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新手入门——天文望远镜基础知识

2020-03-01  长沙7喜
一、望远镜种类

(一)折射式望远镜
      折射式望远镜的构造如下图:

折射式望远镜由两个透镜组成:固定在镜筒前端的是物镜(其口径大小直接决定望远镜的性能);在镜筒尾端可以调换的是目镜。
    优点:视野较大、星像明亮,使用和维护比较方便,反差及锐利度较同口径的反射镜佳,摄影及高倍行星观测,效果都相当不错。缺点:有色像差(色差)问题,会降低分辨率。

(二)反射式望远镜
      反射式望远镜的构造如下图:

上图为牛顿式反射式望远镜。优点:无色差、强光力和大视场,非常适合深空天体的目视观测。缺点:彗差和像散较大,视野边缘像质变差,操作不太容易, 维护相对复杂。

(三)折反射式望远镜
折反射式望远镜的构造如下图:

综合了折射镜和反射镜的优点:视野大、像质好、镜筒短、携带方便。有施密特-卡塞格林式和马克苏托夫-卡塞格林2种。

二、常见的天文望远镜光学名词

口径:指望远镜物镜的有效直径,口径大小直接决定望远镜性能。口径越大,聚光本领越强,分辨率越高,可用放大倍数越大。

焦距:从物镜到焦点距离,一般以'f'表示,单位为mm。

焦比:指望远镜焦距长度与物镜口径的比值,简单说就是镜筒长度除以镜筒口径,相当于相机镜头上的光圈。以'F'表示。计算公式:焦距/口径=焦比(F=F/d)。例如:开拓者60/700望远镜,焦比=物镜焦距700mm/物镜口径60mm=11.7。如果口径不变,物镜焦距越长,焦比越大,容易得到越高的倍率;物镜焦距越短,焦比越小,不容易得到较高的倍率,但影像更亮,视野更大。

*短焦距镜(小焦比,焦比<=6):适合观测星云、寻找彗星;

*长焦距镜(大焦比,焦比>15):适合观测月亮和行星;

*中焦距镜(中焦比, 6<焦比<=15):适合观测双星、聚星、变星和星团, 更可以两头兼顾,很适合初学者。(如开拓者60/700天文望远镜,焦比=物镜焦距700mm/物镜口径60mm=11.7)

倍率(放大倍数):物镜焦距与目镜焦距的比值,如开拓者60/700天文望远镜,使用H10mm目镜,放大倍数=物镜焦距700mm/目镜焦距10mm=70倍;放大倍数变大,看到的影像也越大。适当的高倍应为主镜口径(公分计算)的十倍,最高以十五倍为限。例如:星特朗60AZ的最高放大倍率为:60*1.5=90。

光轴:望远镜中光路的轴心。光轴偏斜,影响成像效果。

镀膜:镜片表面镀的一层特殊金属化合物,目的是增加光线透射率。

极轴望远镜:天球北极与南极的连线称为极轴。功能就是校正赤道仪赤经轴。

赤经轴:赤道仪中与极轴平行的旋转轴。

赤纬轴:赤道仪中与极轴垂直的旋转轴。

重锤:安装在赤纬轴底部,可上下调整,用来平衡望远镜的重量。

刻度盘:赤经轴与赤纬轴上都有刻度盘,一般仅供参考用。

自动导入:某些高阶赤道仪中内藏小型电脑,,并储存许多天体位置资料,只要由控制面板输入天体名称,赤道仪就会自动搜寻天体,并导入望远镜视野中。

集光力:指望远镜所收集到的光量与肉眼的比值。简单说等于望远镜口径(厘米)除以7的平方。望远镜的口径愈大,集光力愈强,就能观测更暗淡的天体。例如:星特朗70EQ望远镜,集光力=物物镜口径70/7×70/7=100。通常主镜口径越大,相对集光力越佳,其成像品质越好。

分解能:又称解像力(θ)。望远镜分辨影像细节的能力,分辨率主要和口径有关。物镜有效口径越大,其分解能就越好,影像就越细致。

色 差:指望远镜在观赏物体时,通常影像的周边会出现如彩虹般的色彩,,通常为蓝色、红色或紫色等,这种现象称为色差。

像 差:指望远镜在观赏物体时,通常视野中央的部分很清晰,但视野的周围会模糊或是影像歪曲变形,这种现象称为像差。
     视 野(视场):指望远镜所见到范围大小,以角度表示。通常目镜口径越大,视野也就越大。广角视野的目镜观测较为舒适。

极限星等(M): 望远镜所能看到最暗的星等称为极限星等,主要和口径、焦比有关。计算公式:极限星等(M)=1.77+5㏒(物镜口径)。例如:物镜口径70mm的望远镜,极限星等(M)=1.77+5㏒70=11.0等。

三、天文望远镜主要结构

1、主镜筒:主镜筒是观测星星的主要部件。   

2、寻星镜:一支低倍的小望远镜。其视野较广,便于搜索天体。

3、目镜:目镜的功用在于放大。一部望远镜都要配备低、中和高倍率三种目镜。   

4、赤道仪:一是承载望远镜;二上借马达带动镜筒,使望远镜能跟随星体移动,可以跟踪天体,长时间观测天体。常见的有德式与叉式两种,其中以德式最为普遍。。

5、追踪马达:赤经追踪马达可以驱动赤经轴, 以跟地球自转相同的角速度逆向转动,跟踪星星。

6、三脚架台和脚架: 三脚架台是承接赤道仪和镜筒, 以连接脚架用的。脚架是承载望远镜和赤道仪,并且作为一种使用的支柱。

7、赤道仪控制盒和电源:驱动赤道仪运转。

此外根据需要,天文望远镜一般还要配置增倍镜、太阳和月亮滤光镜、巴德膜、指南针、星座图等相关配件。

*天文望远镜的支架结构

①地平式(经纬仪):如星特朗AZ系列望远镜

优点:价格便宜、重量较轻,、搬运容易、结构简单、调试方便。缺点:调节精度低、稳定性较差,不能跟踪天体,无法进行天体摄影。

② 赤道仪式:如星特朗EQ系列望远镜

优点:调节精度高,能跟踪天体运行,可进行天体摄影。缺点:重量较重,搬运困难、结构复杂、调试麻烦。分为手动和电动,手动跟踪赤道仪适合专门的天文观测,电动跟踪赤道仪可用于专门的天文跟踪摄影和观测研究。初学者熟悉地平式后,可以选择手动赤道仪;初次使用也许会觉得调整复杂,但熟悉后观测星空会轻松很多;业余爱好者学习天文摄影,常使用电动跟踪赤道仪。

四、天文望远镜光学质量的辨别

白天用望远镜观测远处的树叶,一般60mm口径望远镜,能看清40米远处树叶叶筋,看不清说明光学质量很差;晚上观测星星时,如果看到星星带很明显的颜色,或是视野边缘的星星拖着尾巴,其长度达到星星大小的2倍,说明光学质量很差,不适合天文观测。

*选择31.7mm(1.25英寸)大目镜接口才能获得更好的光学质量。

五、天文望远镜使用注意事项

1、绝对不能直接用望远镜观看太阳,观看太阳必须通过投影法或有专门滤光措施。

2、不要把望远镜当做玩具,要细心使用和维护。

3、不要认为用望远镜什么都能看到。观看效果越好,价格也越高,没有十全十美的望远镜,选择适合自己的最重要。

4、每一台望远镜都有它合适的放大倍数。超过极限不能增强分辨能力,反而会使物体变得很暗,难以观测。60~80口径的望远镜,合适的放大倍数应小于100倍。

5、如果无法在夜空中识别五个以上的星座,就不要着急使用望远镜。

6、天文望远镜通常可以观看风景或动植物,很容易得到比双筒望远镜更高的放大倍率。但使用倍率应在100倍以下,20-50倍最合适。

*作为初学者,建议不要买单筒望远镜,顶多买个双筒,放大倍数越大,视野越小。购买双筒镜,口径大小50mm最好。放大倍率选7X50或10X50。

六、目镜知识

(一)目镜的性能参数

目镜性能的参数主要是焦距、视场和出瞳距离。

1、视场:目前标准的目镜(如Plossl和OR型目镜,4片2组)视场为40-50度,而广角目镜(通常超过6片)的视场超过60度,有的可达84度。视场越大,观测范围越宽,观测效果越好。

2、出瞳距离:指能看清整个视场时观测者的眼睛到目镜的距离。出瞳距离直接决定着观测的方便和舒适程度。一个出瞳距离适中的目镜(如15-20mm)会给观测带来很多方便。对于同一种目镜,其出瞳距离一般与焦距成正比。出瞳距离过短、过长,都会带来观测的不便。

3、目镜的配备:一台望远镜通常应配备多个目镜,以便组合成多种放大倍数。①首先应该配备一个低倍率、大视场的目镜用于观测面积大而表面亮度低的星云星团,同时也可以在使用高倍率目镜时先找到目标,它将是使用次数最多的目镜。这只目镜的放大倍率应为望远镜口径厘米数的2-3倍。对于口径较小的望远镜,焦距40-55mm的Plossl目镜(视场约40度)即可胜任;相对口径较大时,最好选择焦距稍短的广角目镜(视场>60度)。②中等倍率目镜主要用于观测星云星团等深空天体。典型的中等倍率是物镜口径厘米数的5-10倍。③高倍率主要用于观测行星、双星、致密的星云星团等。一个优质的物镜(如10cm的APO折射镜)应该允许使用其口径厘米数的25倍的放大率而不明显降低成像质量的目镜。

(二)目镜的种类

1、惠更斯目镜(H目镜)
  荷兰科学家惠更斯于1703年设计,视场约为25-40度。惠更斯目镜是小型折射镜的首选,其缺点是视场小、反差低、色差、球差场曲明显。目前这种结构一般为显微镜的目镜采用。

2、冉斯登目镜(R目镜)
  于1783年设计成功,视场约为30-45度,目前已很少采用。

3、凯尔纳目镜(K目镜、RKE目镜)
  是在冉斯登目镜的基础上发展而来,出现于1849年,视场达到40-50度,低倍时有着舒适的出瞳距离,目前在一些中低倍望远镜中广泛应用,但高倍时表现欠佳。

4、阿贝无畸变目镜(OR目镜) 
  1880年由德国蔡司公司创始人之一的阿贝设计。该目镜控制了色差和球差,还具有40-50度的平坦视场和足够的出瞳距离,在各倍率都有良好表现,一直被广泛采用。

5、 普罗素式目镜(PL目镜)
  又叫“对称目镜”。其参数表现与OL目镜相当,具有更大的出瞳距离和视场,造价更低,而且适用于所有的放大倍率, 是目前应用最为广泛的目镜。

6、爱勒弗广角目镜(ER)
  1917年研制成功,是专门为需要大视场的军用望远镜设计,视场高达60-75度。在低倍时表现非常出色,尤其适合观测深空天体。

*目镜常见的表示方法:前面的英文代表目镜的种类,后面的数字代表目镜的焦距。

  PL25=焦距25mm普罗素式目镜

  H10 = 焦距10mm惠更斯式目镜

来源:网络

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