从地面望远镜到空间望远镜

《从地面望远镜到空间望远镜》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、从地面望远镜到空间望远镜　　空间望远镜泛指放置于宇宙空间的一类特殊的天文望远镜，其中名气最大的当属美国航空航天局（NASA）旗下的哈勃空间望远镜。这一方面当然是因为哈勃空间望远镜项目耗资巨大，据说前前后后的投资已超过100亿美元，发射与维护过程更是几经波折;更重要的还在于哈勃空间望远镜的工作波段涵盖了可见光部分，其经过特殊处理后的成图极具美感，自成一派。在天文爱好者圈子里广泛流行的“哈勃色”，即是一种因模仿NASA处理哈勃空间望远镜拍摄的星云照片而诞生的色彩合成法。相较之下，工作于红外波段的斯皮策空

2、间望远镜和工作于伽马波段的康普顿伽马射线天文台就没有那么家喻户晓了。　　　　有人将空间望远镜的诞生视为继伽利略发明天文望远镜之后天文学发展史上的又一座重大的里程碑，因为它帮助人类摆脱了观天视线上的最后一层屏障――大气层，使得望远镜的实际分辨率最大程度上逼近其理论分辨率。这是一项了不起的成就。为了更清楚地了解这项技术背后非凡的意义，我们还是要从望远镜的分辨率与口径间的关系说起。　　7　　对一架天文望远镜来说，最能表征其性能的参数便是口径，也就是物镜端的直径大小，通常用毫米或者米来表示。这是因为对望远镜

3、而言，最重要的不是它的放大能力（显微系统似乎更看重这个），而是收集暗弱光线的能力――后者由望远镜的口径来决定。同样一个观测目标，在口径较大的望远镜下的观感就像视网膜屏上的高清图片，即使没有很高的放大率也能呈现出不错的观赏效果;而在口径较小的望远镜下的观感则像是打了马赛克的小分辨率图片，即使我们可以通过选择焦段更短的目镜以增加其放大率，也无济于事。　　　　天文望远镜的理论分辨率通常用角秒来表征。在天文学中，角秒是一个常见的角度概念，1度=3600角秒。这里，我列出几个数据以供参考：人的正常裸眼分辨率在

4、60角秒左右，哈勃空间望远镜的理论分辨率为0.06角秒，詹姆斯?韦伯空间望远镜的理论分辨率为0.02角秒，太阳系大行星的视直径多在2角秒至40角秒，典型的光学双星间距多在0.5角秒至20角秒。　　一般来说，大气层对天文观测的影响主要表现在两方面：一是大气的消光作用;二是因大气流动导致的成像品质下降。即使是一台已经冷却完毕、与周围环境达到热学平衡的望远镜，其镜筒上空不断扰动的气团也会让成像发生不规则的抖动和扭曲，产生的效果就像是隔着烟囱或流水观察目标。对天文台级别的大口径望远镜来说，糟糕的视宁度会更多

5、地让原本清晰锐利的星点发生弥散，变得好像小绒球那样，模糊掉一些本该有的细节。天文学上用于定量描述大气稳定程度7　　的数值被称为大气视宁度，可以用星点的弥散度来表示（单位是角秒）。在通常的静稳大气条件下，这个数值都徘徊在1角秒至2角秒之间。当然，该数据也会因地而异、因时而异。条件较差的地方也许常年都在2角秒以上，条件较好的地方或许时常小于0.8角秒。鉴于此，当地的视宁度通常都是地面天文台在选址时必须考察的重要指标之一（当然，晴天率、湿度和交通便利性也同等重要）。比如夏威夷岛上的莫纳克亚火山山顶就是全世

6、界公认的视宁度最佳的地方，据说经常出现优于0.3角秒的绝佳视宁度，堪称观天者的奥林匹斯山。如今，那里已经成了现代大型望远镜的荟萃之地。　　　　关于空间望远镜的构想最早可以追溯至1946年美国天文学家莱曼?斯皮策的一篇论文：《在地球之外的天文观测优势》。上文提到的斯皮策空间望远镜正是以此君命名。在这篇论文中，斯皮策指出了空间天文台的两大优势：其一，彻底摆脱闪烁不定的大气影响，充分利用望远镜的理论分辨率;其二，太空中的望远镜可自由观测大气窗口之外的电磁信息，比如紫外线、远红外线等。此后，斯皮策一直致力空

7、间望远镜事业的推进。无奈，当时的人类尚不具备将人造物体送上7　　近地轨道的能力，因此空间望远镜只能停留于理论阶段。直到1957年10月4日，苏联将第一颗人造卫星送入太空以后，空间望远镜的建造计划才被正式列入日程。从20世纪60年代起，NASA陆续试水了两组轨道天文台，第一组因电池失效而失败，第二组获得了成功，这极大地激发了公众对大型空间望远镜项目的支持。因此，NASA于1968年确定了一项在太空中建造口径3米的反射镜的计划，当时的名称是大型空间望远镜。这台望远镜运行于近地轨道，需有人维护。而同步发展

8、的可重复航天飞机项目使得该设想成为可能。20世纪70年代，由于政府开支紧缩，大型空间望远镜计划面临流产。天文学家为此多方奔走，才终于保住了原有预算的一半。如此一来，镜片的口径就由3米缩减为后来的2.4米。新的空间望远镜被正式命名为“哈勃”，以纪念20世纪初那位伟大的天文学家。从1979年开始，哈勃空间望远镜的主镜片正式进入打磨抛光工序，可是由于种种原因，发射日期被一再推迟。1990年4月24日，哈勃空间望远镜终于搭乘“发现”号航天飞机升空，进入离地面540千米的近地轨