實(shí)驗(yàn)三天文望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)造和使用

1、關(guān)于實(shí)驗(yàn)三天文望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)造和使用第1頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)8分，星期三一、目的和要求 了解天文望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)造；學(xué)會(huì)使用天文望遠(yuǎn)鏡。二、實(shí)驗(yàn)所需儀器 天文望遠(yuǎn)鏡。第2頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)8分，星期三三、實(shí)驗(yàn)步驟天文望遠(yuǎn)鏡可以觀測遙遠(yuǎn)的天體，測定天體的位置，放大有視面天體（衛(wèi)星、行星、星云和星系）的角直徑。天文望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)部分由物鏡和目鏡組成，物鏡的作用是使遙遠(yuǎn)天體在近處成像和大量收集由天體發(fā)出的光輻射。目鏡的作用主要是放大對天體所張的角距。第3頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)8分，星期三(一)望遠(yuǎn)鏡的主要光學(xué)性能 1. 口徑(D)口徑是指物

2、鏡未被遮掩，真正起到焦光作用部分的直徑，稱為望遠(yuǎn)鏡的有效口徑。物鏡收集天體輻射的能力與它的面積，也即與口徑的平方(D2)成正比。所以，D越大，看到的暗天體越多?？趶绞峭h(yuǎn)鏡的六個(gè)光學(xué)性能中最為重要的。第4頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)8分，星期三2. 相對口徑(或光力，A)望遠(yuǎn)鏡的有效口徑D與其物鏡焦距F之比，稱為相對口徑。即AD/F天體在焦平面上成像的亮度與收集的輻射成正比，與成像的面積成反比。因收集的輻射與口徑的平方(D2)成正比，而成像的線大小和焦距F成正比。因此在觀測有視面天體時(shí)，重要的不是有效口徑D，而是相對口徑A。第5頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)8分，

3、星期三3. 目視放大率（G）通過望遠(yuǎn)鏡觀察，天球上兩點(diǎn)的張角所放大的倍數(shù)，稱為望遠(yuǎn)鏡的目視放大率，其表達(dá)式為 如圖1所示，式中是天球上A、B兩點(diǎn)在物鏡處的張角，就是肉眼觀測時(shí)該兩點(diǎn)的角距；是A、B兩點(diǎn)在目鏡處的張角，就是目視望遠(yuǎn)鏡觀測該兩點(diǎn)時(shí)的角距。圖1 目視望遠(yuǎn)鏡的放大率第6頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)8分，星期三又因 （F、f分別是物鏡和目鏡的焦距），所以，目視望遠(yuǎn)鏡放大率的實(shí)用表達(dá)式為G=F/f每一個(gè)望遠(yuǎn)鏡都備有幾個(gè)焦距不同的目鏡，通過更換不同焦距的目鏡，可以得到幾種不同的放大率。但在天文觀測時(shí)，不宜用過大的放大率，通?？刂圃?0-300倍之間。如G過大，對于恒星，由于大

4、氣抖動(dòng)，會(huì)造成星像抖動(dòng)；對于有視面天體，星像暗淡，再加大氣抖動(dòng)，效果反而不好。 第7頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)8分，星期三4. 視場(2) 通過望遠(yuǎn)鏡觀察，所見天空區(qū)域的角直徑稱為望遠(yuǎn)鏡的視場。由圖1可知，望遠(yuǎn)鏡的視場應(yīng)滿足下式：因此，對于同一望遠(yuǎn)鏡，在物鏡類型相同的情況下，當(dāng)選用的倍率(G)越大時(shí)，或者目鏡的焦距(f)越小時(shí)，它的視場就越小。 第8頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)8分，星期三5. 分辨角()用望遠(yuǎn)鏡觀察兩個(gè)密近天體，其影象剛剛能被肉眼分開時(shí)，所對應(yīng)的天球上兩點(diǎn)間的角距離，稱為望遠(yuǎn)鏡的分辨角。理論上，望遠(yuǎn)鏡的分辨角的計(jì)算公式為式中，為光波波長，D為

5、望遠(yuǎn)鏡的有效口徑，單位都是毫米；的單位為角秒。 第9頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)8分，星期三對于人眼最敏感的黃綠光的波長為5500埃，代入上式，有由上式可知，望遠(yuǎn)鏡的分辨角僅與它的有效口徑D有關(guān)，口徑越大，分辨角越小，即分辨本領(lǐng)越大。人眼瞳孔直徑夜間最大為8毫米，而白晝僅2毫米，所以人眼的分辨角在18-70之間。實(shí)際上，由于大氣抖動(dòng)和望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)制作的缺陷等因素，通常望遠(yuǎn)鏡的分辨角比上式給出的要大些。第10頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)8分，星期三6. 目視極限星等(或貫穿本領(lǐng)，mv)在睛朗無月的夜晚，用望遠(yuǎn)鏡看到天頂附近最暗的星等，稱為望遠(yuǎn)鏡的極限星等。顯然，望遠(yuǎn)

6、鏡的有效口徑D越大，看到的暗星越多。 第11頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)8分，星期三(二)天文望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)不同型式的天文望遠(yuǎn)鏡是由它的物鏡所決定的。物鏡為透鏡的是折射望遠(yuǎn)鏡，物鏡為反射鏡的是反射望遠(yuǎn)鏡，物鏡由反射鏡和校正透鏡組成的是折反射望遠(yuǎn)鏡。折射望遠(yuǎn)鏡 折射望遠(yuǎn)鏡主要有開普勒和伽利略兩種型式，它們的光學(xué)系統(tǒng)如圖2所示。 第12頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)8分，星期三圖2 折射望遠(yuǎn)鏡的光路圖開普勒式望遠(yuǎn)鏡的焦平面（像平面）上，可以安裝瞄準(zhǔn)十字絲，適合于天體測量方面的工作，而伽利略式望遠(yuǎn)鏡無法安裝瞄準(zhǔn)十字絲。因此，開普勒式望遠(yuǎn)鏡為當(dāng)今天文觀測所采用。 凸透鏡

7、凹透鏡第13頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)8分，星期三折射望遠(yuǎn)鏡的主要優(yōu)點(diǎn)是星像質(zhì)量好，焦距長，照相底片比例尺大；其缺點(diǎn)主要是有殘余色差，相對口徑小，制造困難。 第14頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)8分，星期三反射望遠(yuǎn)鏡 反射望遠(yuǎn)鏡中有牛頓式、卡塞格林式、焦點(diǎn)式和格里哥利式四種型式。其中前兩種用得較多，它們的光學(xué)系統(tǒng)如圖3所示。第15頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)8分，星期三圖3 反射望遠(yuǎn)鏡的光路圖第16頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)8分，星期三反射望遠(yuǎn)鏡的主要優(yōu)點(diǎn)是相對口徑較大，完全沒有色差，鏡面材料要求低；其主要缺點(diǎn)是視場小，副鏡擋光

8、減少接收輻射，物鏡鍍銀（鋁）易氧化。 第17頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)8分，星期三折反射望遠(yuǎn)鏡 折反射望遠(yuǎn)鏡有施密特和馬克蘇托夫兩種類型，它們的光學(xué)系統(tǒng)如圖4所示。 第18頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)8分，星期三圖4 折反射望遠(yuǎn)鏡的光路圖實(shí)際上天文望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)型式有很多種，有的是上述的組合，如：馬克蘇托夫卡塞格林式（簡稱馬卡式），或：施密特卡塞格林式（簡稱施密特卡式） 。 第19頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)8分，星期三折反射望遠(yuǎn)鏡的主要優(yōu)點(diǎn)是，相對口徑大，視場大，像差小，是觀測有視面天體的最好工具；其主要缺點(diǎn)是改正鏡很難磨制。 第20頁，共28

9、頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)8分，星期三(三)天文望遠(yuǎn)鏡的安裝、調(diào)整、使用和維護(hù)1. 望遠(yuǎn)鏡的安裝 望遠(yuǎn)鏡的機(jī)械裝置分為地平式和赤道式兩種。第21頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)8分，星期三地平式裝置 地平式裝置與地平坐標(biāo)相對應(yīng)。它的兩條軸分別在垂直和水平方向，稱為豎直軸和水平軸。 如圖所示，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它的地平經(jīng)度（方位角）在連續(xù)變化，而地平緯度（高度角）保持不變；當(dāng)望遠(yuǎn)鏡繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它的地平緯度在連續(xù)變化，而地平經(jīng)度不變（或改變180）。 1. 豎直軸 2. 水平軸 3. 望遠(yuǎn)鏡 4. 平衡錘 圖5 地平式裝置示意圖第22頁，共28頁，2022年，5月20

10、日，22點(diǎn)8分，星期三赤道式裝置赤道式裝置與赤道坐標(biāo)相對應(yīng)。它的兩條軸分別指向天北極（或天南極）和平行天赤道面，稱為極軸（又稱為赤經(jīng)軸）和赤緯軸。 1. 極軸 2. 時(shí)盤 3. 赤緯軸 4. 赤緯盤 5. 平衡錘 6. 尋星鏡 7. 望遠(yuǎn)鏡圖6 赤道式裝置示意圖如圖所示，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡繞極軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它的赤經(jīng)（或時(shí)角）在連續(xù)變化，而赤緯保持不變；當(dāng)望遠(yuǎn)鏡繞赤緯軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它的赤緯在連續(xù)變化，而赤經(jīng)不變（或改變180）。 第23頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)8分，星期三天體周日圈平行于天赤道，當(dāng)赤道式望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)某天體時(shí)，使其繞極軸緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，可使天體保持在視場內(nèi)。如開啟轉(zhuǎn)儀鐘可長時(shí)間跟蹤天體，對目視觀察和照相非常方便。所以許多望遠(yuǎn)鏡特別是大型望遠(yuǎn)鏡都采用赤道式。第24頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)8分，星期三2. 望遠(yuǎn)鏡的調(diào)整整平底座調(diào)整極軸在赤道式裝置中，望遠(yuǎn)鏡極軸應(yīng)和天軸平行，極軸的地平傾角應(yīng)等于觀測地點(diǎn)的地理緯度，且位于子午面內(nèi)。 第25頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)8分，星期三粗調(diào)極軸高度先松開緯度螺旋，將望遠(yuǎn)鏡放在赤緯90、時(shí)角12h的位置上鎖定極軸和赤緯軸；轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤組，使望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)北極星，再固定緯度螺旋即可。這種調(diào)整，對于一般的天文觀察就可以了。 第26頁，共28頁，2022年，5月20日，2