天文望远镜结构及常见光学名词

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天文望远镜结构及常见光学名词

望远镜种类
折射式望远镜
折射式望远镜的构造如下图:
折射式望远镜主要为两个透镜所组成:
大的一个,焦距长,较靠近物体的透镜,叫作物镜.其作用是在焦面上形成天体或远处物体的像.
小的一个,焦距短,较靠近眼睛的透镜,叫作目镜.其作用是放大物镜形成的像.
由于光线需要穿透镜片,所以对于镜片材质的成份,光学系统设计的精密度要求都较严苛.
折射镜的优点是反差及锐利度较同口径的反射镜佳,无论摄影及高倍行星观测,效果都相当不错,缺点是有色像差(色差)问题.为了消除色像差,物镜都以两枚以上的透镜组成,一般来说,三枚镜片要比两枚消色差效果好,但价格较贵;镜片材质也是决定好坏及价格的重要因素,一般光学玻璃的折射镜称做半消色差望远镜,而全消色差望远镜常使用更高级的材质,如ED(extralow dispersion),SD(super low dispersion),萤石(fluoride)等玻璃,且价格较贵.
反射式望远镜
反射式望远镜的构造如下图:
上图为牛顿式的反射式望远镜,由于光线不须穿透镜片,所以不须考虑色差问题,只要留意热膨胀系数即可,通常以折射镜相同的价钱,可买到较大口径的反射镜,观测较暗的星云及星系会比较有利;但反射式镜筒容易发生筒内气流的现象,反射面铝膜使用数年后也容易发生氧化而降低反射率,光轴较折射镜容易歪斜,此外镜面研磨精度也是成像品质关键,这些是选购时需要注意的.
折反射式望远镜
折反射式望远镜的构造如下图:
折反射式望远镜是以上两种的结合,最大的特征是在反射镜的前方增加一片补正镜,以修正球面镜所可能造成的像差,由于镜筒密闭性较反射式好,因此无落尘与筒内气流现象,补正镜所造成的色差也极轻微,与折射镜相比,其光学设计可有效缩短镜筒长度,但成像品质及反差通常还是以折射镜较佳,一般常见的折反射式类型如下:
施密特-盖赛格林式(Schmidt-Cassegrain)
马克斯托夫式(Maksutov-Cassegrain)
望远镜的结构
天文望远镜
口径:物镜的直径,口径大小决定望远镜的集光力与解像力,口径愈大愈亮,解像力愈高.
焦距:从物镜到焦点距离,一般以"f"表示,单位为mm.如f=600mm表示焦距600mm.
焦比:口径(mm)=焦比.相当于镜头的光圈,以"F"表示;F值越低,亮度越高.
倍率:物镜焦距(mm)÷目镜焦距(mm),物镜焦距越长,或更换越短焦的目镜,倍率越大.
光轴:望远镜中光路的轴心,若光轴偏斜,望远镜便不能发挥最佳性能,严重时可能无法成像.
镀膜:在镜片表面镀上一层特殊的金属化合物,目的是减少反光,增加光线透射率.
寻星镜:是一支低倍的小望远镜同架在主镜上,利用其视野较广的特性,方便搜索天体.
赤道仪
赤道仪的功能除了承载望远镜之外,最重要的是藉由步进马达带动赤经本体,使望远镜能跟随星体移动,常见的有德式与叉式两种,其中又以德式最普遍,以下就以德式赤道仪做简单介绍.
极轴望远镜:天球北极与南极的连线称为极轴,极轴望远镜的功能就是校正赤道仪赤经轴,使其与极轴平行,一般都是内藏在赤经本体之中.
赤经轴:赤道仪中与极轴平行的旋转轴称为赤经轴.
赤纬轴:赤道仪中与极轴垂直的旋转轴称为赤纬轴.
重锤:安装在赤纬轴底部,可上下调整,用来平衡望远镜的重量,平衡的步骤在德式赤道仪中是非常重要的,关系到赤道仪的寿命.
马达:带动赤经轴旋转使赤道仪转速与地球自转同步,需要配合控制器使用.
刻度盘:赤经轴与赤纬轴上都有刻度盘,受限于精度,刻度盘都仅供参考用.
自动导入:某些高阶赤道仪中内藏小型电脑,并储存许多天体位置资料,只要由控制面板输入天体名称,赤道仪就会自动搜寻天体,并导入望远镜视野中.
附录:
常见的光学名词
口径:意指主镜片之直径.而口径是越大,成像品质越佳,,分解能越高,因为集光力越强.
焦距:意指光线经由主镜片至成像焦点的距离.
焦比:就如相机的光圈值同意.数字越小,亮度越亮,为短焦;数字越大,亮度越暗,为长焦.焦比的计算方式:焦距÷主镜口径=F(焦比).F小于5的适合用于直焦摄影;F大于9以上的较适合做观测或扩大摄影.另介于5和9之间的,则是可摄影,观测及扩大摄影用.
倍率:倍率的计算方式:物镜焦距÷目镜焦距.但望远镜在提升倍率时也有一定的限度,不能过分的提高倍率,否则所见的影像会变得模糊,黑暗,并且视野变的狭窄而看不清影像.适当的高倍应为主镜口径的十倍,最高以十五倍为限.譬如口径六公分的望远镜,以六十倍为适当的倍率,最高不得超过九十倍.
集光力:依肉眼瞳孔在夜间开到最大(瞳孔最大时为6mm 7mm)时所集到的光亮为1.在望远镜来说,与主镜的口径大小有关,口径越大,相对的集光力就越佳.而集光力越佳,其成像品质也就越好.
分解能:简单的说就是将两个相当接近的物体,能将其解测出最小的角度(角距离);而角度最小是以秒(")为表示单位.主镜的有效口径越大,其分解能就越好,看到的影像就越细致;但这数值必须依视野状态及镜片品质好坏,也有着很大的差异.
色差:即在影像的周边出现如彩虹般的色彩,通常为蓝色,红色或紫色等.这是因为光线在透过镜片时,因镜片的材质的关系,而光线的光波有不同的频率,也会有着不同的折射率.在过去的望远镜是由一片凸透镜所构成,但色差的情形是非常的严重,于是后来加了一片凹透镜来达成消除色差,但这也只消除了红色的色差,于是就在镜片的材质上做了研究.目前可完全消除色差的材质为『萤石』,但其成本较高,所以也另有其它的材质研发出来,如市面上所常听见的ED,SD等.
像差:一般普通的望远镜在观赏物体时,或许是视野中央的部份很清楚,很清晰,但在视野的周围会模糊或是影像歪曲,变形,这种性质就是像差.几乎所有的望远镜都有像差,而像差的大小会影响到望远镜的价值.
视野:指所见到范围大小,以角度表示其大小.而肉眼的视野大小约上下六十度,左右九十度的程度.但透过望远镜观看时,因倍率提升,视野相对会变窄.而在低倍率时的视野,一定会比高倍率的视野为大.现在已有广角视野的目镜上市,最大视野已提升到八十四度,让在观看时,舒适度提升了不少.
极限星等:当在无云,无月光及其它人工光害的夜晚,使用望远镜所能看见的最暗星等.肉眼直接所能见的最暗星等约为六等星,但因望远镜能有集光的效果,所以能看见肉眼所直接看不到的为暗光线.相对在望远镜的主镜口径大小,也决定了所能看见的极限星等.

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