產品介紹
歷史
第一架反射式望遠鏡誕生於1668年。牛頓經過多次磨製非球面的透鏡均告失敗後,決定採用球面反射鏡作為主鏡。他用2.5cm直徑的金屬,磨製成一塊凹面反射鏡,並在主鏡的焦點前面放置了一個與主鏡成45度角的反射鏡,使經主鏡反射後的會聚光經反射鏡以90度角反射出鏡筒後到達目鏡。這種系統稱為牛頓式反射望遠鏡。它的球面鏡雖然會產生一定的象差,但用反射鏡代替折射鏡卻是一個巨大的成功。
套用
反射望遠鏡在天文望遠鏡中套用十分廣泛。由於這種系統對玻璃材料在光學性能上沒有特殊要求,光線不需透過材料本身,而重量較輕無色差又是反射鏡的一大優點,因此大口徑的望遠鏡都採用反射式。但是反射物鏡表面精度對光程的影響是雙倍的,如果僅由一個反射表面來成像,則此表面所需的精確度(垂直入射光)比單個折射表面的精確度要高四倍。可見反射表面磨製的要求是很高的。再加上需經常重新鍍反射面及部件組裝、校正的困難,反射系統在科普望遠鏡中套用受到限制。
發明者
艾薩克·牛頓爵士是人類歷史上出現過的最偉大、最有影響的科學家之一,同時也是物理學家、數學家和哲學家,晚年醉心於鍊金術和神學。他在1687年7月5日發表的不朽著作《自然哲學的數學原理》里用數學方法闡明了宇宙中最基本的法則——萬有引力定律和三大運動定律。這四條定律構成了一個統一的體系,被認為是“人類智慧史上最偉大的一個成就”,由此奠定了之後三個世紀中物理界的科學觀點,並成為現代工程學的基礎。牛頓為人類建立起“理性主義”的旗幟,開啟工業革命的大門。牛頓逝世後被安葬於威斯敏斯特大教堂,成為在此長眠的第一個科學家。
分類
反射望遠鏡中常用的有牛頓系統、卡塞格林系統、格雷戈里系統等。現代的大型反射望遠鏡,大都通過鏡面的變換,在同一個望遠鏡上得到不同的系統,以用於不同的觀測項目。下面分別介紹常用的幾種系統。
牛頓系統:
牛頓系統是反射系統中最簡單的光學系統(見圖)。為了消去球差,主鏡一般製成拋物面。但當相對孔徑減小到1/12以下,主鏡可製作為球面。它的結構簡單,磨製比較容易,成本低廉。國內外愛好者自製的天文望遠鏡大多採用此系統。但由於軸外像差較大,視場不宜做得過大,且眼望方向與鏡筒指向方向不一致,使觀測者尋星較為困難。但是,相對孔徑較大的拋物面牛頓系統,往往被採用作為口徑較大的物鏡系統,其像質優良,光力強對拍攝視場不大的視面天體十分合用。但由於需要頻繁校正光軸及保養鏡面,在科普活動中引用較少,多用於深空天體攝影。
牛頓式反射望遠鏡
優點:
由於反射鏡的造價要比透鏡低的多,因此對於大口徑的望遠鏡來說,經常做成反射式的,而不是笨重的折射式。
攜帶型設計的反射望遠鏡,雖然鏡筒只有500mm,但焦距卻可以達到1000mm。
牛頓式反射鏡的焦比可以達到f/4到f/8,非常適合觀測那些暗弱的河外星系、星雲。
有些時候用這種望遠鏡觀測月亮和行星也是很適合的。
如果要進行拍照,使用牛頓式望遠鏡時非常好的。但是使用起來要比折反式望遠鏡要麻煩一點。
牛頓式結構可以很好的會聚光線,在焦點處得到一個非常明亮的像。
缺點:
開放的鏡筒式的空氣可以流通,這樣不僅會影響到成像的穩定度,而且一些塵埃會隨著流動的空氣進入鏡筒並附著在物鏡上,長此以往會破壞物鏡表面的鍍膜,使其反射力下降。
由於這種結構的物鏡比較容易破裂,所以使用的時候需要倍加小心。
對於偏軸的光線,牛頓式望遠鏡會產生彗差。
這種結構的望遠鏡不適合於對地面景觀的觀測。
通常牛頓式望遠鏡的口徑和體積都比較大,因此價格也比較昂貴。
由於加了一個二級平面反射鏡,所以會損失一些光線。
格雷戈里系統
詹姆斯·格雷戈里在1663年提出一種方案:利用一面主鏡,一面副鏡,它們均為凹面鏡,副鏡置於主鏡的焦點之外,並在主鏡的中央留有小孔,使光線經主鏡和副鏡兩次反射後從小孔中射出,到達目鏡。這種設計的目的是要同時消除球差和色差,這就需要一個拋物面的主鏡和一個橢球面的副鏡,這在理論上是正確的,但當時的製造水平卻無法達到這種要求,所以格雷戈里無法得到對他有用的鏡子。
卡塞格林和R-C系統
1672年,法國人卡塞格林提出了反射式望遠鏡的第三種設計方案,結構與格雷戈里望遠鏡相似,不同的是副鏡提前到主鏡焦點之前,並為凸面鏡,這就是現在最常用的卡賽格林式反射望遠鏡。這樣使經副鏡鏡反射的光稍有些發散,降低了放大率,但是它消除了球差,這樣製作望遠鏡還可以使焦距很短。卡塞格林式望遠鏡的主鏡和副鏡有經典卡塞格林系統和R-C系統;前者的主鏡為拋物面,副鏡為雙曲面,而後者的主鏡為雙曲面,副鏡也是雙曲面。此二類系統在大型望遠鏡製作中經常使用。由於卡塞格林式望遠鏡焦距長而鏡身短,放大倍率也大,所得圖象清晰;因此得到了非常廣泛的套用;但由於其主副鏡均為非球面,加工難度甚大,製作成本高昂;再加上視場角較小,所以科普天文望遠鏡中不常用。
在反射望遠鏡中,有時會設計成多個焦點,用以產生不同的相對孔徑、視場角及焦距。如內史密斯天文望遠鏡。它是卡塞格林天文望遠鏡的一種變種;系統在望遠鏡筒內,主鏡和目鏡之間設有一面反射鏡(如牛頓系統)。它既有卡塞格林焦點,可用來研究小視場內的天體,又可套用牛頓焦點,用以拍攝大面積的天體。南京天文儀器研製中心的KP400K採用卡塞格林系統。
反射式天文望遠鏡有許多優點,比如:沒有色差,能在廣泛的可見光範圍內記錄天體發出的信息,且相對於折射望遠鏡比較容易製作。但由於它也存在固有的不足:如口徑越大,視場越小,物鏡需要定期鍍膜等。
相關記錄
世界最大天文望遠鏡
凱克望遠鏡Keck I 和Keck II分別在1991年和1996年建成,這是當前世界上已投入工作的最大口徑的光學望遠鏡,因其經費主要由企業家凱克(Keck W M)捐贈(Keck I 為9400萬美元,Keck II為7460萬美元)而命名。這兩台完全相同的望遠鏡都放置在夏威夷的莫納克亞,將它們放在一起是為了做干涉觀測,所獲得的解析度相當於直徑85m的鏡面。它們的口徑都是10m,由36塊六角鏡面拼接組成,每塊鏡面口徑均為1.8m,而厚度僅為10cm,通過主動光學支撐系統,使鏡面保持極高的精度。焦面設備有三個:近紅外照相機、高解析度CCD探測器和高色散光譜儀。
"像Keck這樣的大望遠鏡,可以讓我們沿著時間的長河,探尋宇宙的起源,Keck更是可以讓我們看到宇宙最初誕生的時刻"。
邁向世界上最大的天文望遠鏡行列的還有位於加那裡群島(大西洋東北部)的的大型加那裡天文望遠鏡,鏡面直徑10.4m以及位於南非的南非大型天文望遠鏡,鏡面直徑11m。
歐洲最大的天文望遠鏡
大型經緯天文望遠鏡(БТА)現是歐洲最大的天文望遠鏡,坐落在俄羅斯北高加索山區,海拔2700m。它是一種反射型天文望遠鏡;主鏡(接受天體光的光學鏡面)直徑6.05m,具有鏇轉拋物面外形。其光學系統可利用主鏡焦點和兩個內史密斯焦點來對天體進行觀察。通過彼此之間的差異來進行誤差校正。望遠鏡的可移動部分重量約650t.,總重量約850t.。它於1975年建成,1976年投入使用。
反射望遠鏡在天文觀測中的套用已十分廣泛,由於鏡面材料在光學性能上沒有特殊的要求,且沒有色差問題,因此,它與折射系統相比,可以使用大口徑材料,也可以使用多鏡面拼鑲技術等;磨好的反射鏡一般在表面鍍一層鋁膜,鋁膜在2000-9000埃波段範圍的反射率都大於80%,因而除光學波段外,反射望遠鏡還適於對近紅外和近紫外波段進行研究;因此較適合於進行恆星物理方面的工作(恆星的測光與分光),目前設計和建造的大口徑望遠鏡都是採用的反射系統,遺憾的是反射望遠鏡的反射鏡面需要定期鍍膜,故它在科普望遠鏡中的套用受到了限制。
反射望遠鏡由於工作焦點的不同又分為牛頓系統和R-C系統(如我國最大的2.16米望遠鏡)、折軸系統等。