光學(xué)望遠鏡焦長和焦比

焦距決定了望遠鏡在配上目鏡、一定大小的CCD或普通底片后可能觀看的視野大小。望遠鏡的焦比(焦距比或f數(shù)，即攝影術(shù)語之"光圈")是焦長和物鏡口徑(直徑)比值。因此當口徑(集光力)不變時，焦比低的視野較大。廣角望遠鏡(像是天體照相儀)用來追蹤衛(wèi)星和小行星，或是從事宇宙射線的研究和巡天觀測。低焦比望遠鏡的像差比高焦比的更難以消除。

忽略大氣擾動(視寧度或稱視象度)對影像品質(zhì)的影響和光學(xué)望遠鏡的缺點，一架光學(xué)望遠鏡的角分辨率取決于物鏡，也就是望遠鏡口徑大小。

實際上，口徑越大，角分辨率就越好。此處要特別強調(diào)的是，角分辨率不是為望遠鏡的最大放大率(或倍率)所提供的，經(jīng)銷商所提供的最大倍數(shù)是望遠鏡倍率的上限值，由于超越了物鏡能力范圍的最大倍率與角分辨率，不能把影像變得更清楚，通常得到的影像品質(zhì)也是最差的。

對大型的固定地基望遠鏡，角分辨率的極限是由視象度決定，現(xiàn)今發(fā)展之望遠鏡安置在大氣層之上，來消除空氣對影像擾動影響角分辨率，也就是太空望遠鏡、氣球望遠鏡和安裝在飛機上的望遠鏡(古柏機載天文臺、同溫層紅外線天文臺(SOFIA)或?qū)⒌鼗h鏡加裝調(diào)適光學(xué)和斑點成像。)

近來，光學(xué)望遠鏡的綜合口徑陣列變得更實用，經(jīng)由空間中一組小口徑望遠鏡組合，在小心操控的光學(xué)平面連結(jié)下，可以獲得更高的分辨率。但是這些干涉儀仍只能用于觀測明亮天體，像是恒星或是活躍星系核，例如參宿四的星斑影像可以在此看見。

關(guān)于反射、折射和折反射望遠鏡具體設(shè)計和詳細的資料，請參閱反射望遠鏡、折射望遠鏡和折反射望遠鏡條目

設(shè)計圖中最基本的元素是收集光線的物鏡(透鏡(1)或凹面鏡)、在一段距離外的物體(4)在焦平面上形成一個實像(5)。這個影像可以被記錄或經(jīng)過作用如同放大鏡的目鏡(2)，讓眼睛(3)可以看見遠處被放大的虛像(6)。

刻卜勒式望遠鏡的簡圖。

使用兩個凸透鏡成像的望遠鏡產(chǎn)生的影像是倒置的，觀賞地面景物的望遠鏡和雙筒望遠鏡使用棱鏡(一般為普羅棱鏡)或是在物鏡和目鏡之間再安裝一個或更多的透鏡將影像轉(zhuǎn)正，這樣就能看見正立像。

許多形式的望遠鏡會使用次鏡(副鏡)甚至第三個鏡片來折疊光路，這些也許是光學(xué)設(shè)計的整體部分(卡塞格林反射鏡和其他類似)，但也有望遠鏡以更簡潔的方法和在更方便的位置上安置目鏡或探測器使用。在大型望遠鏡上，這些附加的鏡片通常是為了提供更大的視野或是改善影像的品質(zhì)。

"地外行星搜尋者"是美國宇航局空間計劃的"點睛"之筆，計劃于2012年 發(fā)射升空。它匯集了人類太空望遠鏡 技術(shù)的精華，將在尋找太空生命方面嶄露頭角。"地外行星搜尋者"的設(shè)計思路與空間干涉望遠鏡相似，但在規(guī)模與性能上有重大突破?？臻g干涉望遠鏡的可收卷鏡陣延伸9米上下，而"地外行星搜尋者"的鏡面陣列延展可達百米。利用它空前的分辨率，人們將足以探明，在太陽系鄰近數(shù)十光年之內(nèi)，是否存在與地球條件相似的行星，并進一步為解開地外生命的"懸念"獲取寶貴的線索。

總之，21世紀的"天眼"，將具備前所未有的高靈敏度、高分辨率、大視場以及多天體觀測能力。就整體而言，它們觀測宇宙的效能將全面超越其"老大哥"，哈勃太空望遠鏡，從而全方位地開闊人類探測宇宙的視界。長久以來，人們仰望天空，看見日月星辰東升西落，有過天圓地方、地心說、日心說等宇宙模型。從前，人們只能用肉眼對星空進行觀察，觀測范圍非常局限，所得的數(shù)據(jù)資料也就非常有限。

1917年，胡克望遠鏡在加州威爾遜山天文臺建成。其主反射鏡直徑為2.54 米，在其建成后30年，它一直是全世界最大的天文望遠鏡。正是利用這座望遠鏡，埃德溫·哈勃發(fā)現(xiàn)了銀河系外的星系，并找到了宇宙膨脹的證據(jù)。

直徑5.08米的海爾反射式望遠鏡坐落在美國帕洛瑪山上。它于上世紀三四十年代建造，1948年完成，建造技術(shù)在當時堪稱奇跡。雖然從1993年以后，海爾作為最大反射式光學(xué)望遠鏡的地位已被取代，但仍在為宇宙探索發(fā)揮重要作用。

目前世界上最大的光學(xué)天文望遠鏡，位于夏威夷莫納克亞山。其雙子Keck I和KeckII分別在1993年和1996年建成。直徑都是10米，由36塊直徑1.8米的六角鏡面拼接組成。通過電腦控制的主動光學(xué)支撐系統(tǒng)調(diào)節(jié)，使鏡面保持極高的精度。

1999年，歐洲南方天文臺在智利建造了超大望遠鏡。它是由4臺8米直徑望遠鏡組成的一臺等效直徑達到16米的光學(xué)望遠鏡。這4臺望遠鏡可以組成一個干涉陣，做兩兩干涉觀測，也可以單獨使用每一臺望遠鏡。它可以在不同波段觀測超新星等遙遠天體。

日本的昴星團望遠鏡是目前世界上最大直徑的單面反射鏡，其直徑達8.3米。坐落在夏威夷莫納克亞山上，建造完成于1999年。據(jù)稱，僅僅是拋光其超大鏡面就花去了7年時間。昴星團望遠鏡使用了主動光學(xué)和自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)，支持鏡面的是261個機械手指，它們可以不斷調(diào)整鏡面的形狀以獲得最佳成像。

光學(xué)望遠鏡分為折射式望遠鏡、反射式望遠鏡、施密特望遠鏡。19世紀初期折射式 望遠鏡還是天文學(xué)界的主流，當時研究的重點在天體測量，鄰近恒星的位置測定。隨著時代的演變，天文學(xué)家開始探索到銀河系以外的星系，研究整個宇宙的結(jié)構(gòu)，巨無霸的大型反射望遠鏡便取代折射式望遠鏡的地位。

而施密特望遠鏡更拍攝到許多深遠微暗的天體照片，讓天文學(xué)家能按圖索驥地去研究探索數(shù)10億光年之遙的宇宙深處。所以20世紀是反射式望遠鏡與施密特望遠鏡的時代，而21世紀更將是無線電電波望遠鏡的時代。

19世紀天文望遠鏡主流──折射式德國漢堡大學(xué)80厘米折射鏡。

20世紀統(tǒng)一天文學(xué)語言的施密特望遠鏡，這是澳洲的UKST。

20世紀天文望遠鏡主流──反射式，這是德國蔡司的3.5口徑反射望遠鏡。

光學(xué)望遠鏡，使用人眼可見光形成恒星和星系的像的望遠鏡，是用于收集可見光的一種望遠鏡，并且經(jīng)由聚焦光線，可以直接放大影像、進行目視觀測或者攝影等等，特別是指用于觀察夜空，固定在架臺上的單筒望遠鏡，也包括手持的雙筒鏡和其他用途的望 遠鏡。

一架望遠鏡的集光力直接與物鏡(透鏡或鏡片)的直徑(即口徑)有關(guān)。要注意圓面積與半徑的平方成正比，因此當望遠鏡的鏡片直徑增加三倍時，集光力會增加九倍，口徑越大收集的光線越多;另外靈敏度高的影像設(shè)備(如CCD)能在較少的光量下獲得比較好的影像品質(zhì)。

幾乎所有用于研究的大型天文望遠鏡都是反射鏡，其原因是:

光學(xué)望遠鏡大小在20世紀穩(wěn)定的增加，在1910至1940年增加一倍，在1940至1990年又增加一倍?，F(xiàn)在最大的望遠鏡是11公尺的SALT和Hobby-Eberly望遠鏡，以及10.4公尺的 Gran Telescopio Canarias。

在1980年代，在技術(shù)上作出改進的新一代望遠鏡有了長足的進步，這些進步包括多鏡片望遠鏡，可以控制鏡片的個人電腦，另一個主要的進展是旋轉(zhuǎn)的熔爐，可以用離心力讓望遠鏡的鏡片在融爐中就接近要磨制的形狀(曲率半徑)。

由于雙筒望遠鏡有視場較廣，較明亮且容易操作、較專業(yè)望遠鏡便宜等原因，成為天文愛好者平時學(xué)習(xí)觀測的常用器材，而較大口徑的雙筒望遠鏡更成為了一些天文愛好者成功尋得新彗星的重要器材;另外亦有天文愛好者嘗試把兩具同一口徑的反射望遠鏡組裝成雙筒望遠鏡。

完全由中國自主發(fā)明的新型大視場望遠鏡---大天區(qū)面積光纖光譜天文望遠鏡(LAMOST)在位于河北省興隆縣的國家天文臺興隆觀測基地落成。這標志著中國第一次在望遠鏡類型上占有一席之地。

在技術(shù)上，LAMOST在其反射施密特改正鏡上同時采用了薄鏡面主動光學(xué)和拼接鏡面主動光學(xué)技術(shù)，突破了世界上光學(xué)望遠鏡大視場不能同時兼?zhèn)浯罂趶降钠款i，使中國主動光學(xué)技術(shù)處于國際領(lǐng)先地位。它采用的并行可控式光纖定位技術(shù)解決了同時精確定位4000個觀測目標的難題，是一項國際領(lǐng)先的技術(shù)創(chuàng)新。

該望遠鏡的各項指標均已達到甚至超過設(shè)計要求，在調(diào)試過程中單次觀測可同時獲得3000多條天體光譜的能力，已成為中國最大的光學(xué)望遠鏡、世界上最大口徑的大視場望遠鏡，也是世界上光譜獲取率最高的望遠鏡。大量天體光學(xué)光譜的獲取是大視場、大樣本天文學(xué)研究的關(guān)鍵。但迄今由成像巡天記錄下來的數(shù)以百億計的各類天體中，只有約萬分之一進行過光譜觀測。LAMOST將突破天文研究中光譜觀測的這一瓶頸，對上千萬個星系、類星體等河外天體的光譜巡天，將在河外天體物理和宇宙學(xué)研究以及河內(nèi)天體物理和銀河系研究上作出重大貢獻。中科院常務(wù)副院長、LAMOST工程項目領(lǐng)導(dǎo)小組負責(zé)人白春禮在的落成典禮上說，LAMOST的建成和投入觀測，將使中國具備世界領(lǐng)先的主動光學(xué)技術(shù)和多目標光譜觀測能力;將為中國天文學(xué)研究增添高水平的觀測設(shè)施和平臺;將為中國在宇宙大尺度結(jié)構(gòu)、銀河系結(jié)構(gòu)、暗能量等相關(guān)領(lǐng)域的研究提供必要的條件和技術(shù)支撐。

美加兩國科學(xué)家7月21日宣布，建成后將成為世界最大光學(xué)望遠鏡的30m口徑望遠鏡(TMT)確定在夏威夷的莫納克亞山山頂建造。TMT將由美國加州理工學(xué)院、加州大學(xué)和加拿大大學(xué)天文學(xué)研究協(xié)會組成的聯(lián)盟聯(lián)合建造，預(yù)計2011年動工。TMT預(yù)計耗資10億美元.聯(lián)盟目前已收到的資助和承諾的資助共3億美元.還不到計劃中的1/3。聯(lián)盟希望美國政府、私人基金會和國外合作伙伴能夠補足剩余的資金。

月基光學(xué)望遠鏡實現(xiàn)了兩個"人類首次":首次依托地外天體平臺開展自主天文觀測，和首次月基-地基天文聯(lián)合觀測。月球上晝夜更替需要半個月，晝夜溫差超過300℃，夜晚的溫度只有-180℃，持續(xù)的低溫不利于開展探月工作。于是月基光學(xué)望遠鏡同嫦娥一起，月晝工作，夜晚休眠。每當寒冷的長夜接近尾聲，月基光學(xué)望遠鏡就會被自動喚醒，開始它連續(xù)半個月的月晝觀測。

月基光學(xué)望遠鏡的三種工作模式:

1.待機模式

處于加電但不獲取探測數(shù)據(jù)，且不進行指向調(diào)整的狀態(tài)

2.指向調(diào)整模式

處于指向調(diào)整狀態(tài)

3.探測模式

處于開機獲取探測數(shù)據(jù)狀態(tài)，當月基光學(xué)望遠鏡指向觀測天區(qū)，滿足開機成像條件時，進入探測模式

長夜結(jié)束，月晝來臨時，月基光學(xué)望遠鏡會收到電控箱指令加電，隨后進入初始模式，以默認參數(shù)開始工作。在地面觀測計劃事件表注入后，月基光學(xué)望遠鏡會根據(jù)注入事件表停止初始模式，轉(zhuǎn)入事件表要求的常規(guī)觀測任務(wù)。

嫦娥三號著陸后或進入月晝后允許月基光學(xué)望遠鏡開始工作時，在月基光學(xué)望遠鏡所在艙體蓋板打開前需要進行儀器定標觀測;等艙體蓋板打開后，首先需要進行軸系定標觀測，采集數(shù)據(jù)用于地面匹配天文坐標和轉(zhuǎn)臺軸系坐標;軸系定標完成后月基光學(xué)望遠鏡可以進入正式天文觀測，包括定點/流量定標觀測和巡天觀測;最后，在進入月夜前需要提前關(guān)閉艙體蓋板，進行儀器定標觀測后再結(jié)束月基光學(xué)望遠鏡的工作。

在月球上觀測深空有兩大優(yōu)勢。一是月球自轉(zhuǎn)比地球緩慢，自轉(zhuǎn)一周需要27天多，可對一個目標開展長達300多小時的持續(xù)跟蹤。二是避開大氣影響，可以獲得極高精度的觀測數(shù)據(jù)。尤其在地球上無法實現(xiàn)近紫外波段的深空觀測，都被大氣吸收了。

月基光學(xué)望遠鏡安裝在嫦娥三號的著陸器上。月夜非常寒冷，嫦娥三號夜晚休眠，白天干活。白天看星星，這在地球上都辦不到，通過科研人員的努力將在月球上實現(xiàn)。

這臺望遠鏡的特點:抗雜光干擾能力強;環(huán)境適應(yīng)能力強，可在零下20攝氏度至40攝氏度的溫度下工作;自動化程度高，可實現(xiàn)望遠鏡機架任意姿態(tài)的指向控制。

月基光學(xué)望遠鏡由望遠鏡主體和反射鏡二維轉(zhuǎn)臺兩部分組成，重達10多公斤，轉(zhuǎn)臺搭載反射鏡實現(xiàn)二維轉(zhuǎn)動，使得指定空域的目標在望遠鏡主體中成像，可以實現(xiàn)對同一目標的長期連續(xù)觀測，也可以掃視深空實現(xiàn)對不同天區(qū)的觀測。

月基光學(xué)望遠鏡在紫外波段工作，月基光學(xué)望遠鏡和地球上的望遠鏡同步工作，地球上能得到可見光、紅外波段的數(shù)據(jù)，月球上能得到另外一個波段的數(shù)據(jù)，這就可以得到星體從短波到長波觀測數(shù)據(jù)，對科研是非常有意義的。

有中國"哈勃"之稱的空間太陽望遠鏡是我國第一個正在研制的天文觀測衛(wèi)星，望遠鏡口徑一米，衛(wèi)星總重量達兩噸，是目前世界上最大的熱光學(xué)望遠鏡，上面配有多種望遠鏡。在中科院9日舉行的科技創(chuàng)新案例報告會上，國家天文臺臺長艾國祥院士在接受記者專訪時透露，我國將在"十一五"期間發(fā)射這臺空間太陽望遠鏡。艾國祥是國家科學(xué)工程項目"空間太陽望遠鏡"的首席科學(xué)家，早年他曾主持研制、發(fā)明了太陽磁場望遠鏡、多通道濾光鏡、太陽多通道望遠鏡和兩維同時光譜儀等。艾國祥說，中國幾年前開始正式研制自己天文探測衛(wèi)星，其中，空間太陽望遠鏡作為衛(wèi)星的有效載荷，重量占衛(wèi)星總重量的65%，為1.2噸。