實(shí)驗(yàn)三天文望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)造和使用

關(guān)于實(shí)驗(yàn)三天文望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)造和使用一、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(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、實(shí)驗(yàn)步驟天文望遠(yuǎn)鏡可以觀(guān)測(cè)遙遠(yuǎn)的天體，測(cè)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(duì)天體所張的角距。第3頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天(一)望遠(yuǎn)鏡的主要光學(xué)性能

1.口徑(D)口徑是指物鏡未被遮掩，真正起到焦光作用部分的直徑，稱(chēng)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(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.相對(duì)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(chēng)為相對(duì)口徑。即A＝D/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(xiàn)大小和焦距F成正比。因此在觀(guān)測(cè)有視面天體時(shí)，重要的不是有效口徑D，而是相對(duì)口徑A。第5頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.目視放大率（G）通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀(guān)察，天球上兩點(diǎn)的張角所放大的倍數(shù)，稱(chēng)為望遠(yuǎn)鏡的目視放大率，其表達(dá)式為

如圖1所示，式中ω是天球上A、B兩點(diǎn)在物鏡處的張角，就是肉眼觀(guān)測(cè)時(shí)該兩點(diǎn)的角距；ω′是A、B兩點(diǎn)在目鏡處的張角，就是目視望遠(yuǎn)鏡觀(guān)測(cè)該兩點(diǎn)時(shí)的角距。圖1目視望遠(yuǎn)鏡的放大率第6頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天又因（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(guò)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(guān)測(cè)時(shí)，不宜用過(guò)大的放大率，通?？刂圃?0-300倍之間。如G過(guò)大，對(duì)于恒星，由于大氣抖動(dòng)，會(huì)造成星像抖動(dòng)；對(duì)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(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.視場(chǎng)(2ω)通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀(guān)察，所見(jiàn)天空區(qū)域的角直徑稱(chēng)為望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)。由圖1可知，望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)應(yīng)滿(mǎn)足下式：因此，對(duì)于同一望遠(yuǎn)鏡，在物鏡類(lèi)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(chǎng)就越小。第8頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天5.分辨角(θ″)用望遠(yuǎn)鏡觀(guān)察兩個(gè)密近天體，其影象剛剛能被肉眼分開(kāi)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的天球上兩點(diǎn)間的角距離，稱(chēng)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，λ為光波波長(zhǎng)，D為望遠(yuǎn)鏡的有效口徑，單位都是毫米；θ的單位為角秒。第9頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天對(duì)于人眼最敏感的黃綠光的波長(zhǎng)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(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.目視極限星等(或貫穿本領(lǐng)，mv)在睛朗無(wú)月的夜晚，用望遠(yuǎn)鏡看到天頂附近最暗的星等，稱(chēng)為望遠(yuǎn)鏡的極限星等。顯然，望遠(yuǎn)鏡的有效口徑D越大，看到的暗星越多。

第11頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天(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。①折射望遠(yuǎn)鏡折射望遠(yuǎn)鏡主要有開(kāi)普勒和伽利略?xún)煞N型式，它們的光學(xué)系統(tǒng)如圖2所示。第12頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖2折射望遠(yuǎn)鏡的光路圖開(kāi)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(cè)量方面的工作，而伽利略式望遠(yuǎn)鏡無(wú)法安裝瞄準(zhǔn)十字絲。因此，開(kāi)普勒式望遠(yuǎn)鏡為當(dāng)今天文觀(guān)測(cè)所采用。凸透鏡凹透鏡第13頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天折射望遠(yuǎn)鏡的主要優(yōu)點(diǎn)是星像質(zhì)量好，焦距長(zhǎng)，照相底片比例尺大；其缺點(diǎn)主要是有殘余色差，相對(duì)口徑小，制造困難。第14頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天②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(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖3反射望遠(yuǎn)鏡的光路圖第16頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天反射望遠(yuǎn)鏡的主要優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)口徑較大，完全沒(méi)有色差，鏡面材料要求低；其主要缺點(diǎn)是視場(chǎng)小，副鏡擋光減少接收輻射，物鏡鍍銀（鋁）易氧化。第17頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天③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(lèi)型，它們的光學(xué)系統(tǒng)如圖4所示。第18頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖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(jiǎn)稱(chēng)馬卡式），或：施密特—卡塞格林式（簡(jiǎn)稱(chēng)施密特卡式）。第19頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天折反射望遠(yuǎn)鏡的主要優(yōu)點(diǎn)是，相對(duì)口徑大，視場(chǎng)大，像差小，是觀(guān)測(cè)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(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天(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(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天①地平式裝置

地平式裝置與地平坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)。它的兩條軸分別在垂直和水平方向，稱(chēng)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(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天②赤道式裝置赤道式裝置與赤道坐標(biāo)相對(duì)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(chēng)為極軸（又稱(chēng)為赤經(jīng)軸）和赤緯軸。

1.極軸2.時(shí)盤(pán)3.赤緯軸4.赤緯盤(pán)

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(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天天體周日圈平行于天赤道，當(dāng)赤道式望遠(yuǎn)鏡對(duì)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(chǎng)內(nèi)。如開(kāi)啟轉(zhuǎn)儀鐘可長(zhǎng)時(shí)間跟蹤天體，對(duì)目視觀(guān)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(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.望遠(yuǎn)鏡的調(diào)整①整平底座②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(guān)測(cè)地點(diǎn)的地理緯度，且位于子午面內(nèi)。第25頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天粗調(diào)極軸高度先松開(kāi)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(pán)組，使望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)北極星，再固定緯度螺旋即可。這種調(diào)整，對(duì)于一般的天文觀(guān)察就可以了。第26頁(yè),共28頁(yè)，202