实验三天文望远镜的构造和使用

关于实验三天文望远镜的构造和使用一、目的和要求了解天文望远镜的构造；学会使用天文望远镜。二、实验所需仪器天文望远镜。第2页,共28页，2024年2月25日，星期天三、实验步骤天文望远镜可以观测遥远的天体，测定天体的位置，放大有视面天体（卫星、行星、星云和星系）的角直径。天文望远镜的光学部分由物镜和目镜组成，物镜的作用是使遥远天体在近处成像和大量收集由天体发出的光辐射。目镜的作用主要是放大对天体所张的角距。第3页,共28页，2024年2月25日，星期天(一)望远镜的主要光学性能

1.口径(D)口径是指物镜未被遮掩，真正起到焦光作用部分的直径，称为望远镜的有效口径。物镜收集天体辐射的能力与它的面积，也即与口径的平方(D2)成正比。所以，D越大，看到的暗天体越多。口径是望远镜的六个光学性能中最为重要的。第4页,共28页，2024年2月25日，星期天2.相对口径(或光力，A)望远镜的有效口径D与其物镜焦距F之比，称为相对口径。即A＝D/F天体在焦平面上成像的亮度与收集的辐射成正比，与成像的面积成反比。因收集的辐射与口径的平方(D2)成正比，而成像的线大小和焦距F成正比。因此在观测有视面天体时，重要的不是有效口径D，而是相对口径A。第5页,共28页，2024年2月25日，星期天3.目视放大率（G）通过望远镜观察，天球上两点的张角所放大的倍数，称为望远镜的目视放大率，其表达式为

如图1所示，式中ω是天球上A、B两点在物镜处的张角，就是肉眼观测时该两点的角距；ω´是A、B两点在目镜处的张角，就是目视望远镜观测该两点时的角距。图1目视望远镜的放大率第6页,共28页，2024年2月25日，星期天又因（F、f分别是物镜和目镜的焦距），所以，目视望远镜放大率的实用表达式为G=F/f每一个望远镜都备有几个焦距不同的目镜，通过更换不同焦距的目镜，可以得到几种不同的放大率。但在天文观测时，不宜用过大的放大率，通常控制在30-300倍之间。如G过大，对于恒星，由于大气抖动，会造成星像抖动；对于有视面天体，星像暗淡，再加大气抖动，效果反而不好。第7页,共28页，2024年2月25日，星期天4.视场(2ω)通过望远镜观察，所见天空区域的角直径称为望远镜的视场。由图1可知，望远镜的视场应满足下式：因此，对于同一望远镜，在物镜类型相同的情况下，当选用的倍率(G)越大时，或者目镜的焦距(f)越小时，它的视场就越小。第8页,共28页，2024年2月25日，星期天5.分辨角(θ″)用望远镜观察两个密近天体，其影象刚刚能被肉眼分开时，所对应的天球上两点间的角距离，称为望远镜的分辨角。理论上，望远镜的分辨角的计算公式为式中，λ为光波波长，D为望远镜的有效口径，单位都是毫米；θ的单位为角秒。第9页,共28页，2024年2月25日，星期天对于人眼最敏感的黄绿光的波长为5500埃，代入上式，有由上式可知，望远镜的分辨角仅与它的有效口径D有关，口径越大，分辨角越小，即分辨本领越大。人眼瞳孔直径夜间最大为8毫米，而白昼仅2毫米，所以人眼的分辨角在18″-70″之间。实际上，由于大气抖动和望远镜设计制作的缺陷等因素，通常望远镜的分辨角比上式给出的要大些。第10页,共28页，2024年2月25日，星期天6.目视极限星等(或贯穿本领，mv)在睛朗无月的夜晚，用望远镜看到天顶附近最暗的星等，称为望远镜的极限星等。显然，望远镜的有效口径D越大，看到的暗星越多。

第11页,共28页，2024年2月25日，星期天(二)天文望远镜的光学系统不同型式的天文望远镜是由它的物镜所决定的。物镜为透镜的是折射望远镜，物镜为反射镜的是反射望远镜，物镜由反射镜和校正透镜组成的是折反射望远镜。①折射望远镜折射望远镜主要有开普勒和伽利略两种型式，它们的光学系统如图2所示。第12页,共28页，2024年2月25日，星期天图2折射望远镜的光路图开普勒式望远镜的焦平面（像平面）上，可以安装瞄准十字丝，适合于天体测量方面的工作，而伽利略式望远镜无法安装瞄准十字丝。因此，开普勒式望远镜为当今天文观测所采用。凸透镜凹透镜第13页,共28页，2024年2月25日，星期天折射望远镜的主要优点是星像质量好，焦距长，照相底片比例尺大；其缺点主要是有残余色差，相对口径小，制造困难。第14页,共28页，2024年2月25日，星期天②反射望远镜反射望远镜中有牛顿式、卡塞格林式、焦点式和格里哥利式四种型式。其中前两种用得较多，它们的光学系统如图3所示。第15页,共28页，2024年2月25日，星期天图3反射望远镜的光路图第16页,共28页，2024年2月25日，星期天反射望远镜的主要优点是相对口径较大，完全没有色差，镜面材料要求低；其主要缺点是视场小，副镜挡光减少接收辐射，物镜镀银（铝）易氧化。第17页,共28页，2024年2月25日，星期天③折反射望远镜折反射望远镜有施密特和马克苏托夫两种类型，它们的光学系统如图4所示。第18页,共28页，2024年2月25日，星期天图4折反射望远镜的光路图实际上天文望远镜的光学型式有很多种，有的是上述的组合，如：马克苏托夫—卡塞格林式（简称马卡式），或：施密特—卡塞格林式（简称施密特卡式）。第19页,共28页，2024年2月25日，星期天折反射望远镜的主要优点是，相对口径大，视场大，像差小，是观测有视面天体的最好工具；其主要缺点是改正镜很难磨制。第20页,共28页，2024年2月25日，星期天(三)天文望远镜的安装、调整、使用和维护1.望远镜的安装望远镜的机械装置分为地平式和赤道式两种。第21页,共28页，2024年2月25日，星期天①地平式装置

地平式装置与地平坐标相对应。它的两条轴分别在垂直和水平方向，称为竖直轴和水平轴。如图所示，当望远镜绕竖直轴转动时，它的地平经度（方位角）在连续变化，而地平纬度（高度角）保持不变；当望远镜绕水平轴转动时，它的地平纬度在连续变化，而地平经度不变（或改变180°）。1.竖直轴2.水平轴3.望远镜4.平衡锤图5地平式装置示意图第22页,共28页，2024年2月25日，星期天②赤道式装置赤道式装置与赤道坐标相对应。它的两条轴分别指向天北极（或天南极）和平行天赤道面，称为极轴（又称为赤经轴）和赤纬轴。

1.极轴2.时盘3.赤纬轴4.赤纬盘

5.平衡锤6.寻星镜7.望远镜图6赤道式装置示意图如图所示，当望远镜绕极轴转动时，它的赤经（或时角）在连续变化，而赤纬保持不变；当望远镜绕赤纬轴转动时，它的赤纬在连续变化，而赤经不变（或改变180°）。第23页,共28页，2024年2月25日，星期天天体周日圈平行于天赤道，当赤道式望远镜对准某天体时，使其绕极轴缓慢转动，可使天体保持在视场内。如开启转仪钟可长时间跟踪天体，对目视观察和照相非常方便。所以许多望远镜特别是大型望远镜都采用赤道式。第24页,共28页，2024年2月25日，星期天2.望远镜的调整①整平底座②调整极轴在赤道式装置中，望远镜极轴应和天轴平行，极轴的地平倾角应等于观测地点的地理纬度，且位于子午面内。第25页,共28页，2024年2月25日，星期天粗调极轴高度先松开纬度螺旋，将望远镜放在赤纬90°、时角12h的位置上锁定极轴和赤纬轴；转动转盘组，使望远镜对准北极星，再固定纬度螺旋即可。这种调整，对于一般的天文观察就可以了。第26页,共28页，202