空間望遠鏡

空間望遠鏡

為在大氣層外進行天文觀測而設計製造的光學望遠鏡。

  • 中文名稱
    空間望遠鏡
  • 外文名稱
    space telescope
  • 優    點
    輕巧,以降低發射成本
  • 定    義
    地球大氣外進行天文觀測

名稱

空間望遠鏡

空間望遠鏡

space telescope

正文

為在大氣層外進行天文觀測而設計製造的光學望遠鏡。它與地面望遠鏡相比有下列優點:①可接收波段範圍更寬的輻射。一般反射系統在短波方面可以延伸到1000埃的遠紫外區。對于更短的波長要採用掠射成像系統,目前對 X射線已能成像。②在宇宙空間不受大氣的幹擾,光學望遠鏡的分辨本領可達到它的衍射極限。③天空背景不受大氣輝光和照明燈光的影響,有利于對暗星的探測。尤其是因為點像不受大氣幹擾而變得很銳,對暗星的探測和分光工作都大為有利。④不存在重力引起的結構變形。

空間望遠鏡

空間望遠鏡光學系統的設計和製造比地面望遠鏡要嚴格得多。其鏡面的精度要求達到0.01微米左右。大口徑的鏡面在有重力存在的地面上,加工到這樣高的精度是困難的。為保持各光學元件與接收儀器之間的精確幾何位置,並且要能經受住進入空間時出現的超重和振動,望遠鏡的機械裝置必須有足夠的剛度和強度。另一方面,從運載上考慮,空間望遠鏡的重量必須盡可能輕,所以,應選擇強度高、膨脹系數小的材料(如鈹、鈦、碳纖維塑膠)製造望遠鏡的機架,而鏡面必須採用熔石英或微晶玻璃薄壁蜂窩結構。為了降低儀器本身的熱輻射,機架各部分應鍍上高反射材料,如等,並盡可能降溫。為保證空間望遠鏡正確地指向目標,並進行跟蹤觀測,必須有精度很高的姿態控製和導星系統。另外,對于各種接收儀器操縱、轉換和觀測結果的記錄輸送,還要配備有遙控、遙測系統。

第一架空間望遠鏡

第一架空間望遠鏡又稱哈勃望遠鏡 ,于1990年4月24日由美國發現號太空梭送上離地面600千米的軌道 。其整體呈圓柱型,長13米,直徑4米 ,前端是望遠鏡部分 ,後半是輔助器械,總重約11噸。該望遠鏡的有效口徑為2.4米 ,焦距57.6米 ,觀測波長從紫外的120納米到紅外的1200納米 ,造價15億美元 。原設計的解析度為0.005 ,為地面大望遠鏡的100倍 。但由于製造中的一個小疏忽 ,直至上天後才發現該儀器有較大的球差,以致嚴重影響了觀測的質量。1993年12月2~13日,美國奮進號太空梭載著7名宇航員成功地為“哈勃”更換了11個部件,完成了修復工作,開創了人類在太空修復大型航天器的歷史。修復成功的哈勃望遠鏡在10年內將不斷提供有關宇宙深處的信息 。1991 年4月美國又發射了第二架空間望遠鏡,這是一個觀測γ射線的裝置,總重17噸,功耗1.52瓦,信號傳輸率為17000比特/秒 ,上面載有4組探測器,角解析度為5′~10′。其壽命2年左右。

歷史

人類為了擺脫厚厚的大氣層對天文觀測的影響,一方面設法選擇海拔高、觀測條件好的地方建立天文台,另一方面設法把天文望遠鏡搬上天空。著名的“柯伊伯機載天文台”,就是在C141飛機上安裝望遠鏡,飛行高度在萬米以上,曾用于觀測天王星掩星。自從1957年第一顆人造衛星上天以後,各國先後發射了數以百計的人造衛星及宇宙飛行器用于天文觀測。像美國的“天空實驗室”就拍攝了17.5萬多幅太陽圖像,還觀測了科胡特克彗星。著名的哈勃空間望遠鏡,是目前最先進的空間望遠鏡。人們把它的誕生看成伽利略望遠鏡一樣,是天文學走向空間時代的一個裏程碑。

相關資料

空間望遠鏡

21世紀之初,美國航空航天局(NASA)計畫實施一系列重大空間觀測項目。預期在前後十餘年時間之內,把4台大型天文觀測設備送入外層空間。此項宏偉規劃,是繼20世紀90年代哈勃太空望遠鏡取得輝煌成功之後,NASA跨世紀太空探測藍圖中承前啓後的又一次大手筆。

這些耗資鉅億的大型空間天文台,使用最先進的技術手段"武裝到牙齒",以實現前所未有的高靈敏度、高解析度、大視場及同時觀測多個天體的能力。從整體而言,它們探測宇宙的效能將全面超越其先驅者哈勃太空望遠鏡(HST)。它們的投入運行,必然極大地拓展人類認識宇宙的視野。 首先將于2001年發射升空的是"空間紅外望遠鏡(SIRTF)",其主鏡口徑84釐米,配備極高靈敏度的紅外探測元件。為徹底避開地球紅外輻射的幹擾,它將巡遊于近千萬公裏之遙的深空軌道。當望遠鏡在外層空間,處于極低溫的條件下進行觀測時,紅外波段的宇宙"面容"可謂纖毫畢現,比之于地面觀測何止清晰百萬倍!

計畫中的第二台儀器是"空間幹涉望遠鏡(SIM)"。預計在2005年3月送入繞地軌道。它實際上是一個在空間釋放的由7架30釐米口徑鏡面排列而成長達9米的望遠鏡陣。運用光學幹涉技術,其最終的空間解析度可比HST勝強近千倍。建造這台望遠鏡的技術要求極高,它的套用將使天文學家分辨遙遠恆星的能力邁上新的台階。

空間望遠鏡

下一個登場的是"新世代望遠鏡(NGST)",定于2007年上天。NGST也是專為紅面板測而設計的,與SIRTF不同的是,它的口徑可達7.5米。其集光能力接近HST的9倍,但造價卻隻及HST的四分之一。

對地外生命的不懈探索乃是NASA空間計畫的點睛之筆。"地外行星發現者(TPF)"集空間望遠鏡技術之精粹,欲為人類尋覓太空知音建立不世之功。TPF計畫在2010年到2012年之間發射上天。它的設計思路與SIF相仿,但在規模和性能上已不可同日而語。SIF的可收卷鏡陣延伸9米上下,而TPF的鏡面陣列則可達百米尺度。利用其空前的高解析度,人們足以探明,在太陽系鄰近數十光年之內,是否存在與地球條件相似的行星。

TPF的具體項目規劃尚在襁褓之中,然而無庸置疑,對解開人類在宇宙中的地位這一亙古之謎,TPF定將作出其歷史性的貢獻。

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