現(xiàn)代望遠(yuǎn)鏡簡介

望遠(yuǎn)鏡的集光能力隨著口徑的增大而增強(qiáng)，望遠(yuǎn)鏡的集光能力越強(qiáng)，就能夠看到更暗更遠(yuǎn)的天體，這其實(shí)就是能夠看到了更早期的宇宙。天體物理的發(fā)展需要更大口徑的望遠(yuǎn)鏡。

但是，隨著望遠(yuǎn)鏡口徑的增大，一系列的技術(shù)問題接踵而來。海爾望遠(yuǎn)鏡的鏡頭自重達(dá)14.5噸，可動(dòng)部分的重量為530噸，而5米鏡更是重達(dá)800噸。一方面，望遠(yuǎn)鏡的自重過大會(huì)使鏡頭變形相當(dāng)明顯，另一方面，鏡體溫度不均也令鏡面產(chǎn)生畸變，進(jìn)而影響成像質(zhì)量。從制造方面看，傳統(tǒng)方法制造望遠(yuǎn)鏡的費(fèi)用幾乎與口徑的平方或立方成正比，所以制造更大口徑的望遠(yuǎn)鏡必須另辟新徑。

自七十年代以來，在望遠(yuǎn)鏡的制造方面發(fā)展了許多新技術(shù)，涉及光學(xué)、力學(xué)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制和精密機(jī)械等領(lǐng)域。這些技術(shù)使望遠(yuǎn)鏡的制造突破了鏡面口徑的局限，并且降低造價(jià)和簡化望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)；特別是主動(dòng)光學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，使望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)思想有了一個(gè)飛躍。

從八十年代開始，國際上掀起了制造新一代大型望遠(yuǎn)鏡的熱潮。其中，歐洲南方天文臺(tái)的VLT，美、英、加合作的GEMINI，日本的SUBARU的主鏡采用了薄鏡面；美國的KeckI、KeckII和HET望遠(yuǎn)鏡的主鏡采用了拼接技術(shù)。

優(yōu)秀的傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡卡塞格林焦點(diǎn)在最好的工作狀態(tài)下，可以將80%的幾何光能集中在0.6″范圍內(nèi)，而采用新技術(shù)制造的新一代大型望遠(yuǎn)鏡可保持80%的光能集中在0.2″~0.4″，甚至更好。

望遠(yuǎn)鏡介紹：

凱克望遠(yuǎn)鏡

凱克望遠(yuǎn)鏡（KeckI，KeckII）KeckI和KeckII分別在1991年和1996年建成，這是當(dāng)前世界上已投入工作的最大口徑的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，因其經(jīng)費(fèi)主要由企業(yè)家凱克（KeckWM）捐贈(zèng)（KeckI為9400萬美元，KeckII為7460萬美元）而命名。這兩臺(tái)完全相同的望遠(yuǎn)鏡都放置在夏威夷的莫納克亞，將它們放在一起是為了做干涉觀測。

它們的口徑都是10米，由36塊六角鏡面拼接組成，每塊鏡面口徑均為1.8米，而厚度僅為10厘米，通過主動(dòng)光學(xué)支撐系統(tǒng)，使鏡面保持極高的精度。焦面設(shè)備有三個(gè)：近紅外照相機(jī)、高分辨率CCD探測器和高色散光譜儀。

"像Keck這樣的大望遠(yuǎn)鏡，可以讓我們沿著時(shí)間的長河，探尋宇宙的起源，Keck更是可以讓我們看到宇宙最初誕生的時(shí)刻"。

歐洲甚大

歐洲南方天文臺(tái)自1986年開始研制由4臺(tái)8米口徑望遠(yuǎn)鏡組成一臺(tái)等效口徑為16米的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡（VLT)。這4臺(tái)8米望遠(yuǎn)鏡排列在一條直線上，它們均為RC光學(xué)系統(tǒng)，焦比是F/2，采用地平裝置，主鏡采用主動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)支撐，指向精度為1″，跟蹤精度為0.05″，鏡筒重量為100噸，叉臂重量不到120噸。這4臺(tái)望遠(yuǎn)鏡可以組成一個(gè)干涉陣，做兩兩干涉觀測，也可以單獨(dú)使用每一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡。

雙子

雙子望遠(yuǎn)鏡（GEMINI)是以美國為主的一項(xiàng)國際設(shè)備（其中，美國占50%，英國占25%，加拿大占15%，智利占5%，阿根廷占2.5%，巴西占2.5%），由美國大學(xué)天文聯(lián)盟（AURA）負(fù)責(zé)實(shí)施。它由兩個(gè)8米望遠(yuǎn)鏡組成，一個(gè)放在北半球，一個(gè)放在南半球，以進(jìn)行全天系統(tǒng)觀測。其主鏡采用主動(dòng)光學(xué)控制，副鏡作傾斜鏡快速改正，還將通過自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)使紅外區(qū)接近衍射極限。

該工程于1993年9月開始啟動(dòng)，第一臺(tái)在1998年7月在夏威夷開光，第二臺(tái)于2000年9月在智利賽拉帕瓊臺(tái)址開光，整個(gè)系統(tǒng)預(yù)計(jì)在2001年驗(yàn)收后正式投入使用。

昴星團(tuán)

這是一臺(tái)8米口徑的光學(xué)/紅外望遠(yuǎn)鏡(SUBARU)。它有三個(gè)特點(diǎn)：一是鏡面薄，通過主動(dòng)光學(xué)和自適應(yīng)光學(xué)獲得較高的成象質(zhì)量；二是可實(shí)現(xiàn)0.1″的高精度跟蹤；三是采用圓柱形觀測室，自動(dòng)控制通風(fēng)和空氣過濾器，使熱湍流的排除達(dá)到最佳條件。此望遠(yuǎn)鏡采用Serrurier桁架，可使主鏡框與副鏡框在移動(dòng)中保持平行。由日本天文社團(tuán)所屬，位于美國夏威夷。

大天區(qū)多目標(biāo)光纖光譜望遠(yuǎn)鏡LAMOST（郭守敬）這是中國已建成的一架有效通光口徑為4米、焦距為20米、視場達(dá)20平方度的中星儀式的反射施密特望遠(yuǎn)鏡。它的技術(shù)特色是：

1．把主動(dòng)光學(xué)技術(shù)應(yīng)用在反射施密特系統(tǒng)，在跟蹤天體運(yùn)動(dòng)中作實(shí)時(shí)球差改正，實(shí)現(xiàn)大口徑和大視場兼?zhèn)涞墓δ堋?/p>

2．球面主鏡和反射鏡均采用拼接技術(shù)。

3．多目標(biāo)光纖（可達(dá)4000根，一般望遠(yuǎn)鏡只有600根）的光譜技術(shù)將是一個(gè)重要突破。

LAMOST把普測的星系極限星等推到20.5m，比SDSS計(jì)劃高2等左右，實(shí)現(xiàn)107個(gè)星系的光譜普測，把觀測目標(biāo)的數(shù)量提高1個(gè)量級。

射電

1932年央斯基（Jansky.K.G）用無線電天線探測到來自銀河系中心（人馬座方向）的射電輻射，這標(biāo)志著人類打開了在傳統(tǒng)光學(xué)波段之外進(jìn)行觀測的第一個(gè)窗口。

第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，射電天文學(xué)脫穎而出，射電望遠(yuǎn)鏡為射電天文學(xué)的發(fā)展起了關(guān)鍵的作用，比如：六十年代天文學(xué)的四大發(fā)現(xiàn)，類星體，脈沖星，星際分子和宇宙微波背景輻射，都是用射電望遠(yuǎn)鏡觀測得到的。射電望遠(yuǎn)鏡的每一次長足的進(jìn)步都會(huì)毫無例外地為射電天文學(xué)的發(fā)展樹立一個(gè)里程碑。

英國曼徹斯特大學(xué)于1946年建造了直徑為66.5米的固定式拋物面射電望遠(yuǎn)鏡，1955年又建成了當(dāng)時(shí)世界上最大的可轉(zhuǎn)動(dòng)拋物面射電望遠(yuǎn)鏡；六十年代，美國在波多黎各阿雷西博鎮(zhèn)建造了直徑達(dá)305米的拋物面射電望遠(yuǎn)鏡，它是順著山坡固定在地表面上的，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，這是世界上最大的單孔徑射電望遠(yuǎn)鏡。

1962年，Ryle發(fā)明了綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡，他也因此獲得了1974年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)了由多個(gè)較小天線結(jié)構(gòu)獲得相當(dāng)于大口徑單天線所能取得的效果。

1967年Broten等人第一次記錄到了VLBI干涉條紋。

七十年代，聯(lián)邦德國在玻恩附近建造了100米直徑的全向轉(zhuǎn)動(dòng)拋物面射電望遠(yuǎn)鏡，這是世界上最大的可轉(zhuǎn)動(dòng)單天線射電望遠(yuǎn)鏡。

八十年代以來，歐洲的VLBI網(wǎng)（EVN），美國的VLBA陣，日本的空間VLBI（VSOP）相繼投入使用，這是新一代射電望遠(yuǎn)鏡的代表，它們在靈敏度、分辨率和觀測波段上都大大超過了以往的望遠(yuǎn)鏡。

中國科學(xué)院上海天文臺(tái)和烏魯木齊天文站的兩架25米射電望遠(yuǎn)鏡作為正式成員參加了美國的地球自轉(zhuǎn)連續(xù)觀測計(jì)劃（CORE）和歐洲的甚長基線干涉網(wǎng)（EVN），這兩個(gè)計(jì)劃分別用于地球自轉(zhuǎn)和高精度天體測量研究（CORE）和天體物理研究（EVN）。這種由各國射電望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合進(jìn)行長基線干涉觀測的方式，起到了任何一個(gè)單獨(dú)使用大望遠(yuǎn)鏡都不能達(dá)到的效果。

另外，美國國立四大天文臺(tái)（NARO）研制的100米單天線望遠(yuǎn)鏡（GBT），采用無遮擋（偏饋），主動(dòng)光學(xué)等設(shè)計(jì)，該天線目前正在安裝中，2000年有可能投入使用。

國際上將聯(lián)合發(fā)展接收面積為1平方公里的低頻射電望遠(yuǎn)鏡陣（SKA），該計(jì)劃將使低頻射電觀測的靈敏度約有兩個(gè)量級的提高，有關(guān)各國正在進(jìn)行各種預(yù)研究。

在增加射電觀測波段覆蓋方面，美國史密松天體物理天文臺(tái)和中國臺(tái)灣天文與天體物理研究院正在夏威夷建造國際上第一個(gè)亞毫米波干涉陣（SMA），它由8個(gè)6米的天線組成，工作頻率從190GHz到85z，部分設(shè)備已經(jīng)安裝。美國的毫米波陣（MMA）和歐洲的大南天陣（LAS）將合并成為一個(gè)新的毫米波陣計(jì)劃――ALMA。這個(gè)計(jì)劃將有64個(gè)12米天線組成，最長基線達(dá)到10公里以上，工作頻率從70到950GHz，放在智利的Atacama附近，如果合并順利，將在2001年開始建造，日本方面也在考慮參加該計(jì)劃的可能性。

在提高射電觀測的角分辨率方面，新一代的大型設(shè)備大多數(shù)考慮干涉陣的方案；為了進(jìn)一步提高空間VLBI觀測的角分辨率和靈敏度，第二代空間VLBI計(jì)劃――ARISE（25米口徑）已經(jīng)提出。

相信這些設(shè)備的建成并投入使用將會(huì)使射電天文成為天文學(xué)的重要研究手段，并會(huì)為天文學(xué)發(fā)展帶來難以預(yù)料的機(jī)會(huì)。

貴州大型

世界最大口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡建設(shè)工程在貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣實(shí)現(xiàn)圈梁順利合龍。該望遠(yuǎn)鏡口徑為500米、占地約30個(gè)足球場大小。項(xiàng)目2008年12月26日奠基，預(yù)計(jì)2016年9月建成。據(jù)報(bào)道，新型射電天文望遠(yuǎn)鏡，建成后將將雄冠世界第一。按照科學(xué)要求，超級天文望遠(yuǎn)鏡將產(chǎn)生電磁波，對人體健康有影響。居民應(yīng)當(dāng)移居到5公里之外。目前，當(dāng)?shù)卣�府已�?jīng)著手搬遷事宜，提出對搬遷居民經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償和住房幫助。報(bào)道透露，貴州省水庫和生態(tài)移民局按照每人1.2萬元標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)助；貴州省民宗委按照每戶1萬元標(biāo)準(zhǔn)對少數(shù)民族住房困難戶進(jìn)行補(bǔ)助。

該望遠(yuǎn)鏡建成后將成為世界上最大口徑的射電望遠(yuǎn)鏡，遠(yuǎn)超于德國波恩100米望遠(yuǎn)鏡和美國的Arecibo300米望遠(yuǎn)鏡，將在未來20～30年保持世界一流設(shè)備的地位。

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