某部门从国外订购了一台比较好的天文望远镜,但是只有两个目镜。不过手册介绍它有多种目镜。为什么只有两个?卖家说买家下单的时候就设定好了。这是一个教训。因此,订购天文望远镜时,一定要事先做好调研,有完整可靠的资料,有专家把关,仔细审核订购程序。
寻星器和引导镜
天文望远镜的主镜负责观测的主要作用。但是,很多天文观测并不是单靠主镜就能顺利完成的。它还需要一个助手,这个助手就是寻星者或者导星者。
为了快速搜索要观测的天体,往往会在主镜上附加一个小型天文望远镜,也就是寻星器。每个寻星镜都使用折射式天文望远镜。它的光轴与主镜的光轴平行,从而与主镜的目标保持一致。取景器的物镜孔径一般在5 ~ 10 cm左右,视场在30 ~ 50左右,放大倍数在7 ~ 20倍左右。用于校准的十字线安装在焦平面上。观测时,先用寻星器找到要观测的天体,调整到视场中心。此时天体自然处于主镜的视场中心。
主镜在长时间观测时,为了及时修正跟踪中的误差,在主镜旁边设置一个起监视作用的瞭望镜,称为导星镜。用于天文普及的望远镜也是用导星镜代替导星镜。望远镜的安装与跟踪一台理想的天文望远镜不仅要有优秀的光学系统,还要解决一系列的机械结构问题。比如镜筒怎么竖起来?为了观测地平线上的任何天体,根据轴方向的选择,天文望远镜装置通常分为两类:地平线装置和赤道装置。在地平仪中,天体的地平经度是镜像的,当它沿横轴变化时,就代表天体的地平纬度。由于周日天球的视运动,天体的两个量在地平线坐标中随时变化,只表示瞬时位置。所以一般来说,地平仪不方便长时间连续观测。
赤道装置解决了这个问题。它的一个轴平行于天轴,被称为极轴。另一个轴垂直于极轴,称为赤纬轴。镜筒绕极轴旋转时是对角线变化,绕赤纬轴旋转时是赤纬变化。天体的赤纬不随周日运动而变化,而是一个常数。因此,只要镜筒跟随天体绕过极点,就可以将天体保持在视场内。这是追踪天体的基本原理。很明显,这是为了克服地球自转引起的相对位置变化。地球以每四分钟10的速度自西向东自转,跟踪天体也要以每四分钟10的匀速自东向西绕极轴运动。怎么让镜头筒这样旋转?驱动跟踪装置的机械系统叫做转速表。在本世纪以前,转钟的动力由链式重锤或发条提供,转钟的速度由离心调速器控制。目前,旋转钟由电机驱动,速度由天文钟或无线电振荡器控制。导星是为了弥补跟踪的误差。
可见,对于天文普及来说,最好是将天文望远镜与能够追踪天体的赤道装置相匹配。