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《上知天文》十三、你必须了解的天文望远镜-光学篇

2019-05-18  东西二王

1609年,伽利略制作了人类历史上第一一架光学望远镜,他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。随着人类科学技术的进步,我们的望远镜种类已经从几百年前的光学望远镜发展出射电望远镜和空间天文望远镜。对于业余天文爱好者来说,有两件东西是我们最希望拥有的。一是,满书架的天文学书籍和星图;二是,一架适合入门的天文望远镜。本文向各位小伙伴们介绍光学天文望远镜的相关知识。

一、折射望远镜

经过400多年的发展,折射式望远镜技术非常成熟,技术含量非常高,是特别适合业余天文爱好者入手的望远镜。现今所有的折射式望远镜都是使用凸透镜当做目镜,成像上下左右颠倒,但这样对我们天体观测是没有影响的,因为目镜是凸透镜可以把两枚以上的透镜放在一起成一组而扩大视野,并且能改善像差除却色差。主透镜的直径为50~80毫米的折射式是最常见的入门级别望远镜。

《上知天文》十三、你必须了解的天文望远镜-光学篇

图13.1 折射式天文望远镜

1、消色差折射式望远镜

这种折射望远镜的物镜,是由两块不同折光率的玻璃镜片组成,之间有一个空气薄层,以减少色差,使红蓝两色的 影像聚在同一焦点上,在口径小于100毫米时,这种设计非常有效。严格来说,这类镜头影像外围仍有一个很淡紫色的光晕,尤其是在观测明亮的天体和月球的边缘的时候这种情况会比较明显。

2、复消色差折射式望远镜

为了把色差消减到可以忽略的程度,就需要使用更高级的镜头,这种镜头是由两块或三块不同折光率的玻璃镜片组成或采用较低色散的玻璃或甚至采用萤石晶体来制造,可消除红、绿、蓝三色的色差。这些镜头称为复消色差镜头,使得望远镜的长度缩短及重量较轻,镜筒能够密封维修保养方面较为方便,更适宜于搬往野外使用,所以受到了很多业余天文爱好者的欢迎,但价格很不亲民。

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图13.2 反射式望远镜

二、牛顿反射式望远镜

1668年,牛顿经过多次磨制非球面的透镜均告失败后,决定采用球面反射镜作为主镜。他用2.5cm直径的金属,磨制成一块凹面反射镜,并在主镜的焦点前面放置了一个与主镜成45度角的反射镜,使经主镜反射后的会聚光经反射镜以90度角反射出镜筒后到达目镜。

由于有了这个射出镜筒的缩焦器的设计,牛顿式望远镜特别适合观测头顶目标的星空,观测起来位置很舒适。在使用折射式的时候,是比较困难的。(大家可以脑补一下画面)

牛顿式望远镜的结构简单,制作比较容易,成本低,所以很多国内外天文爱好者自制的天文望远镜大多采用此系统。但由于轴外像差较大,视场不宜做得过大,且眼望方向与镜筒指向方向不一致,使观测者寻星较为困难。但是,相对孔径较大的抛物面牛顿系统,往往被采用作为口径较大的物镜系统,其像质优良,光力强对拍摄视场不大的视面天体十分合用。但由于需要频繁校正光轴(这个比较难)及保养镜面(镀膜),在科普活动中引用较少,多用于深空天体摄影。

牛顿反射式望远镜最常见的两种支架装置是:赤道式和多布森式。赤道装置在不超过203毫米的牛顿反射式望远镜上很容易操作和调整,但如果是口径再大些,比如254毫米的操作上就比较繁杂。主要是个头太大,光是运输这玩意就是个难题。

还有一种是多布森装置的,这种装置结构简单、轻便、紧凑,能在垂直和水平方向平滑运动,是中型和大型牛顿式反射望远镜的首选支架,很多天文爱好者都利用这种装置使用大口径的望远镜(625毫米以上的)。

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图13.3 折返式望远镜原理图

三、施密特-卡塞格林式折返式望远镜

折反射望远镜是将折射系统与反射系统相结合的一种光学系统,它的物镜既包含透镜又包含反射镜,天体的光线要同时受到折射和反射。与牛顿反射式望远镜类似,它有一个凹面镜作为主镜,在镜筒的顶端的透镜起到三个作用:校正光学像差、密封镜筒放置尘埃和空气中的其它污染物进入以及支撑副镜——能把汇聚起来的光反射会主镜中央的小孔。光最终会在望远镜的后端聚焦。

这种望远镜的特点一:聚光力强大和视野大,因而可以看到很暗的天体,特别适合于对流星,彗星,星云的观测和大范围的巡天照相。

这种望远镜的特点二:结构极为紧凑,口径为203毫米的镜筒只有61厘米长。而典型的牛顿反射式望远镜的长度会超过122厘米。

由于折反射望远镜能兼顾折射和反射两种望远镜的优点,非常适合业余的天文观测和天文摄影,并且得到了广大天文爱好者的喜爱。

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