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望远镜
望远镜
望远镜是一种利用凹透镜凸透镜观测遥远物体的光学仪器。利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像,再经过一个放大目镜而被看到。又称“千里镜”。望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角,使人眼能看清角距更小的细节。望远镜第二个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径(最大8毫米)粗得多的光束,送入人眼,使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。1608年荷兰汉斯·利伯希发明了第一部望远镜。1609年意大利佛罗伦萨人伽利略·伽利雷发明了40倍双镜望远镜,这是第一部投入科学应用的实用望远镜。

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望远镜 - 发明

1608年,荷兰当时正处于一场针对西班牙统治的长期反叛之中,西班牙海军封锁了港口,荷兰的工商业发展几近停滞,眼镜匠汉斯·利伯希的生意很不景气。

利伯希的一名助手把玩着利伯希为一名顾客做眼镜而打磨的透镜,这个学徒发现把两块透镜相隔一定距离放在一只眼睛的前面时,从透镜望过去,远处的教堂塔尖似乎比平时拉近很多。利伯希立即意识到,学徒这不经意的发现有着重要的价值。他经过实验,确定了两块透镜间距多大时远处物体成像最大最清晰。然后利伯希制作了金属管来固定两块透镜,创造出了第一部望远镜。利伯希用希腊语“看得远”一词,把它命名为“望远镜”。

利伯希的望远镜倍率在5-7之间(与肉眼看到的相比,能将物体放大5-7倍)。他并没有试图改良自己的发明,而是申请了专利,并把他的望远镜提供给了荷兰军队。军队试图将其保密,然而数月之内就泄露了秘密,望远镜的复制品也风靡了整个欧洲。

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望远镜 - 改良

伽利略望远镜
伽利略望远镜
1608年末,伽利略·伽利雷首次见到了利伯希望远镜的复制品,他立刻意识到,一部更好的望远镜将会使天文学家梦想成真,能在减少眼睛酸痛的同时提高天文学研究的准确性。

伽利略开始做实验,他不断改变望远镜内透镜的形状与距离,同时改变望远镜的部件。1609年初,伽利略制造出了40倍双镜望远镜,这是第一部投入科学应用的实用望远镜。

几乎同时,德国的天文学家开普勒也开始研究望远镜,他在《屈光学》里提出了另一种天文望远镜,这种望远镜由两个凸透镜组成,与伽利略的望远镜不同,比伽利略望远镜视野宽阔。但开普勒没有制造他所介绍的望远镜。

沙伊纳于1613年─1617年间首次制作出了这种望远镜,他还遵照开普勒的建议制造了有第三个凸透镜的望远镜,把二个凸透镜做的望远镜的倒像变成了正像。沙伊纳做了8台望远镜,用来观察太阳,每一台都能看到相同形状的太阳黑子。因此,他打消了不少人认为黑子可能是透镜上的尘埃引起的错觉,证明了黑子确实是观察到的真实存在。

在观察太阳时沙伊纳装上特殊遮光玻璃,伽利略则没有加此保护装置,结果伤了眼睛,几乎失明。荷兰的惠更斯为了减少折射望远镜的色差在1665年做了一台筒长近6米的望远镜,来探查土星的光环,后来又做了一台将近41米长的望远镜。

1670年牛顿首次对利伯希和伽利略的设计进行了根本性改进。他发明了反射式望远镜。牛顿望远镜的光学透镜聚焦在凹面镜上,这一体系极大地增大了望远镜的倍数,而且消除了利伯希设计固有的失真现象。

1825年法国人莱玫尔(J.P.Lemiere)发明了双目望远镜。意大利人波罗斯(Ignatio Porris)首次在莱玫尔发明的基础上制作了一只实用双目望远镜。

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望远镜 - 成像原理简介 

广义上的望远镜不仅仅包括工作在可见光波段的光学望远镜,还包括射电,红外,紫外,X射线,甚至γ射线望远镜。我们探讨的只限于光学望远镜。

根据物镜的种类可以分为三种:
1、折射望远镜
折射望远镜的物镜由透镜或透镜组组成。早期物镜为单片结构,色差和球差严重,使得观看到的天体带有彩色的光斑。为了减少色差,人们拼命增大物镜的焦距,1673年,J.Hevelius制造了一架长达46米的望远镜,整个镜筒被吊装在一根30米高的桅杆上,需要多人用绳子拉着转动升降。惠更斯干脆将物镜和目镜分开,将物镜吊在百尺高杆上。直到19世纪末,人们发明了由两块折射率不同的玻璃分别制成凸透镜和凹透镜,再组合起来的复合消色差物镜,才使得这场长度竞赛得到终止。

折射望远镜分为伽利略结构和开普勒结构两类。其中,伽利略结构历史最悠久,望远镜其目镜为凹透镜,能直接成正立的像,但是视场小,一般为民用 的2——4倍的儿童玩具采用。而绝大多数常见的望远镜都是开普勒结构,其目镜一般是凸透镜或透镜组,由于其光路中有实象,可以安装测距或瞄准分划板用来测量距离。但是简单的开普勒结构所成的像是倒立的,需要在光路内加上正像系统使其正过来,常见的正像系统为普罗棱镜屋脊棱镜,既起到正像的作用,又使光路折回,缩短整机长度。

2、反射望远镜
该类镜最早由牛顿发明,

望远镜
牛顿望远镜
其物镜是凹面反射镜,没有色差,望远镜而且将凹面制成旋转抛物面即可消除球差。凹面上镀有反光膜,通常是铝。反射望远镜镜筒较短,而且易于制造更大的口径,所以现代大型天文望远镜几乎无一例外都是反射结构。

反射望远镜的结构里,除了主物镜外,还装有一或几个小的反射镜,用来改变光线方向便于安装目镜。由于反射式望远镜的入射光线仅在物镜表面反射,所以对光学玻璃的内部品质比折射镜要求低。1990年,美国在夏威夷建成当时口径最大的凯克望远镜,该镜采用了一些前所未有的新技术:
(1)主物镜由36面六边形薄镜片拼和而成,厚度仅为10厘米。
(2)有计算机控制背面直撑点,补偿重力引起的形变。
(3)能通过改变镜面曲率补偿大气扰动。
这些新技术的采用使得人类发射太空望远镜的要求不再迫切。

3、折反射望远镜
折反射望远镜的物镜是由折射镜和反射镜组合而成。主镜是球面反射镜,副镜是一个透镜,用来矫正主镜的像差。此类望远镜视场大,光力强,适合观测流星彗星,以及巡天寻找新天体。根据副镜的形状,折反射镜又可以分为施密特结构和马克苏托夫结构,前者视场大,像差小;后者易于制造。

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望远镜 - 突破性进展

望远镜
射电望远镜

射电望远镜
望远镜技术最新的突破性进展是射电望远镜的问试。这种望远镜与光学望远镜截然不同,它是一种射电接收器,专门探测天空中某一区域发出的射电信号,就像光学望远镜只能探测天空中某一区域的光信号一样。

卡尔·杨斯基(Karl Jansky)1949年在新泽西贝尔电话实验室工作的时候,发明了射电望远镜。英国天文学家乔戴尔·阪克(Jordell Bank)于1957年制造出了第一部实用射电望远镜。

探测天体射电辐射的基本设备。可以测量天体射电的强度、频谱及偏振等量。通常,由天线、接收机和终端设备3部分构成。天线收集天体的射电辐射,接收机将这些信号加工、转化成可供记录、显示的形式,终端设备把信号记录下来,并按特定的要求进行某些处理然后显示出来。表征射电望远镜性能的基本指标是空间分辨率和灵敏度,前者反映区分两个天球上彼此靠近的射电点源的能力,后者反映探测微弱射电源的能力。射电望远镜通常要求具有高空间分辨率和高灵敏度。根据天线总体结构的不同,射电望远镜可分为连续孔径和非连续孔径两大类,前者的主要代表是采用单盘抛物面天线的经典式射电望远镜,后者是以干涉技术为基础的各种组合天线系统。

20世纪60年代产生了两种新型的非连续孔径射电望远镜——甚长基线干涉仪和综合孔径射电望远镜,前者具有极高的空间分辨率,后者能获得清晰的射电图像。世界上最大的可跟踪型经典式射电望远镜其抛物面天线直径长达100米,安装在德国马克斯·普朗克射电天文研究所;世界上最大的非连续孔径射电望远镜是甚大天线阵,安装在美国国立射电天文台。

射电望远镜是观测和研究来自天体的射电波的基本设备,它包括:收集射电波的定向天线,放大射电信号的高灵敏度接收机,信息记录,处理和显示系统等等。射电望远镜的基本原理和光学反射望远镜相信,投射来的电磁波被一精确镜面反射后,同相到达公共焦点。用旋转抛物面作镜面易于实现同相聚集。因此,射电望远镜的天线大多是抛物面。

射电观测是在很宽的频率范围内进行,检测和信息处理的射电技术又较光学波希灵活多样,所以,射电望远镜种类更多,分类方法多种多样。例如按接收天线的形状可分为抛物面、抛物柱面、球面、抛物面截带、喇、螺旋、行波、天线等射电望远镜;按方向束形状可分为铅笔束、扇束、多束等射电望远镜;按观测目的可分为测绘、定位、定标、偏振、频谱、日象等射电望远镜;按工作类型又可分为全功率、扫频、快速成像等类型的射电望远镜。

空间望远镜

空间望远镜
空间望远镜
在地球大气外进行天文观测的大望远镜。由于避开了大气的影响和不会因重力而产生畸变,因而可以大大提高观测能力及分辨本领,甚至还可使一些光学望远镜兼作近红外 、近紫外观测。但在制造上也有许多新的严格要求,如对镜面加工精度要在0.01微米之内,各部件和机械结构要能承受发射时的振动、超重,但本身又要求尽量轻巧,以降低发射成本。

第一架空间望远镜又称哈勃望远镜 ,于1990年4月24日由美国发现号航天飞机送上离地面600千米的轨道 。其整体呈圆柱型,长13米,直径4米 ,前端是望远镜部分 ,后半是辅助器械,总重约11吨。该望远镜的有效口径为2.4米 ,焦距57.6米 ,观测波长从紫外的120纳米到红外的1200纳米 ,造价15亿美元 。原设计的分辨率为0.005 ,为地面大望远镜的100倍 。但由于制造中的一个小疏忽 ,直至上天后才发现该仪器有较大的球差,以致严重影响了观测的质量。1993年12月2~13日,美国奋进号航天飞机载着7名宇航员成功地为“哈勃”更换了11个部件,完成了修复工作,开创了人类在太空修复大型航天器的历史。修复成功的哈勃望远镜在10年内将不断提供有关宇宙深处的信息 。1991 年4月美国又发射了第二架空间望远镜,这是一个观测γ射线的装置,总重17吨,功耗1.52瓦,信号传输率为17000比特/秒 ,上面载有4组探测器,角分辨率为5′~10′。其寿命2年左右。

双子望远镜
双子望远镜
双子望远镜
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。其主镜采用主动光学控制,副镜作倾斜镜快速改正,还将通过自适应光学系统使红外区接近衍射极限。

太阳望远镜
日冕是太阳周围一圈薄薄的、暗弱的外层大气,它的结构复杂,只有在日全食发生的短暂时间内,才能欣赏到,因为 天空的光总是从四面八方散射或漫射到望远镜内。

1930年第一架由法国天文学家李奥研制的日冕仪诞生了,这种仪器能够有效地遮掉太阳,散射光极小,因此可以在太阳光普照的任何日子里,成功地拍摄日冕照片。从此以后,世界观测日冕逐渐兴起。

日冕仪只是太阳望远镜的一种,20世纪以来,由于实际观测的需要,出现了各种太阳望远镜,如色球望远镜、太阳塔、组合太阳望远镜和真空太阳望远镜等。

红外望远镜
望远镜
红外望远镜
红外望远镜(infrared telescope)接收天体的红外辐射的望远镜。外形结构与光学镜大同小异,有的可兼作红外观测和光学观测。但作红外观测时其终端设备与光学观测截然不同,需采用调制技术来抑制背景干扰,并要用干涉法来提高其分辨本领。红外观测成像也与光学图像大相径庭。由于地球大气对红外线仅有7个狭窄的“窗口”,所以红外望远镜常置于高山区域。世界上较好的地面红外望远镜大多集中安装在美国夏威夷的莫纳克亚,是世界红外天文的研究中心。1991年建成的凯克望远镜是最大的红外望远镜,它的口径为10米,可兼作光学、红外两用。此外还可把红外望远镜装于高空气球上,气球上的红外望远镜的最大口径为1米,但效果却可与地面一些口径更大的红外望远镜相当。

数码望远镜
数码望远镜(Instant Replay),高性能的数码成像望远镜被主流科技媒体评为“百项科技创新”之一。Bushnell数码望远镜是一款具有双重功能,同时兼具最新技术和出色性能的望远镜产品。此款产品可以记录30秒的视频影像,使用者可以很方便地通过LCD液晶显示屏记录并在回味生活中的精彩片断。当然,用户也可以选择拍摄高画质的数码照片来保存人生历程中经历的众多难忘瞬间。在美国,此款产品广受体育运动教练员、球探、猎鸟人、野生动物观察员、狩猎爱好者以及任何一个摄影、摄像爱好者的青睐。有了Bushnell数码望远镜,还可以轻松地预览、下载、编辑和保存影视片段及剧照。

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望远镜 - 哈勃空间望远镜

望远镜
哈勃空间望远镜
哈勃空间望远镜(Hubble Space Telescope,HST),是人类第一座太空望远镜,总长度超过13米,质量为11吨多,运行在地球大气层外缘离地面约600公里的轨道上。它大约每100分钟环绕地球一周。哈勃望远镜是由美国国家航空航天局和欧洲航天局合作,于1990年发射入轨的。哈勃望远镜是以天文学家爱德文·哈勃的名字命名的。按计划,它将在2009年被詹姆斯韦伯太空望远镜所取代。哈勃望远镜的角分辨率达到小于0.1秒,每天可以获取3到5G字节的数据。

由于运行在外层空间,哈勃望远镜获得的图像不受大气层扰动折射的影响,并且可以获得通常被大气层吸收的红外光谱的图像。哈勃望远镜的数据由太空望远镜研究所的天文学家和科学家分析处理。该研究所属于位于美国马里兰州巴尔第摩市的约翰霍普金斯大学

历史
哈勃太空望远镜的构想可追溯到1946年。该望远镜于1970年代设计,建造及发射共耗资20亿美元。NASA马歇尔空间飞行中心负责设计,开发和建造哈勃空间望远镜。NASA高达德空间飞行中心负责科学设备和地面控制。珀金埃尔默负责制造镜片。洛克希德负责建造望远镜镜体。

升空
该望远镜随发现号航天飞机,于1990年4月24日发射升空。原定于1986年升空,但自从该年一月发生的挑战者号爆炸事件后,升空的日期被押后。 首批传回地球的影像令天文学家等不少人大为失望,由于珀金埃尔默制造的镜片的厚度有误,产生了严重的球差,因此影像比较朦胧。

维护任务(1) 
更换设备后所拍摄的清晰影像,远比更换前清楚许多。第一个任务名为STS-61,它于1993年12月增添了不少新仪器,包括:
以COSTAR取代高速光度计(HSP)。
以WFPC2相机取代WFPC相机。
更换太阳能集光板。 
更换两个RSU,包括四个陀螺仪
改变轨道
该任务于1994年1月13日宣告完成,拍得首批清晰影像并传回地球。
 
维护任务(2)
第二个任务名为STS-81,于1997年2月开始,望远镜有两个仪器和多个硬件被更换。

维护任务(3)A
任务3A名为STS-103,于1999年12月开始。

维护任务(3)B
任务3B名为STS-109,于2002年3月开始。

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望远镜 - 相关英文简称

英文字母的型号,有时候在不同的望远镜厂牌里有不同的意义,大致上容易辨识的是以下这些:
(1) CF:中央调焦
(2) ZCF:传统波罗棱镜左右展开型、中央调焦
(3) ZWCF:比第(2)项多一个「超广角」(W)
(4) CR:迷彩色橡胶外壳
(5) BR:黑色橡胶防震外壳
(6) BCF:黑色、中央调焦
(7) BCR:偏黑色迷彩橡胶外壳
(8) IR:铝合金轻巧外壳
(9) IF:左右眼个别调焦
(10) WP:内充氮气防水型
(11) RA:外附橡胶防震保护
(12) D:德式棱镜、屋顶棱镜(直筒式)
(13) HP:高眼点
(14) SP:超高解析度
(15) ED:超低色差镜片
(16) AS:非球面镜片
(17) ZOOM:可变倍率伸缩镜头
(18) WF:广角视野

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望远镜 - 如何选购望远镜

市场上出售的望远镜种类繁多,但总的来说可按以下几个方面来划分:按产地不同来划分,有国外的(日本、美国、德国等),国内的(广东、浙江、四川等);按牌子不同来划分,有仙力夫、宝龙、德宝、樱花、肯高、金三角等,按用途不同来划分,有变倍数镜、防水镜、夜视镜;按放大倍数不同来划分,有低倍数(2-5倍,多见于玩具产品)、中倍数(7-10倍)、高倍数(15-70倍)。

在选购望远镜时,其价目表上有几个阿拉伯数字,说明的是技术参数。例如标有10×50mm5°,即表示其放大倍数为10倍,物镜的直径为50毫米,视野为5度(即在1000处视野宽度为87.4米)。放大倍数与视野宽度成反比,即放大倍数越大,视野宽度越小,这就不利于搜索。物镜直径与进光量越多,在光线不足时分辩能力就越强,但这必然导致到望远镜的体积增大不利于携带。在此提几点建议作为参考:
第一,如果是海上或海滨旅游,请购一架防水望远镜。
第二,如果是外出旅游观光,可购一架体积小具备变倍功能的望远镜。
第三,如果是到那些“可远观而不可近探之”的危险地带猎奇,应购一架高倍数的望远镜。
第四,如果是进行狩猎或长时间在外旅行,则最好购一架变倍数望远镜。因为变倍数望远镜可从低倍数逐渐调到高倍数,所以在使用时应先用低倍数、大视野进行粗略搜索,然后再用高倍数、小视野进行仔细观察。

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望远镜 - 参考资料

H.C.King,The History of the Telescope, CharlesGriffin, London, 1955.
http://www.bjshop.cn/
http://www.telescope-china.net/default.asp?cateID=11
《历史上100个最伟大的发明》

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