第四章 天文望远镜

凯克望远镜
The Keck Telescopes拍摄的图像
欧洲南方天文台(ESO)
欧洲南方天文台（European Southern Observatory，缩写为 ESO，简称欧南台）由比利时、瑞典、法国、德国、荷兰、丹 麦、意大利和瑞士8国于1962年合建，现由13个欧洲国家组成。 总部设在德国慕尼黑附近的加欣。它是欧洲天文学家合作的国 际性机构。
中国光学天文重要设备地域分布
兴隆
怀柔
紫金山 紫 天文台
佘山
丽江
抚仙湖
昆明
国家天文台兴隆站
兴隆观测站位于燕山主峰南麓，长城北侧，海拔960米，是国 家天文台恒星与星系光学天文观测基地，建有2.16米光学望远 镜, 1.26米红外望远镜、60/90厘米施密特望远镜、85厘米反射 望远镜。这里天文宁静度好，大气透明度好，每年有270多个可 观测的晴夜。
大型双子望远镜（北）在美国夏威夷莫纳克亚 1998年建成。 大型双子望远镜（南）在智利色洛· 帕瑞那， 2000年建成。
日本昴星团望远镜(Subaru Telescope)
昴星团望远镜(Subaru Telescope)位于夏威夷莫纳克亚山上， 该望远镜的直径为8.2米，这是一台光学/视觉红外线望远镜。 它能够和凯克天文台共同分享其他望远镜的观测数据。使用权 归日本国家天文台，但是来自世界各地的天文学家均可使用， 首次科学观测于1999年进行。
3）分辨角 δ ″
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： δ（弧度） = 1.22λ/D 式中D为望远镜的口径；λ为入射光的波 长 若分辨角δ用角秒为单位 (1弧度=206265″) 波长用目视观测最敏感的λ=555nm代入， 则有： δ″= 140″/D(mm) 波长用照相观测最敏感的λ=440nm代入， 则有： δ″= 110″/D(mm)
Canary, Spain
Mauna Kea Observatory, Hawaii
ESO, La Silla Observatory, Chile
第四章
天文望远镜 Telescopes
主要内容
§1 当代天文望远镜
§2 天文光学望远镜系统
§3 天文光学望远镜的光学性能
§4 射电望远镜
1 折射望远镜
1897年，美国叶凯士天 文台建成一架口径达 1.02m的折射望远镜， 至今为止它是世界上口 径最大的折射望远镜。
1.02 m; tube 19.2 m long at Yerkes Observatory
Lick天文台的0.91m 折射望远镜
0.91 m at Lick Observatory
光学望远镜的类型
折射望远镜
反射望远镜
折反射望远镜
The simplest telescopes:eye
two main elements: a lens (透镜)and a detector（探测器）. • Lens: Aperture（孔径）: 2-6 mm; focal length: ~5cm. 角膜 视神经
§5 空间望远镜与空间探测器
§4-1 当代天文望远镜
天文望远镜是探测宇宙奥秘的重要 武器，它的主要作用是收集天体的 辐射，并使其成像，当今已进入全 波段的观测时代 。 1609年伽利略将自制望远镜（口径 4.4cm）指向天空，发现了月球上 的环行山、木星的4颗卫星、金星 亮度的位相变化、银河系是由许多 恒星组成的等成果。为了纪念伽利 略之一伟大壮举，联合国把2009年 定为“国际天文年” 。
夏威夷的莫纳克亚(Mauna Kea)天文台
莫纳克亚山天文台坐落在美国夏威夷群岛大岛上的莫纳克 亚山顶峰上，是世界著名的天文学研究场所,海拔2,835米.
凯克望远镜：凯克Ⅰ、凯克II建在夏威夷的莫纳克 亚山，它们是目前世界上最大的光学望远镜。凯克 望远镜由36块直径1.8m，厚10cm的镜子组合成的， 有效口径为10m，焦距为17.5m，镜面为双曲面。
晶状体
Detector: retina 视网膜
反射式望远镜的4种主要设计
主焦式，牛顿式，卡塞式，库德式
物镜 镜筒 寻星镜 目镜 赤道仪
望远镜的组成
折 射 望 远 镜
牛 顿 式 反 射 望 远 镜
卡 赛 格 林 式 反 射 望 远 镜
施 密 特 卡 式 折 反 射 望 远 镜
主镜：折反射望远镜 施密特-卡塞格林系统 口径:40cm 焦距:400cm

1979年建成，望远镜由民主德国耶 拿蔡司厂制造.
地理经度：102˚47΄18˝E 地理纬度：25˚01΄46˝N 海拔高： 2000M
云南天文台抚仙湖太阳观测站
抚仙湖观测站坐落于云南省澄江县境内抚仙湖东北 岸的老鹰地，观测站是中国目前最优良的太阳观测 站，也是亚洲最大的地面太阳观测基地，同时还是 世界上最好的太阳物理观测址之一。
国家天文台兴隆基地 2.16米望远镜， 1989年 建成（中国自行设计 制造）
60/90厘米施密特望远镜
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1997年1月20日发现的近地小行星
中国科学院国家天文台怀柔太阳观测基地
上海天文台1.56米望远镜
该望远镜由上海天文台自行设计并于1987年完成，1989年起用。
云南天文台1.02米望远镜
愈大愈能观测到更暗弱的天体。因而，大口径显示着探测
暗弱天体的威力大，这是因为望远镜接收到天体的光流量 与物镜的有效面积（π r2）成正比。

1609年伽利略望远镜的口径仅有4.4cm左右，但是它比人的 眼睛（瞳孔的直径在夜间观察约为6mm）的通光面积大43倍， 所以才掀起了天文观测的时代。人眼直接观测只能看亮于 6.5m的星，可是通过10m口径的望远镜能看到比22m还暗的 星。
威尔逊山天文台 2.4 m望远镜 爱因斯坦参观威尔逊山天文台
哈勃
Hale Telescope (5 m) (1948) Palomar Observatory 帕洛玛天文台
当代世界上的大望远镜
1、美国于1992年，1996年建成的两个10 米口径的 凯克I和凯克II号望远镜，其联合干涉观测相当于一 架口径14米望远镜的威力。 2、欧南天文台(ESO)建造的 甚大望远镜（Very Large Telescope，缩写为VLT），由4架口径8.2米的望 远镜组成(=16m)； 3、美国、英国等六国联合建造的双子座望远镜由 两个8 m 望远镜组成，于1998年完成一架，第二架于 2000年完成。 4、日本的8.2m 昴星团望远镜也已投入使用。
2）相对口径 A：A = D／F
望远镜的光力也叫相对口径，即口径D 和焦距F之比， A=D/F 。 光力A的倒数叫焦比(1/A= F/D)。如望远镜的口径D=40cm, 焦距F=4m,焦比为：F/10,则其光力 A=1/10。
望远镜的光力大，观测有视面天体（如太阳、月亮、行星、
彗星等）越有利，因为观测到天体的亮度与光力A2成正比。 例如，天文学家为了研究太阳的精细结构和细致的活动情况， 需要通过望远镜呈现出一个大而明亮的太阳像，这需要口径 大，焦距长的望远镜来观测。
2 反射望远镜
The first really great modern telescope was the 2.4meter diameter telescope on Mt. Wilson(威尔逊天 文台), California (1917) Using this telescope, Edwin Hubble(哈勃)discovered in 1929 that the entire universe was expanding(宇宙 正在膨胀)
目前中国最大的天文光学望远镜
台址：云南丽江高美古 地理位置： 东经100°01′51″ 北纬26°42′32″ 海拔3193米，距丽江县城 约50千米。
丽江高美古是我国南方的 一个优良台址，特别是视 宁度达到世界优良台址的 水平。
丽江站天文观测条件
远眺玉龙雪山
Snow moutains seen from Lijiang Observatory
球面主镜MB 定天、改正镜MA 焦面
光纤
光谱仪
国家重大科学工程项目大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜（LAMOST）
第二节 天文光学望远镜系统
光学望远镜的光学部分主要是望远镜的物镜 和目镜。物镜是核心器件，起聚光作用，其 光学性能的好坏至关重要。物镜是反射镜的 叫反射望远镜；物镜是透镜的叫折射望远镜； 物镜是反射镜，但是前面加一块改正像差的 透镜组成的望远镜叫折反射望远镜。
2.4米望远镜技术指标
望远镜由英国TTL公司制造
地平式装置 RC 系统, Cassegrain 焦点 通光口径: 2.4 m 焦比: 主镜 F/2.5，系统 F/8
像质: <0.35”
指向精度: <2” 跟踪精度: <2”/hr (开环)，<0.5”/hr (闭环)
2010.7.22
为纪念伽利略首次用 望远镜进行天文观测400 年，由国际天文学联合 会(IAU)和联合国教科文 组织(UNESCO)共同发 起，主题是“探索我们 的宇宙”，希望通过白 天的天空和夜晚的星空， 帮助人们重新认识他们 在宇宙中的位置，从而 激发个人的探索发现精 神。
一、当代世界大型天文望远镜
1、折射望远镜 2、反射望远镜
欧南天文台(ESO)建造的超大望远镜(VLT)，安放在智利海 拔2632米的色洛· 帕瑞那(Cerro Paranal)，这是地球上最干 燥的地区之一，非常适合于红外观测。
4架口径8.2米
VLT每个重 400吨，镜面 重22吨。
VLT ANTU+FORS1
The Sombrero(草帽) galaxy
大面积天区多目标天体的光谱巡天望远镜 （LAMOST）——郭守敬望远镜
大型天文光谱望远镜 Large Multi-Object Spectroscopy Telescope（LAMOST） 特点：大视场与大口径兼顾，有效口径=4米 效能：同时观测4000个20.5星等的星系的光谱
LAMOST望远镜示意图
Orion Nebula
VLT UT1+ ISAAC(Infrared Spectrometer And Array Camera)
双子望远镜是以美国为 主的一项国际设备（其 中，美国占50％，英国 占25％，加拿大占15％， 智利占5％，阿根廷占 2.5%，巴西占2.5%）, 由美国大学天文联盟 （AURA）负责实施。它 由两个8米望远镜组成， 一个放在北半球，一个 放在南半球，以进行全 天系统观测。
未来世界大望远镜
CELT 加州超大望远镜 30米 美 里克天文台 TMT 加州巨型拼嵌望远镜 30米 美 麦克唐纳 ELT 超大望远镜 50米 瑞典 伦德天文台 MAXAT 极大口径望远镜 50米 美 国立天文台 OWL 超凡望远镜 100米 欧南台
TMT望远镜(30米)：由美国加州大学、加州理工学院、加拿大 大学天文学研究协会、日本国立天文台、中国科学院国家天文 台以及印度国家科学技术部联合建造的30米口径望远镜（TMT） 于2004年开始规划，预计于2018年完工。这架望远镜的造价高 达13亿美元，建设选址定于夏威夷莫纳克亚火山顶，海拔4207 米。TMT直径30米的主镜面由738块直径为1.2米的六边形镜片拼 合而成。（2011.2.27 报道）
第三节
天文光学望远镜的光学性能
天文光学望远镜的性能指标 评价一架望远镜的好坏首先要看望远镜的光学性 能，然后看它的机械性能的指向精度和跟踪精度是
否优良。
望远镜的光学性能指标，主要有六个参量: 有效口径 放大率 分辨本领 相对口径(光力) 贯穿本领(极限星等) 视场
1）口径 D
I∝πD
2
物镜起集光作用的直径，口径越大收集的辐射越多越能 观测到暗弱的天体。 口径愈大能收集的光量愈多，即聚光本领就愈强，口径
“30米望远镜”(TMT)在夏威夷莫纳克亚山顶效果图
超凡望远镜OWL(100米)设计图
二、我国的光学望远镜
名称与口径 2.16米望远镜 1.26米望远镜 太阳磁场望远镜 1.56米望远镜 2.40米望远镜 1.20米望远镜 1.05米望远镜 天文台 国家天文台(总部) 国家天文台(总部) 国家天文台（总部） 上海天文台 国家天文台(云南) 国家天文台(云南) 国家天文台(云南) 地点 河北兴隆 河北兴隆 北京怀柔 上海佘山 云南丽江 云南昆明 云南昆明