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天文望远镜的发展史
[来源:本站 | 作者:原创 | 日期:2013年4月14日 | 浏览3275 次] 字体:[ ]

天文望远镜的发展史

河北省蠡县中学   张少彬    


大约400年以前在荷兰的一个小镇上,一个磨眼镜片的手工艺人不在意地透过一前一后放置的两个镜片去看远处的景物时,发现这些景物近了许多。在1609年,意大利的科学家伽利略知道了这件事,他在研究之后,用一个凸透镜和一个凹透镜制成了第一架望远镜,后人称之为伽利略望远镜。他用这台望远镜观察物体时,发现物体的像比实物近了3倍,大小放大了9倍。经过他的不断改进,制成的望远镜看远处的物体时,距离近了30倍,大小放大了1000倍。

伽利略用自己的望远镜第一次发现了天上的银河并不是一片连续发光的云,而是由许多星星组成的。他还发现月亮表面并不是平坦的,而是许多高低不同的环形山。他发现了太阳黑子,还看到了土星周围有一圈光环。更重要的是他发现了有四颗卫星绕着木星转(这四颗星叫伽利略星)。他以这个事实对比,说明地球和行星围绕着太阳转,而不是太阳绕着地球转。这在当时有力地捍卫了被宗教反对的哥白尼“日心说”。

1611年,开普勒首先论述了望远镜的原理,并制造了用两个凸透镜制成的望远镜——开普勒望远镜,通过它看到的像是倒立的。这对天文观察是无所谓的,可在观看地面上的景物时,看到倒立的像,感觉不太方便。所以后人把目镜改用凹透镜就看到了正立的像。

望远镜观看的对象在远处,无法移近,要看清楚就要尽可能多地收集远处物体发出的光。观察宇宙中的星体更是这样,因此望远镜的物镜总是做的尽可能大些。用玻璃不可能做成直径很大的透镜,因为大块玻璃质地不均匀,会导致透镜折光不好,物体的像就会扭曲。为了消除这种缺点,1663年苏格兰数学家格雷戈里最先提出反射望远镜的理论。1672年物理学家牛顿用抛光铜锡合金的方法作成第一台反射望远镜,后来称之为牛顿反射望远镜。从遥远的天体发出的光(可看作平行光),经过凹面镜反射,向焦点会聚。这些反射光线在成像以前被平面镜反射到旁侧的目镜,从而形成像。

反射望远镜有很多优点,其中最显著的优点是物镜的直径可以作的很大。物镜越大收集的光越多,就会有更多的光进入目镜,成像更明亮,更清楚。因此世界上大型天文望远镜都是反射望远镜。(目前最大的望远镜物镜的直径有10米,它是由36块直径为1.8米的正六角形反射镜拼成的。)

太阳、恒星和宇宙空间的物质能发出无线电波,这种无线电波叫做射电辐射。观测射电辐射的强度,是天文学中研究天体和宇宙的一种重要方法。人类在20世纪30年代,又发明了接收天体辐射电磁波的装置,称作射电望远镜。

利用射电望远镜进行观测有许多优点。无线电波能穿过云雾和尘埃,因此用射电望远镜能不分晴雨昼夜连续进行观测;对于那些难以用光学望远镜观测的天体和宇宙,利用射电望远镜也可以进行研究。

射电望远镜的应用突破了人类只能依靠可见光观察星体的历史,从电磁波的角度去认识宇宙的奥秘,更加开阔了人们的“视野”。

在地面上用望远镜观察星空时,星体发出的光在穿过大气层时,要被吸收一些,还要受到不规则折射的影响,因此会大大影响像的质量。为了便于对星体的观察,1990年美国向太空发射了一台望远镜——哈勃太空望远镜(它正在围绕地球高670公里的轨道上运行)。

哈勃太空望远镜长13.1米,重11.6吨,镜筒直径4.27米,可观察大约150亿光年(1光年是光在一年内传播的距离,约合十万亿公里)的宇宙深处。由于太空望远镜处在不受大气扰动影响的外层空间,所以它比地面望远镜好许多倍。

哈勃望远镜有八台超高精密的科学仪器,有大型光学接受系统,有视野宽广的行星摄像机,暗弱天体摄象机,天体摄像仪,高分辨率分光摄像仪,高速光速计及密导向系统、设备等。它能捕捉到亮度十分微弱的发光天体,其灵敏度比地面上最好的望远镜高100倍。科学家用它来摄取清晰的宇宙天体图像。测定宇宙物体的质量、大小、寿命、形状,获取广泛的数据资料。观测太空中的类星体、银河系、气态星云和变光星体以及太阳系内行星、大气等物理现象。从而打开了研究宇宙天体能量变化过程和宇宙起源的大门。同时利用太空望远镜研究行星围绕其它星体运行情况,用获得的数据证实宇宙中所存在的基本物理变化过程,探测各种电磁波的波谱,寻找人类地球以外的智慧生命。

20022月美国火箭发射升空了一台新型望远镜——“JPEXX射线望远机镜。它由美国和英国天文学家采用新技术合作建造的;它在返回地面前对一颗距地球220光年外的白矮星进行了5分钟的观测,拍到了白矮星的X射线光谱。经过初步分析表明,这颗白矮星的气体中含有离子态的氮,证实了科学家原先的猜想。这一发现有助于研究白矮星的特性及恒星演化过程。

迄今为止,人类用望远镜观测宇宙由依赖可见光,发展到可借助电磁波,X射线等经过了漫长的几百年。望远镜的更新使人类的“视野”日益扩大,对探索宇宙的奥秘起到了举足轻重的作用。


责任编辑:物理组

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