文档：望远镜的发展史

望远镜发展史1608年，荷兰的一位眼镜商偶然发现用两块镜片可以看清远处的景物，受此启发，他制造了人类历史上的第一架望远镜。经过近400年的的发展，望远镜的功能越来越强大，观测的距离也越来越远。为庆祝“2009国际天文年”，英国《新科学家》评选出了人类历史上最著名的望远镜。以下是这14架最著名的望远镜：1．伽利略折射望远镜伽利略是第一个认识到望远镜将可能用于天文研究的人。虽然伽利略没有发明望远镜，但他改进了前人的设计方案，并逐步增强其放大功能。图中的情景发生于1609年8月，伽利略正在向当时的威尼斯统治者演示他的望远镜。伽利略制作了一架口径厘米，长约米的望远镜。他是用平凸透镜作为物镜，凹透镜作为目镜，这种光学系统称为伽利略式望远镜。伽利略用这架望远镜指向天空，得到了一系列的重要发现，天文学从此进入了望远镜时代。折射望远镜的优点是焦距长，底片比例尺大，对镜筒弯曲不敏感，最适合于做天体测量方面的工作。但是它总是有残余的色差，同时对紫外、红外波段的辐射吸收很厉害2．牛顿反射式望远镜牛顿反射式望远镜的原理并不是采用玻璃透镜使光线折射或弯曲，而是使用一个弯曲的镜面将光线反射到一个焦点之上。这种方法比使用透镜将物体放大的倍数要高数倍。牛顿经过多次磨制非球面的透镜均告失败后，决定采用球面反射镜作为主镜。他用厘米直径的金属，磨制成一块凹面反射镜，并在主镜的焦点前面放置了一个与主镜成45o角的反射镜，使经主镜反射后的会聚光经反射镜以90o角反射出镜筒后到达目镜。这种系统称为牛顿式反射望远镜。它的球面镜虽然会产生一定的象差，但用反射镜代替折射镜却是一个巨大的成功。反射望远镜的主要优点是不存在色差，当物镜采用抛物面时，还可消去球差。图中显哈勃太空望远镜示的是牛顿首个反射式望远镜的复制品。3．赫歇尔望远镜18世纪晚期，德国音乐师和天文学家威廉-赫歇尔开始制造大型反射式望远镜。图中显示的是赫歇尔所制造的最大望远镜，镜面口径为米。该望远镜非常笨重，需要四个人来操作。赫歇尔是制作反射式望远镜的大师，他早年为音乐师，因为爱好天文，从1773年开始磨制望远镜，一生中制作的望远镜达数百架。赫歇尔制作的望远镜是把物镜斜放在镜筒中，它使平行光经反射后汇聚于镜筒的一侧。在反射式望远镜发明后，反射材料一直是其发展的障碍：铸镜用的青铜易于腐蚀，不得不定期抛光，需要耗费大量财力和时间，而耐腐蚀性好的金属，比青铜密度高且十分昂贵。4．耶基斯折射望远镜耶基斯折射望远镜坐落于美国威斯康星州的耶基斯天文台，主透镜建成于1895年，是当时世界上最大望远镜。十九世纪末，随着制造技术的提高，制造较大口径的折射望远镜成为可能，随之就出现了一个制造大口径折射望远镜的高潮。世界上现有的8架70厘米以上的折射望远镜有7架是在1885年到1897年期间建成的，其中最有代表性的是1897年建成的口径102厘米的叶凯士望远镜和1886年建成的口径91厘米的里克望远镜。但折射望远镜后来在发展上受到限制，主要是因为从技术上无法铸造出大块完美无缺的玻璃做透镜，并且由于重力使大尺寸透镜的变形会非常明显，因而丧失明锐的焦点。5．威尔逊山60英寸望远镜1908年，美国天文学家乔治-埃勒里-海耳主持建成了口径60英寸的反射望远镜，安装于威尔逊山。这是当时世界上最大的望远镜，光谱分析、视差测量、星云观测和测光等天文学领域成为世界领先的设备。虽然数年后胡克望远镜的口径超过了它，但在此后的数年中它依然是世界上最大的望远镜之一。1992年海耳望远镜上安装了一台早期的自适应光学设施，使它的分辨本领从角秒提高到角秒。6．胡克100英寸望远镜在富商约翰-胡克的赞助下，口径为100英寸的反射望远镜于1917年在威尔逊山天文台建成。在此后的30年间，它一直是世界上最大的望远镜。为了提供平稳的运行，这架望远镜的液压系统中使用液态的水银。1919年阿尔伯特-迈克尔逊为这架望远镜装了一个特殊装置：一架干涉仪，这是光学干涉装置首次在天文学上得到应用。迈克尔逊可以用这台仪器精确地测量恒星的大小和距离。亨利-诺里斯-罗素使用胡克望远镜的数据制定了他对恒星的分类。埃德温-哈勃使用这架100英寸望远镜完成了他的关键的计算。他确定许多所谓的“星云”实际上是银河系外的星系。在米尔顿-赫马森的帮助下他认识到星系的红移说明宇宙在膨胀。7．海耳200英寸望远镜海耳对胡克100英寸望远镜并不十分满意。1928年，他决定在帕洛马山天文台再架设了一台口径为200英寸的巨型反射望远镜。新望远镜于1948年完工并投入使用。海耳1890年毕业于美国麻省理工学院。1892年任芝加哥大学天体物理学副教授，开始组织叶凯士天文台，任台长。1904年筹建威尔逊山太阳观象台，即后来的威尔逊山天文台。他任首任台长，直到1923年因病退休。1895年，海耳创办《天体物理学杂志》。1899年当选为新成立的美国天文学与天体物理学会副会长。海耳一生最主要的贡献体现在两个方面：对太阳的观测研究和制造巨型望远镜。8．喇叭天线喇叭天线位于美国新泽西州的贝尔电话实验研究所，曾用来探测和发现宇宙微波背景辐射。喇叭天线建造于1959年。当喇叭长度一定时，若使喇叭张角逐渐增大，则口面尺寸与二次方相位差也同时加大，但增益并不和口面尺寸同步增加，而有一个其增益为最大值的口面尺寸，具有这样尺寸的喇叭就叫作最佳喇叭。喇叭天线的辐射场可利用惠更斯原理由口面场来计算。口面场则由喇叭的口面尺寸与传播波型所决定。可用几何绕射理论计算喇叭壁对辐射的影响，从而使计算方向图与实测值在直到远旁瓣处都能较好地吻合。9．甚大阵射电望远镜甚大阵射电望远镜座落于美国新墨西哥州索科洛，于1980年建成并投入使用。甚大阵由27面直径25米的抛物面天线组成，呈Y型排列。天文学家可以利用甚大阵来研究黑洞、星云等宇宙各种现象。甚大望远镜是一组光学望远镜阵列。它包括了4个米的望远镜，阵列中每个都是一个大型望远镜，而且每一个都能独立工作，并具有捕获比人类肉眼观测到的光线弱40亿倍的光线，这比南非大望远镜能捕获的最弱光线还弱四倍。甚大阵望远镜能够把最多3个望远镜集中在一起形成独立单元，通过地下的镜片将光线组合成一个统一的光束，这使得望远镜系统能够观测到比单个望远镜分辨率高25倍的图像。10．哈勃太空望远镜哈勃太空望远镜发射于1990年4月。它位于地球大气层之上，因此它取得了其他所有地基望远镜从来没有取得的革命性突破。天文学家们利用它来测量宇宙的膨胀比率以及发生产生这种膨胀的暗能量和神秘力量。哈勃太空望远镜已到“晚年”。它在太空的十几年中，经历过数次大修。尽管每次大修以后，“哈勃”都面貌一新，特别是2001年科学家利用哥伦比亚航天飞机对它进行的第四次大修，为它安装测绘照相机，更换太阳能电池板，更换已工作11年的电力控制装置，并激活处于“休眠”状态的近红外照相机和多目标分光计，然而，大修仍掩盖不住它的老态，因为“哈勃”从上太空起就处于“带病坚持工作”状态。11．凯克系列望远镜凯克望远镜位于夏威夷莫纳克亚山，口径为10米。由于当今技术不可能实现单片望远镜镜面口径超过米，因此凯克望远镜的镜面由36块六边形分片组合而成。凯内望远镜巨大的镜面使它使用起来非同一般，不只是因为它的大尺寸，还因为它是由36个直径为米的六边形小镜片组成的。凯克望远镜开创了基于地面的望远镜的新时代。它的规模是美国加利富尼亚州帕落马山上的海耳望远镜的两倍，后者在前几十年内是世界上最大的望远镜。有人曾认为制造如此之大的望远镜是不可能的，但新科学技术把不可能变为了现实。12．斯隆米望远镜“斯隆数字天空勘测计划”的米望远镜位于美国新墨西哥州阿柏角天文台。该望远镜拥有一个相当复杂的数字相机，望远镜内部是30个电荷耦合器件(CCD)探测器。斯隆望远镜使用口径为米的宽视场望远镜，测光系统配以分别位于u、g、r、i、z波段的五个滤镜对天体进行拍摄。这些照片经过处理之后生成天体的列表，包含被观测天体的各种参数，比如它们是点状的还是延展的，如果是后者，则该天体有可能是一个星系，以及它们在CCD上的亮度，这与其在不同波段的星等有关。另外，天文学家们还选出一些目标来进行光谱观测。13．威尔金森宇宙微波各向异性探测卫星美国宇航局于2001年7月发射了威尔金森宇宙微波各向异性探测卫星(WMAP)，用来研究宇宙微波背景以及宇宙大爆炸遗留物的辐射问题。WMAP绘制了首张清晰的宇宙微波背景图，从而可以精确地测定宇宙的年龄为137亿年。WMAP的目标是找出宇宙微波背景辐射的温度之间的微小差异，以帮助测试有关宇宙产生的各种理论。它是COBE的继承者，是中级探索者卫星系列之一。WMAP以宇宙背景辐射的先躯研究者大卫-威尔金森命名。14．雨燕观测卫星“雨燕”(Swift)观测卫星发射于2004年，主要是用来研究伽玛暴现象。“雨燕”可在短短的一分钟内自动观测到伽玛暴现象。到目