望远镜

望远镜是用来扩展视觉。更一般的意义上,这个词已经包括任何设备收集电磁辐射或其他遥远的来源进行分析。第一和最熟悉的类型,然而,是光学望远镜,它提供了一个详细的、放大的图像使用光光谱的可见部分。望远镜,有时用成对调用双筒望远镜,一般用于观察鸟类,船只或其他物体在地球上。使用查看天体对现代是至关重要的天文学也大大增加了宇宙的知识。

这个词望远镜来源于希腊单词吗电视,意思是“遥远”,目的”,查看器。“即使是一个简单的自制望远镜可以清楚地显示土星的戒指,木星的乐队和红斑、恒星、星云,和附近的星系肉眼不可见。研究遥远的行星和宇宙中其他的结构与这些强大而简单的仪器已经彻底改变了人类对自然世界的理解。

所有的望远镜收集辐射从远处的物体在一个大区域和重点,从而增加辐射的强度和允许对象被放大。复杂的望远镜用于视图在所有地区的电磁辐射光谱,从长波辐射和红外辐射无线电波和可见的光太多shorter-wave辐射,包括紫外线辐射和x射线。

这种辐射穿过空间以光速在一波又一波的电场和磁场的形式。因为他们的基本相似,大多数形式的辐射可以集中反映了曲面或通过折射,或弯曲,用玻璃镜片。使用的设备集中辐射不同,但是,根据所研究辐射的波长或类型。

一个光学望远镜包含两个主要元素:关注的目标光射线在一起形成的一个遥远的物体,目镜,它就像一个放大镜提供一个图像的放大图形成的目标。目镜由镜头或镜片的组合。目标可能是一个镜头镜片(或组合)通常由玻璃这种情况下望远镜称为折射。一个反射器是一个望远镜,使用镜子作为目标。的反射折射望远镜使用组合透镜和镜子为目标。

折光式望远镜有一个封闭的管。结束的时候管向对象被认为是客观的,它包含一个凸(outward-curving)镜头或镜头的组合作为一个凸透镜。这样的镜头比边缘厚中间,弯曲光线从一个遥远的对象向对方形成所谓的真实形象。如果对象是非常遥远的,这张图片形式客观的“焦点”,距离被称为“焦距”镜头。图像称为真实,因为射线真正满足,和捕获的图像可以显示在纸上或电影。

相反,然而,这张照片被认为(通过人类的眼睛,或者相机或其他工具)通过目镜,形成一个“虚拟”形象的真实形象。这个虚拟映像可以看到只有通过目镜,通常由一个凸透镜或镜头组合,在这种情况下,图像会颠倒。凹(肥料)镜头也可以用作目镜,通过拦截实像前的光线完全形成。这个过程提供了一个那么形象,但较低的放大和狭窄的视野。大多数望远镜查看地面物体有额外的镜头或棱镜显示那么视图,但这种观点并不重要天文使用。为观察地球和天空,凸目镜更常见。

反射望远镜聚焦光线与一个大凹镜子通常是用玻璃做成的,在其正面涂上一层薄薄的铝。在最简单的reflector-called牛顿反射器后发明家,英国科学家艾萨克·牛顿光主要收集的是凹镜的管和反映第二个镜子。二级反射镜是平的,安装在一个45度的角度偏转会聚光线通过一个洞90度的管。例如在折射望远镜,一个真正的图像对象的形成和通过目镜观察。

为了使望远镜更紧凑,二级镜子也可以弯曲。在这样一个reflector-called Laurent卡塞格林卡塞格伦反射器后,法国牧师发明——二次镜子在电池表面凸(主镜面临的一面)。它反映了光收集的凹主镜直接回去管通过一个洞主镜的中心。联合行动的两个镜折叠望远镜的光路,使望远镜表现得像一个长得多的时间。

所有的望远镜光学缺陷称为畸变。畸变是扭曲的形象。折射系统遭受色差,或者“彩色边缘”,未能集中所有的颜色在同一点。这种扭曲是由于不同程度,不同波长的光线弯曲的镜头。通过使用复合透镜由不同类型的玻璃,可以大大减少色差。反射镜不遭受色差但(以及折射)发生的其他各种畸变当光从一个点被看的对象不是一个精确点带来的形象。这些畸变,包括球面像差,尤其严重的急剧弯曲主要反映在卡塞格林望远镜和short-focal-length牛顿反射镜。在这些望远镜,一个大型的、薄透镜的前管可以抵消镜子的畸变。这些mirror-lens或反射折射的望远镜很受欢迎,部分原因是它们允许非常紧凑的设计。

一个望远镜的权力

有三个基本的“权力”——人类视觉望远镜提供了优势:放大,分辨能力和聚光能力。望远镜的放大倍数是使物体显得比他们将独自如果看到眼睛。具体地说,它是明显的角直径的对象通过目镜除以明显的角直径用肉眼看到的对象。在实践中,放大计算物镜的焦距除以目镜的焦距,它通常表示为一个接着一个数量x。

放大的大约6 - 15 x是常用的双筒望远镜。天文望远镜很容易获得放大400倍以上,但通常湍流大气中模糊了图像,所以额外的放大不是有益的。这个atmosphere-induced模糊可以大大降低,但是,通过使用“自适应光学”镜子,多次改变形状每秒在大气中应对快速变化的不规则的折射。这种昂贵的技术是主要只在某些大型反射在天文台的望远镜。

逐步扩大电脑屏幕上的一张照片或一个图像最终停止产生更多的细节。以类似的方式,提高望远镜的放大到一定程度就会适得其反。产生一个清晰的图像的关键是解决power-expressed望远镜的最近的两个点之间的夹角,望远镜可以显示是分开的。然而,即使非常高质量的光学分辨能力有限直径的目标,也取决于光的波长。更大的目标,波长越短,分辨率越好。

人类的眼睛通常区分点状物体(如星星从地球上看到)相隔一分钟多一点弧(六十分之一)。为中档可见光望远镜与客观直径4.5英寸(11.4厘米)能解决恒星约1角秒(六十分之一的弧形分钟)分开。一个45吋telescope-one有客观与45吋直径解决角秒的十分之一,或明显的高尔夫球的直径从近55英里(90公里)。换句话说,它的分辨能力是比肉眼的约700倍。然而在实践中,大气的扭曲效应限制地面望远镜的分辨率,通常一个角秒左右。分辨能力反过来通常限制有效放大约50 x每英寸(2.5厘米)的客观的直径,或300 x 6英寸(15.2厘米)的望远镜。更高的放大只会产生模糊的图像。

望远镜不仅使事情看起来更大,但他们也可以让事情(尤其是点状物体如遥远的恒星)看起来更明亮。这种能力称为聚光能力。通常是计算目标的面积比人眼瞳孔的黑暗的面积。6英寸的望远镜,聚光能力可以超过400倍的肉眼,允许非常微弱的对象。聚光能力还允许使用高的放大没有多少由于传播的图像变暗。

聚光能力和解决遏制own-allow增加放大不仅是有用的。更大直径的目标,这些权力越大,所以大口径望远镜都高度重视。

配件和大小

较低的小型望远镜放大率可以手持,但更大的放大要求较高的坚固的支架。一般来说,望远镜可以指向四面八方如果它有两个互相垂直的轴旋转。在两个大型和小型视觉望远镜这些轴通常是垂直和水平,被称为三向山。对于许多望远镜使用一个赤道山。在这个山,一个轴,称为极轴,准确的轴线平行地球的旋转。轴垂直于这个被称为赤纬轴。赤道上有一个巨大的优势是允许任何对象从东到西,开车一个革命的极轴以均匀的速度在23小时56分钟(地球自转速率的明星)。然而,电脑驱动电机使它可以轻松地通过使用经纬仪跟踪天体甚至坐骑。

最大的折光式望远镜是40英寸(1米)耶基斯天文台的望远镜,在威廉斯湾,威斯康辛州。折射望远镜的焦距,开始运行于1897年,63英尺(19.2米)。

最大的现代光学望远镜的反射。这部分是因为镜子可以大于镜头。因为使用的镜头折射望远镜只能绕着它的优势,来支持一个非常大的镜头将弯下自己的体重。中使用的镜子反射望远镜,然而,可以支持所有在其背面以及围绕其优势。此外,玻璃透镜可以吸收一部分光;在大型折射望远镜的光量是明显的。

一个典型的反射式望远镜的使用业余天文学家可能有一个主镜测量4到16英寸直径40厘米(10)。反射望远镜使用专业天文学家通常有镜子,测量超过60英寸(1.5米)的直径。从1948年到1976年,世界上最大的反射式望远镜是黑尔仪器在圣地亚哥附近的帕洛玛天文台,加利福尼亚州,200英寸(5.08米)的镜子。当今世界最大的反射望远镜使用多个安装在一起作为一个镜子。其中包括格兰Telescopio加,在拉帕尔码肆虐,加那利群岛,西班牙,与整体镜面直径34.1英尺(10.4米),其次是双胞胎在莫纳克亚山,凯克望远镜夏威夷,32.8英尺(10米)镜子。

通过结合多个望远镜收集的光称为干涉测量的过程中,天文学家们可以创建一个仪器,生产非常锋利的图像。作为一个望远镜光学干涉仪具有相同的分辨率与客观直径之间的距离等于两个望远镜干涉仪的组成部分。例如,两个凯克望远镜站约280英尺(85米);当他们的光被合并时,干涉仪具有相同的分辨率(至少沿着一个方向)作为一个直径280英尺的镜头。

许多隐藏功能可以揭示宇宙的感应电磁部分光谱除了可见的光。因为空气中水蒸气吸收红外辐射近红外望远镜通常安装在较高的山峰,上面海平面附近水汽含量就越大。然而,地球大气层几乎完全阻碍了远红外,紫外线(UV), x射线,伽马射线光谱的一部分。因此,这些望远镜敏感波长被放置在船上飞船轨道上方的大气。

红外望远镜探测光等对象发出新形成的恒星和行星系统。一个显著的例子是斯皮策太空望远镜,它是由美国国家航空航天局(NASA)和使用从2003年到2020年。紫外线望远镜是重要的研究对象,如非常炙热的恒星和星系的能量核,巨大的黑洞被认为存在的地方。NASA的哈勃太空望远镜发射航天飞机发现在1990年对紫外线和红外线探测器除了可见光。斯皮策太空望远镜和哈勃望远镜使用卡塞格伦反射器的设计。哈勃望远镜的主镜的直径为94.5英寸(2.4米),和斯皮策有一个直径33.5英寸(0.85米)。

wavelengths-those短的x射线区域spectrum-ordinary镜子不会工作。x射线会穿透传统镜子而不是被他们反映。仅当x射线反射是一个小镜子,掠射角可以专注。x射线卫星携带的望远镜金属镜子,深深凹,这样他们可以专注x射线探测器上。太空x射线望远镜的一个例子是美国宇航局的钱德拉x射线天文台,这是在1999年推出。

宇宙中最精力充沛的对象,如黑洞和中子星碰撞,发出的辐射在最短的频谱的一部分:伽马射线。透镜和反射镜不能有效集中伽马射线,所以其他更复杂的使用方法。国际赞助的仪器称为费米伽马射线太空望远镜于2008年发射升空。

恒星、星系、类星体和其他天体发射无线电波,这很重要,因为它们穿透大量的云雾,否则阻止我们认为我们的银河系的中心。射电望远镜通常是地面,甚至可以在白天,多云的天气。他们基本上由天线系统和无线电接收机。在最常见的射电望远镜,一个抛物面反射器,或菜,主要的无线电波到一个小中央天线,将信号传送到接收器。最大的单一这样的望远镜——1600英尺(500米)across-was快(五百米孔径球面射电望远镜)在贵州,中国。它在2016年开始运营。在此之前最大的单一机组射电望远镜是阿雷西博天文台的仪器,是波多黎各阿雷西博附近使用从1963年到2020年。

由于无线电波的波长很长,射电望远镜的一个缺点是,他们的决议,或能力区分细节在他们检测的对象,通常不是比决议(可见光)的肉眼。为了克服这个问题,开发出一种新型的望远镜,天文学家集中信号被物理上独立的望远镜。这种干涉仪通过重建发射无线电波的形状,由射电望远镜“采样”在不同的点。这种干涉仪的解析是与一个射电望远镜的直径等于分离单个望远镜组成的数组。

这样的一个数组,甚大阵射电望远镜)在新墨西哥州,建于1970年代。主要项目开始于2001年升级VLA的计算机系统以极大地提高其功能,从而将它转换为扩大甚大阵(EVLA)。数组由27个射电望远镜,或天线,分布在22英里(36公里)。每个天线是一个盘直径82英尺(25米),安装在一个大型的基座,依次连接运输车,可以移动230吨天线on rails在Y的形状。整个数组可以指向天空的任何部分,通过改变天线的位置,可以收集无线电波从天上的大对象或集中在高分辨率小的。它的最大分辨率与大型光学望远镜。每个天线发出的信号是由中央计算机电缆,电子结合成一个单一的形象。

结合信号从射电望远镜分散在世界各地,非常高的分辨率是有可能的。甚长基线数组(基线)是世界上最大的天文仪器。它由10个菜,每个都有一个82英尺(25米)直径,遍布超过5000英里(8000公里)在美国。这个数组,决议比取得了一千分之一弧秒。

更小、更精确的工具类似于射电望远镜目标短(毫米和亚毫米)波长的光,包括微波。红外辐射,这些波长被水吸收,所以毫米和亚毫米波望远镜同样建立在山顶上面,最大气的水汽。James Clerk Maxwell望远镜在夏威夷的莫纳克亚山,是最大的单一亚毫米波望远镜,49英尺(塑像)主要菜肴。

中微子都很小,难以捉摸亚原子粒子排放大量的核心星星,尤其是爆炸的恒星的内核崩溃(超新星)。他们是极难检测,因为他们几乎没有与物质相互作用。世界各地的许多设施已经构建了检测这些粒子,在某些情况下,决定他们的方向。这些仪器有不同的设计,从池的四氯乙烯干洗液体泵通过辐射探测器在南达科塔州一座金矿,纯水的球形储罐内衬敏感光探测器在日本下一座山。它们通常位于约一英里(1.6公里)地下为了筛选出所有粒子除了中微子。看起来称这些工具“望远镜”,但他们做服务的功能检测辐射从遥远的天体。

独立发明了望远镜,很可能不小心多次意大利科学家伽利略在1609年他转向诸天。玻璃是早在3500年在埃及公元前从2000年,原油镜头相信到目前为止公元前发掘出了克里特岛和小亚细亚。古希腊数学家欧几里得写了关于光的反射和折射在3世纪公元前,在第一世纪广告罗马作家塞内加指出,一个装满水的玻璃地球仪被希腊剧作家阿里斯托芬可以作为一个放大镜。11世纪的阿拉伯科学家伊本al-Haytham(也称为海桑)发表了他的实验结果与抛物面镜和隐形眼镜的放大率。在13世纪的英格兰,科学家罗杰·培根对镜头进行了大量实验,部分的基础上翻译的伊本al-Haytham的工作。培根还建议使用眼镜矫正视力问题,15世纪,这样的镜头在欧洲已经变得司空见惯。

印刷机的发明在15世纪,紧随其后的是学者的日益增长需要眼镜,可能不可避免的最终发明望远镜。很明显,一再声明,首次发明了望远镜在1608年奇观制造商汉斯Lipperhey(伯)在荷兰,是不正确的。Lipperhey了一些望远镜在1608年和卖给荷兰政府感兴趣的是他们的军事应用。他30年的专利申请被拒绝,但是,理由是“其他许多人的知识发明。“望远镜在法国、德国、意大利和英格兰在1609年。

伽利略听到Lipperhey工作和重塑的望远镜,使用基本的光学原理。他第一个望远镜放大3倍,由凸透镜和凹透镜安装到铅管的两端。结果非常满意,伽利略做了几个大的望远镜,磨自己的眼镜。他最大的望远镜有一个客观的直径约1.75英寸(4.4厘米),有大约30 x的放大率。与这些简单的工具,他发现的山脉和陨石坑月亮的表面,主要的木星的卫星星光熠熠的性质银河系,这一事实金星经历阶段像月亮。他的观察表明,金星是球形和太阳轨道,相反托勒密理论。

很少有新的科学仪器有一个更加显著的影响比伽利略的望远镜。它不仅先进科学知识的巨大进步也激起了巨大的海浪被推翻,从而在哲学和宗教传统的宇宙图片集中在静止的地球。

1659年,荷兰的科学家克里斯蒂安·惠更斯发现的本质土星的光环通过使用望远镜测量23英尺(7米)长,他自己设计和建造。1663年詹姆斯•格雷戈里苏格兰数学家,设计了反射望远镜是格雷戈里反射器。1668年艾萨克·牛顿建立现在被称为牛顿反射器,四年后,劳伦特卡塞格伦望远镜设计了卡塞格伦反射器。

托马斯·Ehrensperger

埃里克·j·勒纳

艾德。