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天文望远镜的使用手册

1.1 工作原理

天文望远镜是一种令人惊奇的仪器,它可以使远处的目标看起来很近。为了更好地理解天文望远镜的工作原理,我们先考虑一下这样一个问题:为什么用裸眼看不到远方的目标呢?例如,为什么用裸眼看不到50米处的硬币呢?答案很简单:因为远方的目标在视网膜上的呈像没有占据足够的位置。如果您有一双很大的眼睛,可以聚集到更多由远方目标发出的光并且在您的视网膜上形成明亮的像,那么,您就可以看到这个目标。望远镜的两个光学件就可以帮助您将这一假设变为现实:

物镜,它可以把远方目标发出的光会聚到焦点上(在焦点上呈像);
目镜,它把物镜焦点上的像放大,使之在您的视网膜上呈像。这和放大镜的原理一样,它把小的物体放大后在您的视网膜上呈像,这样小的物体看起来就变大了。

天文望远镜的主要部件是:主镜筒、物镜、目镜。主镜筒的作用是:固定物镜,使之与目镜保持恰当的距离;阻止灰尘、湿气和干扰像质的杂光。物镜的作用是聚光和在焦点处呈像。目镜的作用是把物镜焦点处的像放大后在您的视网膜上呈像。

1.2 天文望远镜的种类

按照光学结构的不同天文望远镜可分为许多不同的种类,但比较常用的是两种:折射式天文望远镜(用光学透镜做物镜)和反射式天文望远镜(用曲面反光镜做物镜)。尽管两者可以达到一样的效果,但它们的光学结构是完全不同的。

折射式天文望远镜:折射式天文望远镜通常采用两片或多片镀膜透镜组合而成的消色差物镜。一般来讲,制作大口径(100mm以上)的组合透镜是非常困难的,所以常见的折射式天文望远镜的口径都不超过100mm。

反射式天文望远镜:反射式天文望远镜的物镜是一曲面反射镜(主镜)。在物镜的光路上放置了一个呈45度倾斜的小平面反光镜(副镜)以把物镜反射的光线转向镜筒一侧的目镜。反射式天文望远镜相对比较容易做到大的通光口径。这就意味着反射式天文望远镜可以有很强的聚光能力,可以用以观测昏暗的深空目标,以及用以天文拍照。

1.3 光学性能

天文观测者应根据观测目的的不同来选用不同的天文望远镜。一般说来,普及性的天文观测多属于综合性的,要考虑"一镜多用"。选择天文望远镜时,一定要充分了解它的基本光学性能。评价一架望远镜的好坏,首先要看它的光学性能,其次看它的机械性能。天文望远镜的光学性能一般用下列指标来衡量:

有效口径(D):指物镜的有效直径,常用D来表示;也即望远镜的通光直径。望远镜的口径愈大,聚光本领就愈强,愈能观测到更暗弱的天体,它反映了望远镜观测天体的能力,因此,爱好者在经济条件许可的情况下,应选择较大口径的望远镜。在天文望远镜的规格描述中,通常要标出它。

焦距(F):望远镜的焦距主要是指物镜的焦距。同样,在天文望远镜的规格描述中,也要标出它。

相对口径(NA): 相对口径又称光力,它是望远镜的有效口径D与焦距F之比,它的倒数叫焦比(F/D)。有效口径越大对观测行星、彗星、星系、星云等延伸天体是非常有利的,因为它们的成像照度与望远镜的口径平方成正比;而流星等所谓线形天体的成像照度与相对口径A和有效口径D的积成正比。故此,作天体摄影时,应注意选择合适的有效口径A或焦比。一般说来,折射望远镜的相对口径都比较小,通常在1/8~1/20,而反射望远镜的相对口径都比较大,通常在1/3.5~1/12。

视场(ω):天文望远镜的视场大约是目镜视场和天文望远镜的倍率的比值。望远镜的视场倍率成反比,倍率越大,视场越小。不同的口径、不同的焦距、不同的光学系统,决定了望远镜的视场的大小。

倍率(M):天文望远镜的倍率等于物镜焦距与目镜焦距之比,也等于物镜入射光瞳与出射光瞳之比。因此,只要变换不同的目镜就能改变望远镜的放大倍数,但由于受物镜分辨本领,大气视宁静度及出瞳直径不能过小等因素的影响,望远镜的放大倍率也不是可以无限制的增大;一般情况应控制在物镜口径毫米数的1-2倍(最大不要超过300倍)。不少人提到天文望远镜时,首先考虑的就是放大倍率。其实,天文望远镜和显微镜不一样,地面天文观测的效果如何,除仪器的优劣外,还受地球大气的明晰度和宁静度的影响,受观测地的环境等诸因素的制约。而且,一架天文望远镜有几个不同焦距的目镜,也就是有几个不同的放大倍率可用。观测时,绝不是以最大倍率为最佳,而应以观测目标最清晰为准。
分辨本领: 指望远镜能够分辨出的最小角距。目视观测时,望远镜的分辨角=140(角秒)/D(毫米),D为物镜的有效口径。望远镜的分辨本领由望远镜的分辨角的倒数来衡量。望远镜的分辨率愈高,愈能观测到更暗、更多的天体,所以说,高分辨率是望远镜最重要的性能指标之一。

贯穿本领:指在晴朗的夜晚,望远镜能看到的最暗弱的恒星星等。贯穿本领主要和望远镜的有效口径有关。在无月夜的晴朗夜空,我们人的眼睛一般可以看见6等左右的星;一架望远镜可以看见几等星主要是由望远镜的口径大小决定的,口径愈大,看见星等也就愈高(如50毫米的望远镜可看见10等星,500毫米的望远镜就可看到15等的星)。
 

 

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