天文望远镜基础知识

天⽂望远镜基础知识-天⽂知识

天⽂望远镜基础知识-天⽂知识

天⽂望远镜是现在天⽂学最基本的仪器，也是⼴⼤天⽂普及⼯作者和天⽂爱好者必备的观测⼯具。

天⽂望远镜的光学系统

根据物镜的结构不同，天⽂望远镜⼤致可以分为三⼤类：以透镜作为物镜的，称为折射望远镜；⽤反射镜作为物镜的，称为反射望远镜；既包含透

镜，⼜有反射镜的，称为折反射望远镜。往往有的天⽂爱好者买了⼀块透镜，以为这就解决了望远镜的物镜问题。其实，⼀块透镜成像会产⽣象差，现

在，正规的折射天⽂望远镜的物镜⼤都由2～4块透镜组成。相⽐之下，折射天⽂望远镜⽤途较⼴，使⽤⽅便，⽐较适合做天⽂普及⼯作。

反射望远镜的光路可分为⽜顿系统和卡塞格林系统等。⼀般说来，对天⽂普及⼯作，特别是对观测经验不⾜的爱好者来说，⽜顿式反射望远镜使⽤起

来不太⽅便，其物镜⼜需经常镀膜，维护起来也⿇烦。折反射望远镜是由透镜和反射镜组成。天体的光线要受到折射和反射。这类望远镜具有光⼒强，视

场⼤和能消除⼏种主要像差的优点。这类望远镜⼜分施密特系统、马克苏托夫系统和施密特卡塞格林系统等。根据我们多年实践的经验，中国科学院南京

天⽂仪器⼚⽣产的120折射天⽂望远镜对于天⽂普及⼯作和⼴⼤天⽂爱好者来说，是⼀种既⽅便⼜实⽤的仪器。

望远镜的光学性能

在天⽂观测的对象中，有的天体有视⾯，有的没有可分辨的视⾯；有的天体光极强，有的⼜特微弱；有的是⾃⼰发光，有的是反射光。观测者应根据

观测⽬的，选⽤不同的望远镜，或采⽤不同的⽅法进⾏观测；⼀般说来，普及性的天⽂观测多属于综合性的，要考虑“⼀镜多⽤”。选择天⽂望远镜时，⼀

定要充分了解它的基本光学性能。

⼝径--指物镜的有效直径，常⽤D来表⽰；

相对⼝径--指物镜的有效⼝径和它的焦距之⽐，也称为焦⽐，常⽤A表⽰；即A＝D/F。

⼀般说来，折射望远镜的相对⼝径都⽐较⼩，通常在1/15～1/20，⽽反射望远镜的相对⼝径都⽐较⼤，通常在1/3.5～1/5。观测有⼀定视⾯的天体

时，其视⾯的线⼤⼩和F成正⽐，其⾯积与F2成正⽐。象的光度与收集到的光量成正⽐，即与D2成正⽐，和象的⾯积成反⽐，即与F2成反⽐。

放⼤率--指⽬视望远镜的物理量，即⾓度的放⼤率。它等于物镜焦距和⽬镜焦距之⽐。

不少⼈提到天⽂望远镜时，⾸先考虑的就是放⼤倍率。其实，天⽂望远镜和显微镜不⼀样，地⾯天⽂观测的效果如何，除仪器的优劣外，还受地球⼤

⽓的明晰度和宁静度的影响，受观测地的环境等诸因素的制约。⽽且，⼀架天⽂望远镜有⼏个不同焦距的⽬镜，也就是有⼏个不同的放⼤倍率可⽤。观测

时，绝不是以最⼤倍率为最佳，⽽应以观测⽬标最清晰为准。

分辨⾓--指望远镜能够分辨出的最⼩⾓距。⽬视观测时，望远镜的分辨⾓＝140（⾓秒）/D（毫⽶），D为物镜的有效⼝径。

视场--指天⽂望远镜所见的星空范围的⾓直径。

贯穿本领--指在晴朗的夜晚，望远镜在天顶⽅向能看到最暗弱的恒星星等。贯穿本领主要和望远镜的有效⼝径有关。

例如，南京天⽂仪器⼴⽣产的120折反射天⽂望远镜的光学性能为：主镜的有效⼝径为120mm，焦距为1500mm，相对⼝径为1/12.5，⽬镜放⼤倍率

有：37.5倍，60倍，100倍，200倍，理论分辨⾓为1"⼀2"，⽬视极限星等为12等，视场⼩于10。它的寻星镜物镜有效⼝径为35mm，焦距为175mm，

放⼤率为7倍，视场为500。

天⽂望远镜的⽬镜

当⼈们了解了天⽂望远镜的基本光学性能以后，有⼈往往只注意物镜，⽽忽视了做为望远镜终端设备之⼀的⽬镜。其结果常常使再好的望远镜也不能

充分发挥应有的本领，只能望天兴叹。

天⽂望远镜的⽬镜主要有两个作⽤：其⼀，将物镜所成的像放⼤，这对于观测有视⾯的天体和近距双星是⼗分重要的；其⼆，使出射光束为平⾏光，

使观测者观测起来舒适省⼒。⽬镜的种类很多，⽐较常⽤的有：惠更斯⽬镜，⽤字母H表⽰，MH或HM表⽰惠更斯⽬镜的改进型，这类⽬镜适⽤于低倍率

或中倍率的观测。冉斯登⽬镜，以字母R表⽰，适于⽤作装有⼗字丝或标尺的⽬镜，⽤在低倍率或中倍率的测量性观测。凯尔纳⽬镜，以字母K表⽰，是冉

斯登⽬镜的改进型，消除了冉斯登⽬镜的⾊差，这种⽬镜，视场⼤，常⽤在低倍率观测上，如彗星或⼤⾯积的天体。斯坦海尔的单⼼⽬镜，蔡斯的⽆畸变

⽬镜，阿贝⽆畸变⽬镜，希克⽆畸变⽬镜都⽤在⾼放⼤率的观测上，如对⾏星或⽉球表⾯细节的观测等。

⼀架天⽂望远镜应备有多种⽬镜，这样才能便于不同的观测，也才能最⼤限度地发。挥它应有的作⽤。曾见到这样⼀个情况：某部门从国外订购⼀架

较好的天⽂望远镜，但是只有两个⽬镜。可是说明书中介绍它有多种⽬镜。为什么只有两个呢?卖⽅说，买⽅订货时设写明。这是⼀个教训。因此，订购天

⽂望远镜时，事前⼀定要充分做好调研，有完整可靠的信息，有⽐较内⾏的⼈把关，认真审核好订货程序才⾏。

寻星镜和导星镜

天⽂望远镜的主镜担负着观测的主⾓。但是，许多天⽂观测不是光靠主镜就能全部顺利完成的。它也需要有助⼿，这就是寻星镜或导星镜。

为了能迅速地搜寻到待观测的天体，常常在主镜旁附设⼀个⼩型天⽂望远镜，它就是寻星镜。寻星镜⼀股都采⽤折射式的天⽂望远镜。它的光轴与主

镜光轴平⾏，这样才能保持与主镜的⽬标⼀致。寻星镜物镜的⼝径⼀般在5～10厘⽶左右，视场在30～50左右，放⼤率在7～20倍左右，焦平⾯处装有供

定标⽤的分划板。观测时，先⽤寻星镜找到待观测的天体，将该天体调到，视场中央。这时，该天体⾃然也就在主镜视场中央。

主镜在进⾏较长时间的观测时，为了及时纠正跟踪中的误差，在主镜旁设⼀个起监视作⽤的望起镜，它就叫导星镜。天⽂普及⽤的望远镜也就⽤导星

镜代替了导星镜。望远镜的装置与跟踪⼀架理想的天⽂望远镜不仅应有优良的光学系统，还必须解决好⼀系列机械结构问题。⽐如说，镜筒如何架起来

呢?为了能观测到地平上任意天体，根据对轴线⽅向的选择不同，通常天⽂望远镜的装置分为两⼤类：地平装置和⾚道装置。在地平装置中，镜的是天体的

地平经度，沿⽔平轴变化时，表⽰的是天体的地平纬度。由于天球的周⽇视运动，天体在地平坐标中，两个量都随时⽽变，表⽰的只是瞬时位置。因此，

⼀般说来，地平装置不便于做较长时间的连续观测。

⾚道装置就解决了这个问题。它的⼀条轴和天轴平⾏，叫极轴。另⼀条轴和极轴垂直，叫⾚纬轴。当镜筒绕极轴旋转时，这是对⾓的变化，绕⾚纬轴

旋转时，是⾚纬的变化。天体的⾚纬不随周⽇运动⽽变化，是常量。因此，只要使镜筒跟随着天体绕极助运动即可达到使天体保持在视场内的⽬的。这就

是跟踪天体的基本原理。显然，这就是克服由地球⾃转引起的相对位置变化。地球以每4分钟10的速度由西往东⾃转着，跟踪天体也应以每4分公10的匀速

从东往西绕极轴运动。如何使镜筒这样转动呢?驱动跟踪装置的机械系统叫转仪钟。本世纪以前的转仪钟，其动⼒靠链条式的重锤或发条提供，转仪钟的速

度靠离⼼调速器来控制。现在转仪钟的动⼒靠马达带动，速度由天⽂钟或⽆线电振荡器来控制。导星就是弥补跟踪中的误差问题。

可见，对于天⽂普及⼯作来说，天⽂望远镜最好是能跟踪天体的⾚道装置。

什么是⽜顿反射式天⽂望远镜？

根据物镜的结构不同，天⽂望远镜⼤致可以分为三⼤类：以透镜作为物镜的，称为折射望远镜；⽤反射镜作为物镜的，称为反射望远镜；既包含透镜，⼜

有反射镜的，称为折反射望远镜。

反射望远镜的光路可分为⽜顿系统和卡塞格林系统等。⽜顿系统由凹⾯镜作为物镜，⼀块⼩型平⾯镜在镜筒前⽅作为副镜，以便转折光线的望远镜设计。

最早由英国科学家伊萨克?⽜顿爵⼠所发明。这种设计的望远镜结构简单，因此成本低廉。很多天⽂爱好者的望远镜都采⽤这种结构。折反射望远镜是由透

镜和反射镜组成。天体的光线要受到折射和反射。这类望远镜具有光⼒强，视场⼤和能消除⼏种主要像差的优点。这类望远镜⼜分施密特系统、马克苏托

夫系统和施密特卡塞格林系统等。

⼀般说来，折射望远镜的相对⼝径都⽐较⼩，通常在1/15～1/20，⽽反射望远镜的相对⼝径都⽐较⼤，通常在1/3.5～1/5。

反射式天⽂望远镜和折射式天⽂望远镜各有什么优缺点？

折射式望远镜镜筒长,重量⼤,随着望远镜⼝径的增⼤焦距增长镜筒太长并发⽣弯曲，制作难度加⼤，出现了反射望远镜

反射式天⽂望远镜镜筒短,重量轻.缺点是多⽤了反光镜和光线⽅向没有改变.使观察者的位置受到限制.折射式天⽂望远镜优点是光线改变⽅向,观察者有了更

⼤的⾃由空间,但镜筒长,重量⼤,现在⼀般是⼆者的结合,名为折反射望远镜.

如果刚⼊门,建议⽤折射式,便宜

有点基础的天⽂爱好者还是⽤反射式的好

世界著名天⽂台与⼤型天⽂望远镜

1．美国威尔逊⼭天⽂台

1.5⽶反射望远镜 完成年代：1908年

历史意义：验证⼤型反射光学望远镜在天⽂观测研究的实⽤价值。

2.5⽶反射望远镜 完成年代：1917年

历史意义：确认了宇宙的基本结构概念，得到膨胀理论的证据。

2．美国帕罗玛⼭天⽂台

海尔望远镜：5⽶反射望远镜 完成年代：1949年

历史意义：深⼊探测宇宙，成功的摄影到⾮常暗弱的星系和遥远的天体，验证宇宙论的学说，为新型望远镜提供光学及⼯程技术上的模范。

3．英澳天⽂台

3.9⽶望远镜 完成年代：1975年.

历史意义：红外线光学观测技术独树⼀帜，另外该台的 Malin在科学普及的天摄影上获得全球的肯定。

4．基特峰与赛拉托洛洛天⽂台

4⽶望远镜完成年代：1974年

历史意义：运⽤成本与投资报酬率的经济观念，在南北半球

3.9⽶反射镜英国天⽂学界并未参与欧南台，但在澳洲、南⾮合作了多次天⽂仪器的建设计划

UKST英国1.5⽶施密特望远镜是世界第⼀具消⾊差双⽚胶合C.P的⼤型施密特镜

Malin成功地使⽤暗房技术显露了许多本来不为⼈知的星象细节，展⽰了宇宙之美，为现代天⽂学做了许多“公关”⼯作，欧美各国的天⽂科

学节⽬都可看见他的作品

观测站中，使⽤相同设计的望远镜，⽤以节省制造⼯期与经费。另有国家⼒量引⼊天⽂学研究的领域，使天⽂学的成就，成为国⼒的表现。

5．CFHTY

3.6⽶望远镜（加拿⼤、法国、美国合作）

完成年代：1979年

历史意义：安装在夏威夷海拔4200⽶的玛纳基亚⼭上，在绝佳的视相度下成为世界解像⼒最佳的天⽂望远镜，因此被称为地⾯上的太空望远镜。

6．苏俄特殊物理天⽂台

6⽶望远镜5^

完成年代：1976年

历史意义：全世界⾸先使⽤电脑操控经纬仪式的⼤型天⽂望远镜。特殊的⽔平式焦点光学设计,为未来超⼤型、新式天⽂望远镜的先驱。

7．卡拉阿托天⽂台

3.5⽶反射望远镜（西班⽛、德国合作）

完成年代：1985年

历史意义：⾚道仪式架台的最后代表望远镜。精密的光学设计及模组化的更换侦测仪器概念及资料汇流排的使⽤，开启数位化⾃动控制天⽂台的潮

流。

前苏联特殊物理天⽂台的6⽶反射镜在完成时的70年代，超越西⽅⼀个世代地使⽤了经纬仪架台与⽔平式焦点的设计，树⽴了天⽂仪器发展史上的新⾥

程碑。

8．美国WIYN天⽂台

3.5⽶反射望远镜（威斯康⾟、印地安纳、耶鲁、国家光学天⽂台）

完成年代：1994年

历史意义：全电脑即时操控的镜⽚⽀持系统，是美国第⼀个全新概念的、新技术望远镜。

9．欧洲南⽅天⽂台（ESO）

3.5⽶新技术望远镜NTT（法国、意⼤利、德国、荷兰、瑞典、瑞⼠、⽐利时、丹麦合作）

完成年代：1989年

历史意义：电脑控制的影像分析系统，使望远镜光学系统随时处于最佳状态，并为将来的16⽶VLT望远镜作技术可⾏性的验证。

10．NOT

2.5⽶北欧光学望远镜（瑞典、丹麦、挪威、芬兰合作）

完成年代：1989年N

历史意义：⾸创环境控制概念的天⽂台设计，使望远镜清晰度⼤为增加，创下世界最⼩⼝径能看到冥王星卫星及重⼒透镜现象的爱因斯坦⼗架星象。

11．WHT

4.2⽶望远镜（西班⽛、英国合作）

完成年代：1990年

历史意义：当年排名世界第三的“超巨炮”，使欧洲天⽂学⼀跃为与美国并驾齐驱之势。

12．美国

哈伯太空2.4⽶⼝径望远镜 完成年代：1990年

历史意义：超世代的望远镜概念，为21世纪太空天⽂学观测的开路先锋，其⾼昂的造价及多灾多难的仪器问题（如散光镜⽚），亦列⼊了世界⾦⽒笑

话纪录。

13．凯克望远镜

完成年代：1992年

历史意义：10⽶直径望远镜，以36块多⾓形镜⽚组合成的新世代望远镜，虽然仪器性能仍不尽理想，但未来可望突破。⽬前正以凯克I号与II号两具同

型望远镜，试验光学⼲涉仪的技术。

天⽂望远镜的发明

1608年，荷兰有⼀位眼镜制造商叫汉斯"李波⼉赛，他的两个孩⼦很调⽪，也很聪明。⼀天，偶然⼀个机会，两个孩⼦从店铺⾥拿来两⽚透镜，⼀前⼀后

摆弄着，⽤眼睛张望着。孩⼦们惊讶了，他们发现远处教堂上的风标⼜⼤⼜近。李波⼉赛得知此事也很⾼兴，他就⽤⼀个简易的筒，把两块透镜装好。这

就是世界上第⼀台望远镜。

意⼤利的科学家伽利略听到了这个消息，并于1609年制作了⼀部⼝径42mm的望远镜。这部望远镜让他"⼤开眼界"，因为他惊讶地发现，⽉球表⾯有⾼⼭

和⽆数的坑洞；⾦星也如⽉球般，有着盈亏的变化；⽽⽊星旁边竟然还有四颗⼩星星绕着⽊星公转！这些发现彻底的颠覆了传统的天⽂学观念。伽利略是

有史以来使⽤望远镜观察天空的第⼀⼈，这部望远镜同时也开创了天⽂学的另⼀个新纪元。

之后的1611年，德国科学家刻⼘勒也设计了⼀部望远镜，并改良了⽬镜，扩⼤了望远镜的视野，成为今⽇望远镜的主流。