望远镜的眼睛有多大?这个参数很关键

2018-06-14 10:31:20 来源: 科技日报  作者: 翟冬冬

建造口径更大、观测能力更强的望远镜,用它来窥探宇宙的奥秘,是天文学家们一直以来的追求。美国太空网近日发表文章,将正在建设中的欧洲极大望远镜称为张望宇宙的最大眼睛,其口径达到39.3米。但实际上,相对于口径,对于天文学家而言,有效口径是一个更有意义的参数。那么,有效口径和口径有什么不同?哪些因素会影响有效口径的大小?

“对于大多数天文望远镜来说,口径和有效口径相差不大。”中科院国家天文台兴隆观测站副研究员范舟告诉科技日报记者,但对于一些设计结构独特的望远镜来说,口径和有效口径存在较大差别。

口径通常指天文望远镜的物理最大直径,有效口径则指望远镜实际有效接收光子的镜面的等效口径。“大部分望远镜虽然镜面前会有副镜和桁架等物体的遮挡,但由于面积相对较小所以基本可以忽略不计。”范舟说。但是对于一些特殊光学设计的望远镜,有效口径和口径会有较大的区别。比如正在建设中的大型综合巡天望远镜LSST。虽然它的主镜镜面为8.4米,但是由于特殊光学设计,其主镜上中心部分实际上是一个5米的第三镜,所以实际的有效口径只有6.68米。

一般的射电望远镜的情况也和光学望远镜基本相同。但有些结构特殊的射电望远镜则不然。比如FAST是目前世界口径最大的单天线射电望远镜。它如同一只巨大的眼睛,镶嵌在贵州省黔南布依族苗族自治州大窝凼洼地。这也是它和大多数望远镜的不同之处——FAST的“底座”整体是不能转动的。

一般的天文望远镜都会带有一个叫做“经纬仪”的设备。它就像平时的化妆镜底座一般,可以让望远镜360度旋转。在观测处于东升西落不断运动中的星体时,“底座”就可以托着镜面随着星体一起运动,从而保持追踪曝光状态。

那没有“底座”怎么办?这就要说到FAST的4443块反射面面板。“FAST对于天体的实时追踪正是由这些子镜面组成的抛物面完成的。”中科院国家天文台研究员姜鹏表示,可以把FAST看成一个大碗,里面有一面直径比碗口小的抛物面镜子随着观测目标的位置不断移动进行跟踪,其有效口径大小为抛物面镜子的直径。

“镜面拼接和控制精度也是影响望远镜有效口径的一个因素。”姜鹏表示,要做到组合的抛物面共焦共相,看天体更清晰,看到更加遥远暗弱的天体,这需要十分精准的技术把握能力。

目前人类能制造的单面光学望远镜最大直径在8.4米左右,直径大于这个数值的望远镜都需要多块镜面拼接完成。而在欧洲极大望远镜未来的制造调试过程中,提高其镜面的拼接精度,将是发挥其观测能力的重要步骤。(实习记者翟冬冬)

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