天文學中不同型別的望遠鏡,歷史最悠久的望遠鏡非“光學望遠鏡”莫屬。“望遠鏡”從一開始的問世,它的功能就是為了能夠看得更遠、更大的影象,當意大利的物理學家“伽利略”,第一次用“望遠鏡”來觀察天空天體時,天文學就與望遠鏡產生了不解之緣。
光學望遠鏡
一般人認為望遠鏡越長、越大秒能夠看得更遠、更大的影象,但其實這是一個誤區,對於天文望遠鏡的目的,是為了接收更多的光子,而光子的數量決定觀測目標的資訊,接收的光子越多,瞭解的資訊就越多。
舉例說明:
“甚大望遠鏡”歐洲南方天文臺在智利建造的大型光學望遠鏡,也就是“Very Large Telescope”,簡稱VLT。
光源所發出的光,透過各種鏡片的組合,反射到達了收集光子的感測器(CCD),這個感測器和我們日常生活中的數碼相機的感測器一樣,
VLT使用了直徑8.2米的反射鏡面作為主鏡,來儘可能更多地接收光子,像這樣大的主鏡接收到的光子就非常多了。
VLT8.2米的鏡子,在製作完成後需要兩年多的時間,對其進行恆溫冷卻及沉降,才能使得表面均勻並且這些鏡面需要很強大的支撐系統,望遠鏡的正常轉向工作在使用期間還要克服鏡面的熱脹冷縮。
透過CCD的長時間曝光,科學家就可以收集到更多的光子,一些研究的基本資料, 通常需要7-8個小時的曝光時間。但並不是建造直徑更大的望遠鏡,就能接收到更多的資料,而是曝光更長的時間就能獲得更多的資訊資料。
制約光學望遠鏡最大的一個限制條件就是大氣,即使是在海拔2600米以上,空氣非常稀薄、乾燥,所拍攝的目標也會受到非常嚴重的大氣影響,所以VLT在工作的時候會向天空發射一束鐳射,其實這束鐳射就是為了後期修正大氣對所拍攝目標資料的影響,修正也是非常有限的,像“哈勃望遠鏡”這樣的太空望遠鏡,就不會受大氣的影響,但是它也會存在一些相對的問題,例如它的經費很高、需要很多維護以及主鏡的尺寸還是比較小的。
Cherenkov望遠鏡
這種望遠鏡一般用來監測“伽馬射線暴”以及高能宇宙射線,來自宇宙的高能射線的轟擊大氣會產生“Air Shower”(類似暴風雨天裡的雷電),雷電的最頂端就是來自宇宙的高能射線,而底部的分支就是轟擊所產生飛速移動的粒子,像這種飛速移動的粒子(電子、中微子)它們本身並不會發光,但是當它們的飛行速度大於當下介質下光的速度時,這種粒子在移動的過程中會發光,科學家稱之為“Cherenkov Light”。
“Cherenkov望遠鏡”就是觀測高能粒子發出“Cherenkov Light”的裝置,但是“Cherenkov Light”極其微弱,非常受到環境以及月光等因素的影響,並且不同於光學望遠鏡的長時間曝光,“Cherenkov望遠鏡”需要非常快的曝光速度,一般在10納秒左右才能捕捉到高能粒子,並且單個“Cherenkov望遠鏡”並不能對“Air Shower”進行還原,於是科學家就使用多個望遠鏡,對同一個目標進行照射,再使用立體影像技術對資料進行還原,才能得到效果較好的清晰資料。
像“MAGIC、H.E.S.S、CTA都是屬於“Cherenkov”這種型別的望遠鏡。
光譜望遠鏡
這種望遠鏡其實是使用了“歐洲南方天文臺VLT”的裝置,在接收端換成了一個光譜儀,這個儀器把一束光按不同的波長分割出來,(這個原理和三角稜鏡散射出來的色散差不多),透過波長科學家不僅有了光源的資料,還能知道光源間介質的資訊(例如中間是否有其它星體?它的介質密度是多少?是否處於離子態?)。光譜望遠鏡一般都是用來研究星系、星系團、超新星等等。
射電望遠鏡
這種望遠鏡的工作原理和電視臺的訊號接收器原理是一樣的,都是接收無線電波訊號,由於接收的是無線電波訊號,所以這型別的望遠鏡沒有“反射系統”,而是用金屬支架構建的,由於接收的訊號波長較長,所以受到大氣的影響也相對較少,在地面觀測相比太空觀測有著更加多的優勢,這型別的望遠鏡還擁有一個很大的特點,就是可以探測到很遠的外太空,是目前可以探測最遠距離的望遠鏡。
“天眼FAST射電望遠鏡”
中國自主設計建造的“天眼FAST射電望遠鏡”,為全球最大的單口徑射電望遠鏡。這臺望遠鏡座落在貴州,於2020年1月11日成功透過國家的驗收,現已正式投入使用,這臺望遠鏡不僅口徑位列全球第一,而且探測的距離也是全球第一。
“天眼FAST射電望遠鏡”可以探測到多遠?
“射電望遠鏡陣列”
除了單體的射電望遠鏡,目前世界上主要採用的是“射電望遠鏡陣列”,這種望遠鏡是由多個射電望遠鏡所組成的陣列,這樣的陣列望遠鏡和“Cherenkov望遠鏡”有很大的不同。
“射電望遠鏡陣列”使用的是干涉的原理進行觀測,望遠鏡的數量越多,得到的干涉資料結果也就越清晰,並且陣列望遠鏡覆蓋的面積越大,它的等效鏡面尺寸也就越大。
案例:
之前拍攝的黑洞圖片,就是聯合了世界上多個望遠鏡組成的陣列,鏡面的等效大小和地球體積一樣大。
天文學中不同型別的望遠鏡,歷史最悠久的望遠鏡非“光學望遠鏡”莫屬。“望遠鏡”從一開始的問世,它的功能就是為了能夠看得更遠、更大的影象,當意大利的物理學家“伽利略”,第一次用“望遠鏡”來觀察天空天體時,天文學就與望遠鏡產生了不解之緣。
光學望遠鏡
一般人認為望遠鏡越長、越大秒能夠看得更遠、更大的影象,但其實這是一個誤區,對於天文望遠鏡的目的,是為了接收更多的光子,而光子的數量決定觀測目標的資訊,接收的光子越多,瞭解的資訊就越多。
舉例說明:
“甚大望遠鏡”歐洲南方天文臺在智利建造的大型光學望遠鏡,也就是“Very Large Telescope”,簡稱VLT。
光源所發出的光,透過各種鏡片的組合,反射到達了收集光子的感測器(CCD),這個感測器和我們日常生活中的數碼相機的感測器一樣,
VLT使用了直徑8.2米的反射鏡面作為主鏡,來儘可能更多地接收光子,像這樣大的主鏡接收到的光子就非常多了。
VLT8.2米的鏡子,在製作完成後需要兩年多的時間,對其進行恆溫冷卻及沉降,才能使得表面均勻並且這些鏡面需要很強大的支撐系統,望遠鏡的正常轉向工作在使用期間還要克服鏡面的熱脹冷縮。
透過CCD的長時間曝光,科學家就可以收集到更多的光子,一些研究的基本資料, 通常需要7-8個小時的曝光時間。但並不是建造直徑更大的望遠鏡,就能接收到更多的資料,而是曝光更長的時間就能獲得更多的資訊資料。
制約光學望遠鏡最大的一個限制條件就是大氣,即使是在海拔2600米以上,空氣非常稀薄、乾燥,所拍攝的目標也會受到非常嚴重的大氣影響,所以VLT在工作的時候會向天空發射一束鐳射,其實這束鐳射就是為了後期修正大氣對所拍攝目標資料的影響,修正也是非常有限的,像“哈勃望遠鏡”這樣的太空望遠鏡,就不會受大氣的影響,但是它也會存在一些相對的問題,例如它的經費很高、需要很多維護以及主鏡的尺寸還是比較小的。
Cherenkov望遠鏡
這種望遠鏡一般用來監測“伽馬射線暴”以及高能宇宙射線,來自宇宙的高能射線的轟擊大氣會產生“Air Shower”(類似暴風雨天裡的雷電),雷電的最頂端就是來自宇宙的高能射線,而底部的分支就是轟擊所產生飛速移動的粒子,像這種飛速移動的粒子(電子、中微子)它們本身並不會發光,但是當它們的飛行速度大於當下介質下光的速度時,這種粒子在移動的過程中會發光,科學家稱之為“Cherenkov Light”。
“Cherenkov望遠鏡”就是觀測高能粒子發出“Cherenkov Light”的裝置,但是“Cherenkov Light”極其微弱,非常受到環境以及月光等因素的影響,並且不同於光學望遠鏡的長時間曝光,“Cherenkov望遠鏡”需要非常快的曝光速度,一般在10納秒左右才能捕捉到高能粒子,並且單個“Cherenkov望遠鏡”並不能對“Air Shower”進行還原,於是科學家就使用多個望遠鏡,對同一個目標進行照射,再使用立體影像技術對資料進行還原,才能得到效果較好的清晰資料。
像“MAGIC、H.E.S.S、CTA都是屬於“Cherenkov”這種型別的望遠鏡。
光譜望遠鏡
這種望遠鏡其實是使用了“歐洲南方天文臺VLT”的裝置,在接收端換成了一個光譜儀,這個儀器把一束光按不同的波長分割出來,(這個原理和三角稜鏡散射出來的色散差不多),透過波長科學家不僅有了光源的資料,還能知道光源間介質的資訊(例如中間是否有其它星體?它的介質密度是多少?是否處於離子態?)。光譜望遠鏡一般都是用來研究星系、星系團、超新星等等。
射電望遠鏡
這種望遠鏡的工作原理和電視臺的訊號接收器原理是一樣的,都是接收無線電波訊號,由於接收的是無線電波訊號,所以這型別的望遠鏡沒有“反射系統”,而是用金屬支架構建的,由於接收的訊號波長較長,所以受到大氣的影響也相對較少,在地面觀測相比太空觀測有著更加多的優勢,這型別的望遠鏡還擁有一個很大的特點,就是可以探測到很遠的外太空,是目前可以探測最遠距離的望遠鏡。
舉例說明:
“天眼FAST射電望遠鏡”
中國自主設計建造的“天眼FAST射電望遠鏡”,為全球最大的單口徑射電望遠鏡。這臺望遠鏡座落在貴州,於2020年1月11日成功透過國家的驗收,現已正式投入使用,這臺望遠鏡不僅口徑位列全球第一,而且探測的距離也是全球第一。
“天眼FAST射電望遠鏡”可以探測到多遠?
“射電望遠鏡陣列”
除了單體的射電望遠鏡,目前世界上主要採用的是“射電望遠鏡陣列”,這種望遠鏡是由多個射電望遠鏡所組成的陣列,這樣的陣列望遠鏡和“Cherenkov望遠鏡”有很大的不同。
“射電望遠鏡陣列”使用的是干涉的原理進行觀測,望遠鏡的數量越多,得到的干涉資料結果也就越清晰,並且陣列望遠鏡覆蓋的面積越大,它的等效鏡面尺寸也就越大。
案例:
之前拍攝的黑洞圖片,就是聯合了世界上多個望遠鏡組成的陣列,鏡面的等效大小和地球體積一樣大。