从伽利略望远镜到哈勃太空望远镜_mcgrady_新浪博客

     天是伽利略天文望远镜发明400周年,它开创了人类对宇宙的认识史,使人类可以“放大”宇宙。

 

    关于望远镜的发明,不同文献有不同的记载。例如,“13世纪,英国诺格尔·培根发现,用透镜组成的仪器可使遥远的物体看起来好像更近了”。“ 1590年,意大利有人制成了望远镜。”

  荷兰光学家和眼镜制造者利伯休(15721640)的儿子在1608年的{yt}偶然发现,将两块镜片重叠并使其相隔一定远近观看时,可看见远处教堂屋顶原来几乎看不见的小鸟。他俩把两块镜片装在一个铜管的两头,发明了最初的望远镜。不过,也有文献认为他是得到了别人(可能是Z·扬岑)的帮助。

  160810月,荷兰利伯休、马丢、詹森三人分别先后向政府申请发明望远镜的专利,但均被专利部门所拒绝,因为真正的发明人一直未能查明。

  当望远镜从荷兰重新传入意大利时,引起了伽利略的研究。他发明了能测量镜片球面半径的球径计。这使他在与普通磨制镜片工人的竞争中处于优势,因为这一仪器可使每一望远镜元件按设计标准数字化。他从16097月初制成倍率为3的望远镜开始,于160911月制成倍率为20的望远镜,发现了月球表面的环形山。因此,伽利略是“天文望远镜”的发明者。16109月,他给开普勒的信中说他已将望远镜倍率提高到32(其实际放大率应为 33,口径为 4.4厘米)。16111612两年间,他对金星、土星及其光环、太阳黑子等的观察,作出了一系列的重大天文发现。

  1609年,伽利略发明的望远镜用一个凸透镜作物镜,一个凹透镜作日镜,这与利伯休的望远镜相同。其优点是看到的物体的像是正的(一般双筒望远镜即观剧镜就是伽利略望远镜)。1645年,施里尔也发明了一种能产生“正像”的望远镜。鉴于伽利略望远镜放大倍数和视场都较小等缺点,开普勒于1611年设计了由两个凸透镜分别作物、日镜的望远镜。用这种望远镜看到的物体的像是倒的,这会使人很不习惯,不过,这对天文观测则毫无影响。可惜他生前未能制成,死后十五年即1645年才由雪耳造成。基于开普勒望远镜放大倍数和视场都比伽利略望远镜大,且其目镜的物方焦平面在镜筒以内,可在该处设置叉丝或刻度尺(伽利略望远镜则不能设置这类装置)等优点,从17世纪中叶起,开普勒望远镜就在天文观测中得到普遍应用。伽利略望远镜筒全长(指物、日镜间距离)为两镜焦距{jd1}值之差,故镜筒较短,便于携带观剧、看足球赛等;而开普勒望远镜,筒长则为两镜焦距{jd1}值之和,故镜筒较长,这一缺点使它多用于固定天文观测。1850年,I·波罗发明另一种折射望远镜——棱镜望远镜。其后又出现了棱镜双筒望远镜。形形色色棱镜相继出现后,棱镜望远镜又有新的品种。

  由于伽利略和开普勒望远镜均有明显色差,所以人们又发明了消色差的反射式望远镜。反射式望远镜常见的主要有如下四种:牛顿式、格雷戈里式、卡斯格伦式和赫谢尔式。牛顿于1668年发明的一台反射式望远镜,这种望远镜由一个大抛物面凹面镜,一个小平面镜和一个凸透镜组成;其镜面直径为1英寸、长6英尺、放大率为3040倍。J·格雷戈里(16381675)发明的反射望远镜,发表在他 1663年的{dy}部著作中,它比牛顿式望远镜多了一个椭球面凹面镜,少用一个小平面镜。卡斯格伦的反射式望远镜则用一个双曲面凸面镜代替格雷戈里望远镜中的椭球面凹面镜。J·F·W·赫谢尔(17921871)发明的反射式望远镜则由一个凹面镜和一个凸透镜构成,由于反射式望远镜能反射光谱范围较宽的光而不致产生色差,且球差小、像质好、观察方便、成像明亮,所以当今世界上许多大型天文望远镜都采用反射式。如后述帕洛马山上5.08米的望远镜,就是卡斯格伦反射式望远镜。

  1814年,哈密顿提出在透镜组中加入反射面,以增加光焦度,可得到色差改正比消色差镜更好的望远镜,这就是最早的折反射式望远镜。1931年,德国B·V·施密特发明的望远镜由一形状接近平板的草帽形非球面透镜和一个凹球面镜组成。他后来的改进不是在于变动凹球面,而是在光阑处放一块与平行平板差别不大的非球面改正透镜,称施密特改正透镜。后来,美国贝克又将其改进为贝克-施密特望远镜。近代望远镜中一般都采用了施密特物镜,在遥感技术、宇航、导弹跟踪、高空摄影等方面有广泛的应用。现{zd0}的施密特望远镜 1960年建于德国陶登堡的史瓦西天文台,其改正透镜口径1.34米,球面镇直径 2米。马克苏托夫折反射式望远镜为1940年初苏联马克苏托夫和荷兰包沃尔斯几乎同时独立发明,故又称马克苏托夫—包沃尔斯系统。它是将施密特望远镜中的草帽形透镜改为弯月形。{zd0}的马克苏托夫望远镜在苏联阿马斯图马尼天文台,其弯月形透镜口径0.7米,而球面镜直径为0.98米。

  望远镜的口径越大,就越能反射或折射更多的光线,也就能看到更远更暗的天体;所以望远镜口径就越做越人。1819四年美国帕洛马天文台天装的反射式望远镜直径为200英寸即58米,镜面重14.5吨,镜筒里140吨,整个镜可转动部分竟达530Z而在19741976年,苏联在克里米亚天文台又建造了直径为236英寸即约6米的更大的反射式望远镜,至今仍大L界之冠.本世纪九十年代,美国、欧洲南天天文台、他岁斯还分别在建造或拟建造口径为10米、4架口径 8米(联成一体后相当于口径历米)、口径 25米的更大反射式望远镜.折射式望远镜的直径也达到40英寸即约 1.02米,这台{zd0}的折射式望远镜于 1897年安装在美国芝加哥大学的时凯士天文台.下图是上海天文台1.56m天体测量望远镜雄姿。

    但是,人们终于发现,不管望远镜做得多大,设置在多高的山上,总会受到大气的阳制:不但是云层的阻挡与夜空散射光的影响;而且还在于大气只让可见光与少数红外波段的辐射通过;即使在晴夜,大气扰动也会使垦紧发生形坐而游移不定;更相糕的是,望远镜的口径越大,这种扰动也越明显、因此,大型望远镜的实际分辨率比衍射理论计算的结果要坏几十倍.以前述508米口径的望远镜为例,在{zh0}的天气条件下其分辨率只相当于38厘米口径望远镜的计算值,而在多数情况下则只及10厘米口径望远镜的计算值。于是天文学家们梦寐以求走出大气层,将望远镜架在太空。随着19904月一台用了十多年建造成的哈勃太空望远镜(HST)的升空,这一梦想终于成真。耗资15亿美元,长 13米、重 11.5吨、分辨率为 0.05秒的HST的升空,在望远镜发展史上是一次飞跃,它使人类的视野扩大到一、二百亿光年的空间。199312月对它耗资6.3亿美元的太空维修,被称为与阿波罗载人登月相比美的航天成就:四名宇航员多次步出奋进号航天飞机,在太空工作35小时维修HST

  除了光(可见)学望远镜外,还诞生了许多称之为“望远镜”的仪器,以满足不同需要。随着无线电的诞生(1895:波波夫、马可尼)和偶然发现来自银河中心的电波(19311932:美国K·场斯基),1937年美国G·雷伯xx了一台直径 9.45米抛物面天线的射电天文望远镜。德国玻恩附近100米直径的大型精密可跟踪抛物面射电天文望远镜,而美国阿雷西博天文台的固定球面射电天文望远镜直径达300米。九十年代,美国波士顿西北50公里的哈佛·史密森射电天文望远镜碟形天线直径为25.5米,这台称为“β”的望远镜是用来寻找外星“智慧生物”。被称为“μ子计数器望远镜”的探测仪器,主要用于测量地质结构、寻找矿床。激光器的发明,诞生了激光扩束器,这也算一种望远镜。科学家们还将红外望远镜、紫外望远镜、X光望远镜等安放在人造卫星上,以克服大气妨碍观测的缺点,以便分别观测这些射线。

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