正文 第十四章 專業望遠鏡簡介(1 / 3)

中國的2.16米光學天文望遠鏡

我國口徑最大的2.16米反射式光學望遠鏡,安裝在中國科學院北京天文台興隆觀測站。

興隆觀測站位於北京東北方向,地處燕山主峰南麓的河北省興隆縣連營寨,海拔約960米,是我國重要的天文觀測基地。新建的216米望遠鏡的圓頂室宏偉壯觀,髙35米,直徑21米。即使在50千米外的京都第一峰霧靈山上遙望,它也非常醒目,在陽光照耀下熠熠閃光,好像鑲嵌在燕山群峰中的一顆璀璨的明珠。

我國自行設計和研製2.16米天文反射望遠鏡的設想始於1958年,並由南京天文儀器廠承擔。中間經過多次試驗,一周折,經過南京天文儀器廠和兄弟單位的協作奮鬥,終於在1988年8月研製成功。這架望遠鏡既吸取了國外同類儀器的若幹優點,又有不少獨辟蹊徑的大膽創新。首先在光學係統中,焦與折軸焦點共用一塊90°的凸雙曲麵副鏡;其次,主鏡背麵不通孔;第三,采用靜壓油墊來支撐望遠鏡體;第四,儀器驅動係統中,有一個大型的高精度赤經傳動齒輪;第五,作為儀器的“中樞神經”的電控係統,在製作上也相當精美、可靠。此外其他一些設計也頗具特色。因此,可以稱得上是中國科技工作者的一大創舉。

由於興隆觀測站每年晴夜達200天以上,大氣透明度高,天空亮度很暗,天文寧靜度高,因此是安放大型望遠鏡的好地方。另外,興隆離北京近,進行技術支持和學術交流方便,還有水、電及交通等方麵都有保障,因此國家決定把這台現有口徑居首的光學望遠鏡安放在興隆觀測站。

2.16米望遠鏡配備有先進的終端控製、接收和處理係統,比如除采用電視導星等基本手段外,還采用自行研製的光導纖維傳送信號及電子成像技術等,並配有性能好的電子計算機,大大提高了望遠鏡的效率。

按理想狀況,這架望遠鏡可輕易地現測到9億顆星體,其中距地球最遠的星體可達1億光年。另外還可對河外天體進行細致的艦、織及其他方麵的工作。

紅外望遠鏡

有著大量信息的天體輻射的波長範圍很廣,從不足10-16米的7下射線到1010米的射電波都有。當它們進入大氣時,絕大部分都被吸收或反射掉了,大氣就像一層厚厚的牆壁擋住了來自天體的輻射。但也有某些波段範圍內的能到達地麵,好像在牆上為它們開了“窗口”,這就是大氣窗口。大氣窗口按波長範圍不同分為光學窗口、紅外窗口和射電窗口。

天體在紅外波段的輻射,通常又分為遠紅外區、中紅外區和近紅外區。紅外望遠鏡就是通過大氣的紅外窗口來接收天體紅外輻射的。它在外形、設計上與反射光學望遠鏡有很多相似之處。這種望遠鏡利用光學係統將由天體來的紅外輻射聚焦到紅外探測器上,再通過電子係統和終端設備得到紅外輻射的各種信息。紅外望遠鏡也和光學望遠鏡一樣,要求有盡量大的口徑,以便能收集到更多天體輻射。

任何物體都要發出紅外輻射,望遠鏡本身也不例外。所以紅外望遠鏡的鏡麵上一般不是鍍鋁,而是鍍金或銀。對望遠鏡上的探測器,甚至望遠鏡本身和各種輔助設備,也要經過致冷處理,使其在較低的溫度下工作。這些措施都是為了降低望遠鏡產生的噪聲。紅外望遠鏡接收到的來自附近空間的天空背景輻射要比來自天體的輻射多得多。以致使要觀測的信號被深深淹沒了。因此,必須把深陷於背景信號中的有用信號檢測出來,這種技術叫調製技術。由於紅外線的波長比可見光波長大得多,要達到與可見光同等的觀測精度,對鏡麵加工精度的要求也低得多,因此,有些紅外望遠鏡是采用鑄鋁或特種塑料製成的,這樣便大大降低了造價。

為了擺脫大氣對紅外輻射的吸收和大氣本身在紅,外波!段的強烈噪聲,最理想的辦法是把紅外望遠鏡送到大氣以;外進行觀測或采用高空飛機、氣球裝載紅外望遠鏡上天觀測。地麵的大型紅外望遠鏡也要盡量安放在海拔高度高而幹燥的台址,比如美國的38米紅外望遠鏡,就是安放在夏賽威夷海拔4200米的莫納克亞山上。由於紅外觀測在白天也可以進行,所以不少大型地麵胃望遠鏡都已改裝成紅外一光學兩用望遠鏡,這樣可以大大提高望遠鏡的利用率。

早的時候,人們用來觀測星星的工具就是人的肉眼。到了後來,伽利略發明了光學望遠鏡,開辟了觀察地球外的星體奧妙的新紀元。但是,在全波段的電磁波輻射裏,光學望遠鏡所能夠接收的隻是一個小小的窗口,要想利用這麼一個小小的“窺管”來認識天體的各種現象,是很不夠的。由於科學的進一步發展,接收無線電波成為科學技術的一個手段。1932年,美國的一位無線電工程師央斯基第一次接收到了他確定是地球以外的星體發射來的無線電波,這時候,人們才明白過來,我們可以通過接收無線電披的方法來收集星體的信息,用來研究它的機製。這以後,我們對於宇宙的觀測又邁開了新的一步。

射電天文學是指借助無線電電子學的技術方法,利用無線電波來觀測研究宇宙天體的一種方法,它是以射電望遠鏡來輔助進行的介於無線電物理學和天體物理學之間的邊緣科學。

射電望遠鏡在結構、原理上與光學望遠鏡有點大同小異,它的天線部分相當於望遠鏡中的物鏡,能夠對天體的無線電波進行聚焦。光學望遠鏡是在焦點處放置照相底片、光學元件或者直接裝上目鏡用肉眼來觀測,這時候,我們就會直接地得到被測星體的像。但是,在射電望遠鏡中,胃焦點的地方放置的是一架非常靈敏的無線電接收機,這個接收機並不能直接地看到天體的詳細形象,而隻是籠統地遠識天體射電波的強弱,我們從這種電波訊號可以分析出天體的某些情況。

射電望遠鏡有許多光學望遠鏡所無法比擬的優點。首先,射電望遠鏡大大地擴展了我們接收電磁波的範圍,我們能夠從另外一個窗口看到宇宙天體中另外一麵的“景象”。而且,更突出的是,射電望遠鏡不受時間的限製,也可以少受或者不受變幻無常的天氣的影響,它能夠晝夜不停地觀測,在長波波段中還可以陰雨無阻地連續進行觀測研究,這樣就能夠搜集到比較多的完整的資料。

其次,雖然設備優良的光學望遠鏡可以觀測到非常暗弱的天體,但是,對許多遙遠的宇宙天體發出的強烈的電波,射電望遠鏡更易接收到,因此,射電望遠鏡可以觀測到宇宙深處更遠的地方。在現代天體觀測中,人們往往利用射電望遠鏡來確定遙遠的星體的確切位置,然後再用光學望遠鏡將“射電源”翻譯成肉眼看得見的東西,這樣就大大豐富了我們對宇宙的認識。

另外,利用射電望遠鏡可以研究光學天文學所無法研究的某些宇宙過程和物理形態。在廣闊的宇宙中,到處都飄浮著一些塵埃物質,而且星體周圍也環繞著星際氣體,養由於它們的遮掩作用,宇宙深處的遙遠天體的光波不能到達地麵,但這些天體的無線電波能被射電望遠鏡接收。還有些宇宙物質變化過程中所發射的光波比其電波要微弱得多,甚至有些過程根本不發出光波,而僅僅發射電波。而遠且,在宇宙天體中,最多變的麵貌又主要表現在它們所發鏡射的電波中,所以,射電望遠鏡打破了以前光學望遠鏡所看到的宇宙相對靜止的狀態,能夠看到它們發生物理變化、爆發等過程。利用射電望遠鏡人們還可以研究星體的來源、進化的各階段的演化過程。

在最近幾十年裏,射電望遠鏡做出了極傑出的貢獻,類星體、射屯新星、脈衝星、星際分子,以及微波背景輻射的發現,都是它的功勞。

射電望遠鏡打破了天文研究方法的舊框框,可以主動積極地用電波去探測較近的天體,從而獲得了單憑觀測所不能得到的新信息,開辟了天文學由純觀測科學向實驗科學發展的新艘。