天文觀測

天文觀測

天文觀測:觀測天體的重要手段是天文望遠鏡。可以毫不誇張地說,沒有望遠鏡的誕生和發展,就沒有現代天文學。隨著望遠鏡在各方面性能的不斷改進和提高,天文學也正經歷著巨大的飛躍,迅速推進著人類對宇宙的認識。

  • 中文名稱
    天文觀測
  • 改    進
    德國天文學家開普勒
  • 重要手段
  • 起    源
    1608年
  • 意    義
    推進著人類對宇宙的認識。

觀測簡介

天文觀測:觀測天體的重要手段是天文望遠鏡。可以毫不誇張地說,沒有望遠鏡的誕生和發展,就沒有現代天文學。隨著望遠鏡在各方面性能的不斷改進和提高,天文學也正經歷著巨大的飛躍,迅速推進著人類對宇宙的認識。

天文觀測天文觀測

天文學是一門古老而常新的自然科學,研究對象是宇宙的規律。它是以觀察及解釋天體的物質狀況及事件為主的學科。主要研究天體的分布、運動、位置、狀態、結構、組成、性質及起源和演化。天文學與其他自然科學不同之處在于,天文學的主要實驗方法是觀測,通過觀測來收集天體的各種信息。因而對觀測方法和觀測手段的研究,是天文學家努力研究的一個方向。不斷改進和拓寬天文觀測的方法是天文學家和天文愛好者永無止境的追求和使命,也是推動天文學發展的動力和源泉。

歷史起源

1608年,荷蘭眼鏡商李波爾賽偶然發現用兩塊鏡片可以看清遠處的景物,受此啓發,製造了人類歷史第一架望遠鏡。1609年,天文學家伽利略製作了一架口徑4.2釐米,長約1.2米的折射式望遠鏡。這架望遠鏡將天文學帶入了望遠鏡時代。

隨後在1611年,德國天文學家開普勒又將天文望遠鏡作了改進,提高了放大倍數。直到今天人們使用的折射式望遠鏡還是這兩種。天文望遠鏡採用的是開普勒式。折射望遠鏡的優點是焦距長,底片比例尺大,對鏡筒彎曲不敏感,比較適合于做天體測量方面的工作。但是它也有一定的缺陷,巨大的光學玻璃澆製也十分困難,到1897年折射望遠鏡的發展達到頂點,技術上的限製使得此後的一百多年中再也沒有更大的折射望遠鏡出現。

1668年誕生了第一架反射式望遠鏡。經過多次磨製非球面的透鏡失敗後,牛頓另闢思路發明了反射望遠鏡。用反射鏡代替折射鏡是一個巨大的成功。它有許多優點,而且相對于折射望遠鏡比較容易製作,雖然它也存在固有的不足。

折反射式望遠鏡最早出現于1814年。到了1931年,德國光學家施密特將一塊近于平行板的非球面薄透鏡與球面反射鏡相配合,製成了一架折反射望遠鏡。這種望遠鏡光力強、視場大、象差小,適合于拍攝大面積的天區照片,尤其是對暗弱星雲的拍照效果非常突出。這類望遠鏡已經成了天文觀測的重要工具。它兼顧折射和反射兩種望遠鏡的優點,非常適合業餘的天文觀測和攝影。

三百多年來,光學望遠鏡一直是天文觀測最重要的工具。1932年,央斯基(Jansky. K. G)用無線電天線探測到來自銀河系中心(人馬座方向)的射電輻射,標志著人類開啟了在傳統光學波段之外進行觀測的第一個視窗。二次大戰後,射電天文學脫穎而出。射電望遠鏡為射電天文學的發展起了關鍵的作用。六十年代天文學的四大發現:類星體、脈沖星、星際分子和宇宙微波背景輻射,都是用射電望遠鏡觀測得到的。

場地選擇

要進行天文觀測,沒有一個好的場地是絕對不行的。觀測場地周圍的環境直接影響著觀測效果:如果障礙物過多,很難見到觀測目標,就更甭提觀測了;如果氣流變化過大,會造成圖象的抖動和變形,使望遠鏡的解析度降低;如果天空被燈光照得很亮,極限星等(肉眼可見最暗恆星的星等)就會降低,換句話說,也就是看到的恆星數就會減少,對觀測和攝影都會造成很大的影響,甚至根本無法進行……為了使觀測活動達到預期效果,選擇一個合適的場地是必須的,選擇時要註意以下幾點:

開闊場地

選擇開闊的場地,如運動場,使能看到的天區增到最大。如果住在高樓林立的居民區內,在樓下隨便找個地方是絕對不能觀測的。可想而知,在幾棟樓之間要想看到天頂以外的部分是件非常困難的事情。在運動場之類的地方就可以避免這些麻煩事了。

氣流影響

註意氣流的影響,若在建築物附近觀測,應特別註意要避開開著的窗戶,因為在開著的視窗附近,很容易產生復雜的氣流,以至于影響觀測效果。此外,還應該註意盡量避免直接在水泥地面上觀測,因為水泥的比熱容(降低同樣溫度放出熱量的多少)很小,所以在夜間溫度會很快下降,也會造成氣流變化。土地就比水泥地面好得多,如果有條件的話,最好選擇在草地上觀測,因為草地含有大量水分,水的比熱容又大,所以不易引起氣流的劇烈變化。當前,許多天文台都建設在海邊或海島上,主要也是因為這個原因。

燈光影響

隨著經濟的發展,城市的燈光越來越多,天空被照得越來越亮,而且許多燈都是徹夜不關的,正如上面所說,這對天文觀測造成了極為嚴重的影響。雖然你不能為了進行觀測而不讓城市發展,但是我們可以主動的去避開燈光。在美國,天文愛好者們為了躲避燈光的影響,自己駕車幾十,甚至幾百公裏來到野外進行觀測的事情已是屢見不鮮了--我們也隻能學他們,找一塊自己認為足夠黑暗的地方--當然,應該是自己熟悉的地方,千萬不要到自己毫不知情的荒郊野外,以免發生危險。

觀測地點

如果沒有山,在城市裏沒有什麽地方適合做深空天體的天文觀測,因為大氣污染和光污染太嚴重了。在城市裏估計隻能觀測太陽/月亮/木星/土星和金星。觀測火星都比較勉強。

探測手段

除了射電觀測,非可見光天文觀測還包括紅面板測、紫面板測、X射線觀測和γ射線觀測等。由于這幾種天文觀測受地球大氣的影響更大,人們往往將望遠鏡安裝在飛機上,或用熱氣球載上高空。此後又用火箭、太空梭和衛星等空間技術將望遠鏡送到地球大氣層外。

空間觀測設備與地面觀測設備相比,有極大的優勢。光學空間望遠鏡可以比在地面接收到寬得多的波段。由于沒有大氣抖動,解析度也得到了極大的提高。空間沒有重力,儀器也不會因自重而變形。

以天文學家哈勃的名字命名的哈勃空間望遠鏡(HST)是由美國宇航局主持建造的四座巨型空間天文台中的第一座,也是所有天文觀測項目中規模最大、投資最多、最受公眾註目的一項。它籌建于1978年,設計歷時7年,1989年完成,並于1990年4月25日由太空梭運載升空,耗資30億美元。但是由于人為原因造成的主鏡光學系統的球差,不得不在1993年12月2日進行了規模浩大的修復工作。成功的修復使哈勃望遠鏡的性能達到甚至超過了原先設計的目標。觀測結果表明它的解析度比地面的大型望遠鏡高出幾十倍。它對國際天文學界的發展有非常重要的影響。

發展歷程

空間天文觀測航天器把觀測儀器送到離地面幾百公裏高度以上的宇宙空間進行天文觀測的航天工具。空間天文觀測﹐又稱為大氣面板測。雖然人們在衛星上天以前﹐已開始利用飛機﹑氣球﹑火箭進行探測。但是它們有很大的局限性。飛機飛行的高度約10~25公裏﹐使紅面板測得到改善﹐但要接收高能的短波輻射仍無能為力。氣球的飛行高度雖比飛機高﹐但氣球上面的大氣對天文觀測仍有影響。火箭又有觀測時間短暫的弱點。利用航天器進行天文觀測﹐兼有高度高和觀測時間長的優點。航天器的高度一般都在幾百公裏以上﹐從而可以避開地球大氣和地磁場的影響。航天器的工作壽命一般為幾個月至幾年。利用航天器進行空間天文觀測﹐不但可以觀測太陽系天體所有波長的電磁輻射﹐而且還可觀測到不同能量的粒子輻射。對于恆星﹐其觀測波長僅受星際氣體吸收的限製﹔而對于月球﹑行星和行星際空間﹐則可作直接採樣或逼近觀測。

一個完整的空間天文探測系統包括航天器﹑運載火箭和地面支援設備三大部分。航天器是裝載科學儀器﹑執行探測任務的主要部分。進行空間天文觀測的航天器必須具有控製自身姿態變化的能力﹐具有精確的定向精度﹐以完成證認天體﹑確定輻射空間分布和輻射源位置的任務。為了進行復雜的科學考察﹐航天器還必須具備大規模資料貯存和快速傳輸的能力。世界各國相繼發射了大量航天器。為了執行各種特定的使命﹐還發射了一系列考察衛星﹑行星和行星際的航天器﹐構成不同的觀測系列。

選購指南

選購指南

對于天文觀測來說,由于天體光線暗弱,天文觀測用望遠鏡口徑(物鏡片直徑)大小是最重要的。口徑越大、通光量就越大,成本、體積就越大。世界上對于天文望遠鏡的命名,也都是以口徑稱呼的,如:120釐米級、2.16米級(中國最大)、6米級(前蘇聯和世界最大)。所以如果經濟條件許可,天文觀測用望遠鏡首先應盡量選擇大口徑的。

倍數=物鏡焦距/目鏡焦距,所以在磨製鏡片時隻要增加物鏡焦距或者減少目鏡焦距既可得到更高的倍率,如果願意,倍數可以輕易地做到幾百幾千倍以上,但實際上一架望遠鏡合理的使用倍數是受物鏡口徑、觀測環境限製的:口徑大的倍數可以高些,但這也是有限度的,即使用天文台使用的大型天文望遠鏡:其最高倍數一般也隻是幾百倍,這是因為觀測環境對望遠鏡的影響更大,隨著陪數的增高,大氣中的灰塵、氣流也會被同時放大。同時倍數越高,觀測視場就越小、越暗、導致分辨力下降,反而使觀測效果降低,這也是為什麽要耗巨資在太空中安置哈勃望遠鏡的原因。另外高倍率對望遠鏡的穩定性要求也極高,在幾十倍時,很小的碰動也會使望遠鏡的景物發生抖動,幾百倍時即使很輕的微風也會導致景物抖動不停,難以政黨觀測。高倍所導致視場變小的另一大不足是尋找目標極為困難,用過天文望遠鏡的朋友都有這種體會:想要用高倍望遠鏡尋找一個目標是很麻煩的,好容易找到所要觀測的目標後,又會因地球的自轉而使目標很快離開視場,又得重新尋找。因此說盲目追求高倍是不實際的。根據光學規律和長期的經驗表明,一架望遠鏡的最大實用倍率為D值左右(D=物鏡口徑,毫米),如一架望遠鏡口徑為50mm,其最大實用倍率不應超過50倍。

在天文觀測中,除了月球、太陽、幾大行星、星團、星雲、星系等天體由于距地球相對近些或大些,可以觀測到視面,對于其它所有的恆星來講,由于距地球實在太遙遠,即使是太空中的哈勃望遠鏡進化論多少倍看到的也隻是一個亮點。但口徑越大看到的恆星亮點也就越多,所以對于天文望遠鏡來講同雙筒望遠鏡一樣,口徑比倍率更重要,由于天文觀測都是固定在三角架上,因此體積大些無關緊要。

俄羅斯比較常見的適合天文觀測的單筒望遠鏡有20x50海盜式、20-30x50小台式、30-60x70大台式、55x105反射式、111x116反射式等,這些單筒望遠鏡都俄羅斯軍工廠出口,無論是面板工藝,還是光學貭素都非常好,倍數設計也非常合理,都在D值之內,而且全部採用全轉像裝置,從鏡中看到的景物與實際景物方向一致,不僅適合天文觀測,也適合地面觀測。

單筒鏡

中國的天文愛好者一般都購買單筒天文望遠鏡,進行天文觀測,其實國外大多數天文愛好者者普遍使用大口徑的雙筒天文望遠鏡,這是很有道理的:雙筒望遠鏡最大的的優勢在于雙眼同時觀測,不但視場寬廣、更為舒適、不易疲勞、立體感強,尤其是充分地利用了人眼有效瞳徑,使觀測靈敏度大大提高,其實際觀測效果遠遠高于同口徑的單筒望遠鏡,如一架口徑50mm的雙筒望遠鏡其實際通光亮大約相當于一架口徑70mm的單筒望遠鏡,可以看出使用雙筒望遠鏡進行天文觀測更為經濟、實用。國外很多業餘天文愛好者就是用大口徑雙筒望遠鏡做出了很多天文發現,例如:著名的百武慧星就是日本天文愛好者百武裕司用一架富士25x150大口徑雙筒望遠鏡首先發現的,當然國外天文愛好者大多都有經濟實力,如他們用量最大的富士25x150大口徑雙筒望遠鏡合人民幣約六七萬元。另外,中國98廠生產的專供部隊哨所遠距離觀測用的25-40x100大型雙筒望遠鏡對于天文觀測極為出色,價格相對也不算貴,對有經濟能力的讀者可以考慮選購。

月球觀測

對廣大天文愛好者和天文普及教育工作者來說,掌握月球的光學觀測,實為一技之本。由于月球的視面大,表面清晰可辨,可觀測的項目多,而且通過認真的觀測,比較容易獲得觀測成果,因此,月球觀測是進行天文普及教育的最生動最真實的活動。

整體結構

月球正面結構千姿百態,有十九個月海可見。每個月海都各具特色。綿延著十五個著名的山脈,它們巨峰突起,怪崖崢嶸。環形山更是比比皆是。

月相變化

從月牙到皓月,一直倍受天文愛好者們的青睞。對月面明暗交界線區域的觀測是撓有情趣的。在一年中,月面上每個區域要被明暗界線掃過25次,也就是要產生25次不同角度的陽光照射。

局部區域

比如對雨海環境的觀測,對科希峭壁的觀測,對哥白尼環形山、第谷環形山、阿裏斯塔克環形山,以及它們的輻射紋的觀測等等,奇情異景,躍然入鏡。

天平動

由于月球天平動的影響,月球在南北方向上(即上下方向)有±6。.7的變化,就象是在抬頭和點頭。在東西方向上(即左右方向)有±7。.6的變化,又象是在跳搖擺舞。因此,我們從地球上看到整個月面的59%。長期的目視觀測你會親有所感,長期的照相觀測,你可以獲得月面這種奇妙的留影。

直徑變化

由于月球軌道是橢圓的。它和地球的距離總在變化之中,從地球上看到月球視直徑也是在29'22-一33'26-之間變化的。憑肉眼絕對感覺不出,但是,從月球過近地點和遠地點的照片對比中,可以明顯地反映出來。如果你的天文望遠鏡物鏡焦距是1000毫米,那麽,月球像的直徑是在8.4-9.6毫米之間變化。

發展歷程

衛星系列

目前﹐使用得最多的空間天文觀測器是天文衛星。根據觀測對象和任務的不同﹐天文衛星可分為太陽觀測衛星和非太陽探測天文衛星。有些衛星兼有太陽觀測和非太陽探測的性能。

太陽觀測

從空間觀測太陽,主要是利用地球軌道太陽觀測衛星﹑某些深空探測器和天空實驗室上的阿波羅望遠鏡裝置。此外﹐許多地球物理探測衛星﹐例如﹐軌道地球物理台(OGO)系列﹐也有太陽觀測實驗項目。二十世紀六十年代初期﹐美國相繼開始發射兩個持續整個太陽活動周的太陽觀測衛星系列──太陽輻射監測衛星(SOLRaD)軌道太陽觀測台 (OSO)系列。蘇聯的太陽觀測衛星﹐除"宇宙號"系列中的某些衛星以及蘇聯和東歐國家合作的"國際宇宙"系列中的一些衛星外﹐主要包括在"預報號"系列中。"預報號"和行星際監測站 (IMP)系列分別為蘇聯和美國用來作為研究日地關系﹐考察太陽風﹑行星際磁場﹑地球磁層以及行星際物質等特徵的行星際監測站。此外﹐歐洲空間局先後發射了研究太陽和輻射的國際輻射研究(IRIS)衛星﹐以非太陽探測為主﹑太陽觀測為輔的"特德"-1A(TD-1A)衛星﹐並與美國合作發射了"國際日地關系探險者"(ISEE)。西德與美國合作發射了"太陽神"(Helios)衛星。"太陽神號"到達離太陽約 0.3天文單位處﹐進入日心軌道﹐是目前最接近太陽的深空太陽觀測器。天空實驗室是多用途的實驗性載人軌道空間站﹐它攜帶的阿波羅?毒狄鑰杉?猢p紫外和 X射線等波段對太陽進行高解析度的電視和照相觀測。

非太陽探測

非太陽探測天文衛星﹐分別以某一波段或某幾個波段巡視天空輻射源﹐測定其方向﹑強度和輻射譜特徵﹐觀測銀河系和河外天體。美國的非太陽探測衛星主要有軌道天文台 (OAO)﹑射電天文探險者(RAE)﹑小型天文衛星(SAS)和高能天文台(HEAO)。其他國家和組織也已發射一些非太陽的天文衛星﹐其中較主要的有﹐歐洲空間局的"特德"-1A(TD-1A)衛星﹑宇宙線觀測衛星-B(COS-B)﹐荷蘭和美國聯合發射的荷蘭天文衛星(ANS)﹐英國的"羚羊"5號(Ariel-5)衛星﹐法國的紫外天體分析衛星(AURA)﹐法蘇合作的"信號" 3號(Signe-3)衛星﹐蘇聯的"宇宙"215號衛星等。

月球﹑行星和行星際的探測器系列 航天器飛出地球後就可成為對月球﹑行星和太陽系其他天體以及行星際空間進行直接採樣或逼近觀測的探測器。

佘山天文觀測台

月球探測器

自1959年蘇聯發射飛向月球的第一枚月球火箭──"月球"1號以來﹐一些國家已發射了各種月球探測器以不同方式(逼近飛行或硬著陸﹑軌道環行﹑軟著陸﹑取回樣品﹑載人登月飛行等)﹐通過拍照﹐自動測量﹑採樣分析﹑實地考察﹐對月球及其附近空間進行了詳細考察。美國先後發射了"徘徊者"﹑"月球軌道環行器"﹑"月球勘測者"和"阿波羅"等四種月球探測系列。"徘徊者"7~9號較為成功地完成了任務。五枚月球軌道環行器3﹑5﹑6號分別在月球上實現軟著陸。阿波羅月球探測是美國最龐大的月球探測計畫。蘇聯的月球探測計畫主要是"月球號"系列。"月球"1~3號為初級階段﹐目的是飛向月球﹐實現硬著陸﹔"月球"4~14 號為中級階段﹐試驗在月球軟著陸技術﹐繞月飛行考察月球空間﹐並研究月球土壤﹔"月球"15號以後為高級階段﹐發展成月球自動科學站。"月球"16號實現不載人的自動挖取月球岩石樣品並返回地球。"月球"17號和"月球"21號各攜帶一輛月行車﹐軟著陸後﹐月行車由地面站操縱﹐在月面上自動行駛考察。

天文觀測天文觀測

行星際的探測器

行星和行星際的探測器:已發射的行星和行星際的探測器系列有美國的"先驅者"﹑"水手"﹑"海盜"﹑"旅行者"和蘇聯的"金星號"﹑"火星號"和"探測器"。

它們分別飛向金星﹑火星﹑水星﹑木星和土星﹐以逼近飛行或在行星表面軟著陸方式﹐通過拍照和自動測量﹐研究行星表面﹑行星大氣以及地球到這些行星之間的行星際物質。此外﹐行星際監測站和"預報號"系列測量了地球周圍的行星際空間。向更遙遠的外行星的飛行﹐由于飛行時間長和飛船離太陽越來越遠﹐無法利用太陽能供電﹐必須設計特殊的航天器。

天文觀測天文觀測

載人軌道空間站

隨著空間技術的發展﹐現已發射實驗性的載人軌道空間站──天空實驗室。它可進行廣泛的科學實驗和套用研究﹐除生物醫學﹑地球資源勘測和綜合性實驗外﹐也擔負空間天文觀測的任務。未來的軌道空間站﹐將利用太空梭承擔把人員和儀器設備運送到空間站去並在空間站進行維修的任務。

註意事項

天文觀測的效果受外部因素影響較大,因此在觀測過程中有許多需要註意的地方,現總結如下。

燈光

當你好不容易避開城市燈光的幹擾,找到一個足夠理想的觀測場地時,心裏一定是很興奮的。但要記住以下幾點,以免招來不必要的麻煩。

要知道,正常人在黑暗中至少要經過半個小時才能完全適應黑暗,使瞳孔張到最大,增大人眼的通光量,達到最佳狀態。如果在適應過程中有意或無意望向明亮的物體(如燈、火甚至是月亮),都會使瞳孔猛然縮小,使剛才的適應過程前功盡棄,你不得不再花半個小時來適應黑暗,浪費了寶貴的觀測時間。因此,在適應過程中和觀測時都要絕對避免強光對眼睛的刺激。

麗江高美古天文觀測站麗江高美古天文觀測站

1.照明

平時使用的白熾燈和節能燈等較亮的燈具是決不可以在觀測中使用的。在黑暗中,紅光對人眼的刺激最小,因此,可以用一塊適當厚度的紅布或者是紅色塑膠布罩在功率較小的手電筒上,來進行短時間的照明。

2.閃光燈

在觀測和適應過程中,萬萬不可使用閃光燈。閃光燈的亮度是極強的,雖然發光時間隻是短短的幾十分之一秒,但它也足可使你半個多小時的適應白費,並且影響到觀測。如果周圍有人進行天文攝影,你的閃光燈也許會使別人一晚上的心血前功盡棄。如果必須拍照,那麽應在所有觀測進行完畢,並且周圍幾十米沒有任何觀測者時進行。

佘山天文觀測台佘山天文觀測台

取暖

在冬天觀測天氣往往很冷。如果需要取暖,一定不可以生火,尤其是在望遠鏡附近。燃燒放出的熱量會使空氣劇烈的抖動,造成天體模糊不清,而且影響的範圍很大。並且,明亮的火光對人眼也有很大的刺激。同樣原理,大功率的電暖氣也不可使用,不但效果不佳,還會浪費大量的電能。最好的方法還是多穿衣服,可以帶上毯子。如果實在太冷,還是盡早回家為好。畢竟,身體是最重要的。

防蚊蟲

夏天郊外夜晚的蚊蟲是極多的。稍不註意,不出半小時,身上就會被蟄得痛癢難忍。野外和家裏畢竟不一樣,有些在家中很管用的方法在野外便失去了作用。比如點蚊香,由于戶外空氣流速較快,燃燒蚊香放出的有驅蚊作用的物質會很快的擴散,達不到應有的效果。最管用、最方便的方法還是穿長衣、長褲,雖然可能會熱些,但總比被蚊蟲蟄後的滋味好受些。另外,應在臉上和手上噴灑適量花露水等一類葯品,以確保蚊蟲沒有可乘之機。

相關書籍

最新天文觀測手冊(精)

市場價:39.80作者:(英)安東 範普魯|譯者:劉勇

最新天文觀測手冊最新天文觀測手冊

譯者:(英)安東?範普魯|譯者:劉勇

出版社:黑龍江科學技術出版社

出版日期:2008-11-1 0:00:00

相關詞條

相關搜尋

其它詞條