天文望远镜介绍课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,天文望远镜简介,天文望远镜简介,1,目录,天文望远镜的发展史,望远镜分类,天文望远镜的性能参数,如何选购天文望远镜,目录天文望远镜的发展史,2,粒,子辐射,电磁,辐射,引力,辐射,粒子辐射电磁辐射引力辐射,3,古代的天文学家,巫祝,钦天监,古代的天文学家,4,天文发展史上的里程碑,伽利略,天文发展史上的里程碑伽利略,5,观测成果,观测了月球,发现,了木星的,4,颗卫星,发现,了土星的光环,观测,了水星、金星的相位变化,发现,了太阳黑子和太阳自转,。,哥伦布,发现了,新大陆,伽利略,发现了新,宇宙,星座信使,观测成果观测了月球哥伦布发现了新大陆星座信使,6,正立放大的像,正立放大的像,7,伽利略望远镜缺点：,视场小，,后端不方便安装,瞄准叉,丝（分划板）,天文望远镜介绍课件,8,开普勒式天文望远镜,德国 开普勒,1611,年,屈光学,：,阐述望远镜理论，还清晰地引入了,光线,概念，研究了大气折射，提出了在小角度情况下折射角与入射角成正比，提出了光的照度定律、视觉理论,等,开普勒式天文望远镜德国 开普勒1611年屈光学：阐述望远,9,克里斯托夫,沙伊纳，德国天文学家、物理学家、数学家,克里斯托夫沙伊纳，德国天文学家、物理学家、数学家,10,正像,系统,棱镜正像系统,正像系统棱镜正像系统,11,正像系统,透镜正像系统,正像系统透镜正像系统,12,折射望远镜的致命缺点,色差,折射望远镜的致命缺点 色差,13,消色差,消色差,14,APO,望远镜,Apochromatic,：,复,消色差的,如果制造凸透镜的低折射率材料蓝光对绿光的部分相对色差恰好与制造凹透镜的高折射率材料的部分相对色差相同，那么实现蓝光与红光的消色差之后，绿光的色差恰好,消除,萤石,-,价格昂贵、加工,困难，高档的代名词,AD,玻璃、,ED,玻璃、,UD,玻璃,，代用品,APO望远镜Apochromatic：复消色差的,15,折射望远镜的发展高潮,1757,年，消色差透镜出现,火石玻璃制造困难,19,世纪末，制作大口径折射望远镜的高潮,1897,年，叶凯士天文台,1.02,米,折射望远镜,大口径玻璃,透镜制造,困难，重力变形严重,折射望远镜的发展高潮1757年，消色差透镜出现大口径玻璃透镜,16,折射望远镜,优点,：焦距较大、相对口径较小，工作视场大；对镜筒弯曲不敏感。,缺点,：有残余色差，对紫外、红外波段的辐射吸收厉害，难以浇制和磨制。,折射望远镜优点：焦距较大、相对口径较小，工作视场大；对镜筒弯,17,反射式望远镜的设想,1632,年 意大利的数学家 博纳文图拉,卡瓦列里 提出了反射望远镜的理论,1652,年 另一位意大利僧侣 尼科洛,祖奇 声称自己制作了世界上第一架反射望远镜,1663,年 英国数学家和天文学家 詹姆斯,格里高里 提出使用两个凹面镜制作反射镜的设计，主镜为抛物面，副镜为椭球面,格里高里式望远镜,反射式望远镜的设想1632年 意大利的数学家 博纳文图拉卡,18,牛顿反射望远镜,1668,年，牛顿制成了第一架反射望远镜，物镜是凹球面金属镜，物镜焦点前装一块和光轴成,45,的平面反光镜，将星光反射到镜筒一边，用目镜观察。,牛顿反射望远镜1668年，牛顿制成了第一架反射望远镜，物镜是,19,球差,球差,20,卡塞格林反射望远镜,主镜的型式是抛物面镜，次镜则是双曲面镜,卡塞格林反射望远镜主镜的型式是抛物面镜，次镜则是双曲面镜,21,约翰,哈,德,利 英国 数学家 天文学家,检测镜面聚焦的,精度,詹姆,斯,肖特 英国仪器制造商,相当简便而精度又高的磨制抛物面镜的,技术,约翰哈德利 英国 数学家 天文学家,22,望远镜大师,威廉,赫谢尔,望远镜大师威廉赫谢尔,23,罗斯伯爵,威,廉,帕,森,斯,列维亚森,1.8,米,罗斯伯爵威廉帕森斯列维亚森 1.8米,24,M51,旋涡星云,M51,25,蟹状星云,蟹状星云,26,罗斯的成果,1.,证明,建造大型望远镜是切实可行,的,2.,说明,如果气象条件不配合,，那么,望远镜再好,也没有,用处。,3.,尽管,可以建造庞大的望远镜,，但是,如果找不到能使之运转自如的,、并,能指向天空任何部分,的办法，那么,望远镜就不能被很好使用。,罗斯的成果1. 证明建造大型望远镜是切实可行的,27,反射镜面,制约反射望远镜的发展,青铜,易腐蚀,耐,腐蚀金属,价格昂贵,玻璃,+,金属背板,折射,1856,年，德国 化学家尤斯图斯,冯,利比希,镀银,巨型反射望远镜的时代的到来,反射镜面制约反射望远镜的发展青铜易腐蚀,28,美国天文学家,乔治,埃勒里,海尔,1908,年,威,尔,逊天文台,口径：,1.53,米,1917,年,威,尔,逊天文台,胡克望远镜,口径：,2.54,米,1948,年,帕洛马山,天文台,海尔,望远镜,口径：,5.08,米,美国天文学家乔治埃勒里海尔1908年1917年1948年,29,1908,年,1.53,米,威尔逊山：观测条件好,光学系统：折轴系统,成果,：使用光谱仪拍摄,到了,天狼星暗弱,小伴星的光谱，这是人类首次拍摄到白矮星的光谱，为揭示白矮星身世的秘密提供了有力的观测依据,乔治,威利斯,里奇,1908年 1.53米威尔逊山：观测条件好乔治威利斯里奇,30,1918,年 胡克望远镜 口径,2.54,米,沙普利,柯蒂斯,大辩论,星系的哈勃分类,哈勃定律,1918年 胡克望远镜 口径2.54米沙普利柯蒂斯大辩,31,1848,年 海尔望远镜,5.08,米,1848年 海尔望远镜 5.08米,32,夏威夷 凯克望远镜,10,米,36,块镜面，每,块镜面口径均为,1.8,米，而厚度仅为,10,厘米,夏威夷 凯克望远镜 10米36块镜面，每块镜面口径均为1.8,33,反射望远镜,优点：口径大，无色差，对镜面材料要求低，易磨制。,缺点：视场较小，镜面互相挡光。需重新反复镀反射面，部件组装、校准困难。,反射望远镜优点：口径大，无色差，对镜面材料要求低，易磨制,34,主焦点式,反射镜为抛物面,牛顿式,反射镜,为球面镜,卡塞格林式,抛物面、凸的双曲面镜。,折轴式,主焦点式反射镜为抛物面牛顿式反射镜为球面镜卡塞格林式折轴式,35,RC,系统,改进的卡塞格林,消除,了球差和彗差,RC系统改进的卡塞格林消除了球差和彗差,36,折反射望远镜的诞生背景,彗差,光轴外的某一物点向镜头发出一束平行光线，经光学系统后，在象平面上会形成不对称的弥散光斑，这种弥散光斑的形状呈彗星形，即由中心到边缘拖着一个由细到粗的尾巴，其首端明亮、清晰，尾端宽大、暗淡、模糊,折反射望远镜的诞生背景彗差,37,天文巡天需要大视场望远镜，对应的口径就不能太大,为了看到暗弱的天体，又需要大口径的望远镜,鱼与熊掌兼得,口径大、视场也大,天文巡天需要大视场望远镜，对应的口径就不能太大鱼与熊掌兼得口,38,独臂奇才,施密特,1931,年,非,球面改正,透镜,+,凹,球面,反射镜,独臂奇才施密特1931年,39,马克斯托夫,1943,年,球面镜,+,球面镜,三,片式和两片式,马克斯托夫1943年,40,兴隆,LAMOST,有效口径,4,米，,37,块拼接，,4000,根光纤,兴隆 LAMOST有效口径4米，37块拼接，4000根光纤,41,折反望远镜,优点：,光力强、视场大、成像质量好（修正镜改正了像差）。适用于观测有视面天体（行星、星云）。适于巡天和流星、人造卫星观测。,缺点：,改正镜难磨制，不能做得很大。,折反望远镜优点：光力强、视场大、成像质量好（修正镜改正了像差,42,多波段天文观测的发展,1932,年 美国央,斯,基 银河系中心 射电辐射,标志着射电天文的开端,多波段天文观测的发展1932年 美国央斯基 银河系中心 射,43,1946,年，英国,66.5,米射电望远镜,1962,年，,Ryle,发明了综合孔径射电望远镜（,1974,年诺贝尔物理学奖）,1963,年，美国 阿雷西博望远镜,305,米,20,世纪,70,年代，德国,100,米 全转向射电望远镜,20,世纪,80,年代,欧洲,VLBI,射电阵，美国的,VLBA,射电阵,中国贵州的,FAST 500,米,1946年，英国 66.5米射电望远镜,44,20,世纪,60,年代天文学的四大,发现,1963,年,星际分子,1960,年,类星体,1964,年,微波背景辐射（,诺贝尔物理学奖,）,1967,年,脉冲星,（诺贝尔物理学奖,）,通过射电天文手段和方法获得的,20世纪60年代天文学的四大发现1963年星际分子,45,如果用其他波段观测会怎么样,?,红外：,并不是所有红外波段都可以,7,个窗口,1983,年，美英荷 第一颗红外天文卫星,IRAS,1995,年，欧美日 红外空间天文台,ISO,紫,外：,地面上无法探测,1978,年 国际紫外探测器,IUE,卫星,X,射线：,ROSAT,、,RXTE,、,CHANDRA,、,XMM,、,HXMT,射线,：,COMPTEL,、,INTEGRAL,如果用其他波段观测会怎么样?红外：,46,哈勃空间望远镜,HST,哈勃空间望远镜HST,47,望远镜分类,按光学系统：,折射、反射、折反射,按波段：,射电、光学、红外、紫外、,X,射线、,射线,-,按机械系统：,赤道式、地平式（经纬仪）,望远镜分类按光学系统：,48,赤道式,的两个轴是,极轴,和,赤纬轴,。极轴,平行于地球自转轴,，而赤纬轴,平行于赤道面,。望远镜绕赤纬轴转动可对向天体的赤纬，绕极轴转动可对向天体的时角且易跟踪天体的周日视运动。采用赤道式装置的望远镜常称为“赤道仪”。,具体分为德国式、英国式、框架式、马蹄式、叉式。,地平式装置,的两个轴分布在垂直和水平方向。绕垂直方向转动可对向天体的地平经度（方位角），绕水平轴转动可对向天体的地平纬度。,特点,：稳定性好，重量低。,赤道式的两个轴是极轴和赤纬轴。极轴平行于地球自转轴，而赤纬轴,49,天文望远镜介绍课件,50,望远镜的基本结构,望远镜的基本结构,51,为什么使用天文望远镜？,增加聚光；,用望远镜可以看到人们肉眼看不到的很暗天体。,提高分辨能力；,用望远镜可以看清天体的许多细节。,为什么使用天文望远镜？,52,望远镜的性能参数,口径,分辨角,放大率,（底片比例尺）,相对口径,极限星等,视场,望远镜的性能参数口径分辨角放大率相对口径极限星等视场,53,1,）口径,D I D,2,口径：,一般指,物镜,的,有效通光直径,，常用符号,D,表示。表明光学望远镜的,聚光能力,。,物镜收集星光的能力跟其面积成正比，因此，物镜的口径越大越容易观测到更暗的天体。,1）口径 D I D 2口径：一般指物镜的有效,54,此两幅照片曝光时间相同，但下面的照片所用望远镜的口径大两倍。,此两幅照片曝光时间相同，但下面的照片所用望远镜的口,55,2,）相对口径,A,：,A = D,F,也称“,光力,”，以符号,A,表示，定义为物镜的口径,D,和焦距之比，即,A=D/F,。,相对口径的倒数,(F/D),称为“焦比”（照相机上的光圈数），也常写为,F/(,焦比,),，即口径,D=F/(F/D),。,如果,口径不变,，物镜,焦距越长,，焦比越大，容易得到越高的倍率；物镜,焦距越短,，焦比越小，放大,倍率较低,，但影像,更亮,，视野,更大,。,物镜所成,延展天体像,的,亮度,跟其相对口径的平方,(A,2,),成正比，因此，观测暗的延展天体应当用相对口径大的望远镜。,相反，对于恒星的研究，望远镜的口径大、光力小（加大焦距，减弱背景光的亮度），才能观测到更暗弱的星。,2）相对口径 A： A = DF也称“光力”，以符号,56,分辨角：两天体的像刚刚能被分开时，它们所对应的是天球上两点的角距离。,根据光的衍射原理，分辨角为：,（弧度）,= 1.22/D,式中,D,为望远镜的口径；,为入射光的波长,若分辨角,用角秒为单位,(1,弧度,=206265),波长用目视观测最敏感的,=555nm,代入，则有：,= 140/D(mm),3,）分辨角,分辨角：两天体的像刚刚能被分开时，它们所对应的是天球上两,57,科技楼望远镜,D=400mm, = 140,/400=0.35(,理论值,),兴隆,2.16m,望远镜,D=2160mm, = 140,/2160=0.06(,理论值,),由于地球大气存在湍流影响，加上望远镜的光学镜面会有像差，所以实际的分辨本领远低于理论值。 望远镜的,口径越大,分辨本领越高,，越能分辨天体的更细结构，则能观测更暗、更多的天体。,科技楼望远镜D=400mm,58,天文望远镜介绍课件,59,4,）放大率,G,目视望远镜的放大率等于物镜的焦距,F,1,与目镜的焦距,F,2,之比，即,G,= F,1,/F,2,一架望远镜配备多个目镜，就可以获得不同的放大率。显然,目镜的焦距越短,可以获得,越大的放大率,。但这样并不好，小望远镜用过大的放大率，会使观测天体变得很暗，像变得模糊。,常用的目镜的焦距为,10mm,左右，用它配在焦距,800 mm,的望远镜物镜后面，就可获得,80,倍的放大率。,4）放大率 G目视望远镜的放大率等于物镜的焦距F1与目镜的,60,5,）视场,望远镜的,成像良好区域,所对应的,天空角直径,的范围叫望远镜的视场，用角度（,2,）表示，与放大率,G,成反比。,tan = tan,/ G,（目镜望远镜）,2,为,目镜对应的角直径,，称为,目镜视场,，,G,为,放大率,。,不同的目镜有不同的,，如科技楼望远镜配有三种目镜：,2,为,52 ,、,2,为,67 ,、,2,为,84 ,若采用常用,2,为,52 , f = 20mm,的 目镜，,则,G=4000/20=200,2= arctan(tan(52/2)/200 )*2= 0. 28=16.7 ,若采用,2,为,67 ,的目镜，,f = 9mm, = ?,若采用,2,为,84 ,的目镜，,f,=,4.7mm, = ?,5）视场 望远镜的成像良好区域所对应的天空角直径,61,6,）极限星等,（,贯穿本领）,m,理想条件下，通过望远镜能看到的最暗的星等为望远镜的贯穿本领,(,极限星等,),。它反映了望远镜观测天体的能力。,对于目视望远镜,它的极限星等可以用经验公式计算：,m = 2.1 + 5log D,例：科技楼望远镜,D=400mm,m = 2.1+5,log,400 = 15.11 (,理论,),6）极限星等（贯穿本领）m理想条件下，通过望远镜能看到的最暗,62,衡量望远镜性能的重要参量,使用望远镜的主要目的：,1,、聚光本领：,ID,2,2,、分辨本领：,1.22,D,因此，衡量望远镜的重要参量是,口径。,衡量望远镜性能的重要参量 使用望远镜的主要目的：,63,如何选购合适的望远镜及后端？,1.,玩具级天文望远镜,价格：几十元到几百元,适合不了解天文、没用过天文望远镜的初学者,课程,内容：,了解望远镜的结构，每一个部件的功能。,熟悉望远镜的使用,自己操作望远镜寻找观测目标,使用不同目镜观测月球，了解放大率的概念,学习组装望远镜,如何选购合适的望远镜及后端？1. 玩具级天文望远镜,64,天文望远镜介绍课件,65,2.,入门,级,天文望远镜,价格：大约,1,千多到,2,千多,种类：赤道式、地平式；折射、反射的,适合有一些天文基础的，懂得一些天文常识,课程内容：,赤道仪作用,+,巴德膜 观测太阳黑子,+,单反相机 观测、拍摄月球,+,手机摄影夹 手机拍照,+,电动跟踪 持续观测,2. 入门级天文望远镜,66,天文望远镜介绍课件,67,3.,业余级天文望远镜,价格：,3000,以上，到几万,镜子,+,赤道仪（电动控制手柄，带,goto,）,课程内容：,调,极轴,两星校准,+,多星校准（自动找星）,使用计算机控制望远镜（,the sky,；,sky map,等等）,拍行星,拍星系、星云,+,后端设备,3. 业余级天文望远镜+后端设备,68,天文望远镜介绍课件,69,4.,固定天文台（几十万）,4. 固定天文台（几十万）,70,特殊的天文望远镜,日珥镜,日珥镜：观测太阳色球、日珥的望远镜,波段：,Ha,波段（,6562.8 A,）,特殊的天文望远镜日珥镜日珥镜：观测太阳色球、日珥的望远镜,71,后端设备,目镜,目视观测,单反相机：,拍摄星野、星轨,星云、星系,月球、太阳黑子（光球层）,行星摄像头,行星、月球,日珥、黑子,星云、星系,冷冻,CCD,星云、,星系,导星,CCD,后端设备目镜,72,天文望远镜介绍课件,73,天文望远镜介绍课件,74,天文望远镜介绍课件,75,天文望远镜介绍课件,76,天文望远镜介绍课件,77,天文望远镜介绍课件,78,天文望远镜介绍课件,79,为什么相同的设备别人能拍出好看的星云而我拍的却惨不忍睹？,为什么相同的设备别人能拍出好看的星云而我拍的却惨不忍睹？,80,购买器材时一定要先想好：,我在哪里观测？,安全问题,交通问题,食宿问题,电源问题,光污染情况,设备重量,我要观测什么？,需要什么设备,购买器材时一定要先想好：,81,适合在校内做的天文实验：,望远镜的基本结构（组装望远镜）,目视观测月球、大行星、太阳（一定加巴德膜或其他减光装置，比较危险！）,单反相,机拍摄月球、太阳,赤道式天文望远镜的使用（对极轴、二星校准）,行星摄像头拍摄木星、土星和月球,日珥,镜观测太阳色球,+,行星摄像头,拍摄日珥,深空摄影的后期处理,星,野、星轨的练习（熟悉操作）,深空拍摄的练习（,熟悉操作,）,适合在校内做的天文实验：,82,谢谢,!,拍摄于北京师范大学校内,谢谢!拍摄于北京师范大学校内,83,