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望远镜原理

2010-07-06  syzbl
望远镜的分类



成像原理简介


  广义上的望远镜不仅仅包括工作在可见光波段的光学望远镜,还包括射电,红外,紫外,X射线,甚至γ射线望远镜。我们探讨的只限于光学望远镜。
  1609年,伽利略制造出第一架望远镜,至今已有近四百年的历史,其间经历了重大的飞跃,根据物镜的种类可以分为三种:

1,折射望远镜
折射望远镜的物镜由透镜或透镜组组成。早期物镜为单片结构,色差和球差严重,使得观看到的天体带有彩色的光斑。为了减少色差,人们拼命增大物镜的焦距,1673年,J.Hevelius制造了一架长达46米的望远镜,整个镜筒被吊装在一根30米高的桅杆上,需要多人用绳子拉着转动升降。惠更斯干脆将物镜和目镜分开,将物镜吊在百尺高杆上。直到19世纪末,人们发明了由两块折射率不同的玻璃分别制成凸透镜和凹透镜,再组合起来的复合消色差物镜,才使得这场长度竞赛得到终止。
  折射望远镜分为伽利略结构和开普勒结构两类。其中,伽利略结构历史最悠久,其目镜为凹透镜,能直接成正立的像,但是视场小,一般为民用 的2——4倍的儿童玩具采用。而绝大多数常见的望远镜都是开普勒结构,其目镜一般是凸透镜或透镜组,由于其光路中有实象,可以安装测距或瞄准分划板用来测量距离。但是简单的开普勒结构所成的像是倒立的,需要在光路内加上正像系统使其正过来,常见的正像系统为普罗棱镜或屋脊棱镜,既起到正像的作用,又使光路折回,缩短整机长度。(见图)


2,反射望远镜
  该类镜最早由牛顿发明(见插图),其物镜是凹面反射镜,没有色差,而且将凹面制成旋转抛物面即可消除球差。凹面上镀有反光膜,通常是铝。反射望远镜镜筒较短,而且易于制造更大的口径,所以现代大型天文望远镜几乎无一例外都是反射结构。
  反射望远镜的结构里,除了主物镜外,还装有一或几个小的反射镜,用来改变光线方向便于安装目镜。由于反射式望远镜的入射光线仅在物镜表面反射,所以对光学玻璃的内部品质比折射镜要求低。1990年,美国在夏威夷建成当时口径最大的凯克望远镜,该镜采用了一些前所未有的新技术:1,主物镜由36面六边形薄镜片拼和而成,厚度仅为10厘米。2,有计算机控制背面直撑点,补偿重力引起的形变。3,能通过改变镜面曲率补偿大气扰动。这些新技术的采用使得人类发射太空望远镜的要求不再迫切。

3,折反射望远镜。
  折反射望远镜的物镜是由折射镜和反射镜组合而成。主镜是球面反射镜,副镜是一个透镜,用来矫正主镜的像差。此类望远镜视场大,光力强,适合观测流星,彗星,以及巡天寻找新天体。根据副镜的形状,折反射镜又可以分为施密特结构和马克苏托夫结构,前者视场大,像差小;后者易于制造。

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