"空間干涉測(cè)量望遠(yuǎn)鏡"是天文學(xué)專有名詞。中國(guó)天文學(xué)名詞審定委員會(huì)審定發(fā)布的天文學(xué)專有名詞中文譯名。
"英漢天文學(xué)名詞數(shù)據(jù)庫(kù)"(以下簡(jiǎn)稱"天文名詞庫(kù)")是由中國(guó)天文學(xué)會(huì)天文學(xué)名詞審定委員會(huì)(以下簡(jiǎn)稱"名詞委")編纂和維護(hù)的天文學(xué)專業(yè)名詞數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)的所有權(quán)歸中國(guó)天文學(xué)會(huì)所有。
"空間干涉測(cè)量望遠(yuǎn)鏡"是天文學(xué)專有名詞。來(lái)自中國(guó)天文學(xué)名詞審定委員會(huì)審定發(fā)布的天文學(xué)專有名詞中文譯名,詞條譯名和中英文解釋數(shù)據(jù)版權(quán)由天文學(xué)名詞委所有。
中文譯名 | 空間干涉測(cè)量望遠(yuǎn)鏡 |
英文原名/注釋 | SIM telescope |
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空間碎片的持續(xù)增加已嚴(yán)重威脅人類航天活動(dòng)的安全。為了規(guī)避空間碎片對(duì)在軌航天器的威脅,需要通過(guò)觀測(cè)獲取空間碎片與航天器的位置等信息進(jìn)行碰撞預(yù)警,為航天器采取規(guī)避措施提供參考。地基光電望遠(yuǎn)鏡在高軌空間碎片觀測(cè)方面有絕對(duì)優(yōu)勢(shì),根據(jù)探測(cè)信噪比公式,計(jì)算望遠(yuǎn)鏡最小可探測(cè)空間碎片的尺寸,并通過(guò)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)對(duì)尺寸計(jì)算公式進(jìn)行驗(yàn)證,分析設(shè)備探測(cè)能力的影響因素,對(duì)兩種觀測(cè)模式下設(shè)備探測(cè)地球靜止軌道空間碎片的能力進(jìn)行分析,得到口徑和曝光時(shí)間對(duì)探測(cè)能力影響的定量關(guān)系,可以為觀測(cè)空間碎片設(shè)備建設(shè)等提供參考。
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空間碎片的持續(xù)增加已嚴(yán)重威脅人類航天活動(dòng)的安全.為了規(guī)避空間碎片對(duì)在軌航天器的威脅,需要通過(guò)觀測(cè)獲取空間碎片與航天器的位置等信息進(jìn)行碰撞預(yù)警,為航天器采取規(guī)避措施提供參考.地基光電望遠(yuǎn)鏡在高軌空間碎片觀測(cè)方面有絕對(duì)優(yōu)勢(shì),根據(jù)探測(cè)信噪比公式,計(jì)算望遠(yuǎn)鏡最小可探測(cè)空間碎片的尺寸,并通過(guò)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)對(duì)尺寸計(jì)算公式進(jìn)行驗(yàn)證,分析設(shè)備探測(cè)能力的影響因素,對(duì)兩種觀測(cè)模式下設(shè)備探測(cè)地球靜止軌道空間碎片的能力進(jìn)行分析,得到口徑和曝光時(shí)間對(duì)探測(cè)能力影響的定量關(guān)系,可以為觀測(cè)空間碎片設(shè)備建設(shè)等提供參考.
NASA的科學(xué)家正在用充氣技術(shù)建一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡,其大小接近哈勃的兩倍,但重量?jī)H哈勃的六分之一左右。此外,在太空探測(cè)距離方面,這臺(tái)長(zhǎng)約25米的ARISE(Advanced Radio Interferometry between Space and Earth,太空與地球間的先進(jìn)無(wú)線電干涉測(cè)量)望遠(yuǎn)鏡也會(huì)令哈勃望塵莫及。據(jù)初步估計(jì),ARISE的清晰度將是哈勃的3000倍。干涉測(cè)量是指用多條天線拍攝高清晰度照片的過(guò)程。為此,ARISE將用于拍攝黑洞、星際行星和其他天體。
雖然ARISE體積更大,但把它送入太空卻可能相當(dāng)容易。ARISE望遠(yuǎn)鏡的反射體(或天線)和鏡桿將用高級(jí)薄膜聚合物材料制造,這種材料可以折疊并塞進(jìn)小罐,然后將小罐置于主航天器頂部。反射體自身會(huì)交織成一個(gè)網(wǎng)。裝反射體的罐子高約0.4米,直徑約1.8米。
ARISE航天器可能會(huì)搭乘一個(gè)比現(xiàn)有航天器更小的航天器發(fā)射升空。當(dāng)ARISE航天器進(jìn)入軌道后,網(wǎng)狀天線就釋放,但真正充氣的并不是這個(gè)部分。充氣的是三個(gè)鏡桿(鏡臂),它們將環(huán)繞網(wǎng)狀天線的充氣圈和航天器連接起來(lái)。為了讓鏡桿和充氣圈充氣,太陽(yáng)能會(huì)集中到航天器上含液氫的熱交換器。熱量促使氣體形成,氣體隨即進(jìn)入鏡桿和充氣圈。鏡桿一固定下來(lái),天線也就固定了。整個(gè)充氣過(guò)程只需幾分鐘時(shí)間。
1996 年,奮進(jìn)號(hào)航天飛機(jī)(Space Shuttle Endeavor)配置了一個(gè)實(shí)驗(yàn)性天線原型來(lái)測(cè)試這項(xiàng)新技術(shù)。這個(gè)14米的原型在幾小時(shí)后成功充氣,大大激發(fā)了人們深入研制充氣式航天器的興趣。NASA表示,ARISE望遠(yuǎn)鏡預(yù)計(jì)在2008年發(fā)射。
總有一天,用于研制ARISE望遠(yuǎn)鏡的技術(shù)也能用于建造太陽(yáng)帆,并推動(dòng)航天器以難以置信的速度沖出太陽(yáng)系。與ARISE的鏡桿和充氣圈一樣,太陽(yáng)帆會(huì)以相同的方式在太空中展開。反射器其實(shí)是用碳纖維制成的超薄鏡子,能吸收太陽(yáng)能,并推動(dòng)附屬航天器的時(shí)速達(dá)到32.4萬(wàn)公里。
每過(guò)十年,美國(guó)的天文學(xué)家就會(huì)對(duì)未來(lái)進(jìn)行一次規(guī)劃,列出他們最想要的東西。這一做法使得美國(guó)天文學(xué)界在最核心的問(wèn)題上形成了統(tǒng)一戰(zhàn)線,可以同仇敵愾、一致對(duì)外。在2000年天文學(xué)家們公布的清單上,下一代空間望遠(yuǎn)鏡占據(jù)了顯赫的位置,它將接替哈勃空間望遠(yuǎn)鏡(HST)挑起美國(guó)天文學(xué)的大梁,并且使得美國(guó)天文學(xué)繼續(xù)保持"領(lǐng)跑"的態(tài)勢(shì)。
這就是詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡(JWST),它先進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)、獨(dú)特的軌道以及有別于HST的工作波段將給我們帶來(lái)一個(gè)全新的宇宙。但同時(shí)它不斷上漲的成本,也在不斷地拖累美國(guó)航宇局(NASA)整個(gè)的空間科學(xué)計(jì)劃。這也使得它自誕生那一刻起就處在風(fēng)口浪尖之上。
尖端技術(shù)放眼早期宇宙
甚至在HST發(fā)射前一年的1989年,美國(guó)空間望遠(yuǎn)鏡研究所的天文學(xué)家就開始籌劃下一代空間望遠(yuǎn)鏡了。按照目前的計(jì)劃它將在2014年發(fā)射。作為燞ST的接班人,JWST將扛起下一代空間望遠(yuǎn)鏡的大旗。
不過(guò)HST主要觀測(cè)的是可見(jiàn)光和紫外波段,而JWST的優(yōu)勢(shì)則在紅外波段。位于大氣層之上的JWST可以對(duì)波長(zhǎng)從0.6微米(可見(jiàn)光譜紅端)到28微米(遠(yuǎn)紅外的起始)的輻射一覽無(wú)遺。JWST6.5米的直徑也讓它變得十分靈敏,在紅外波段它擁有猶如HST在可見(jiàn)光波段的分辨率,它還可以看到比HST犓?蕓吹降淖畎等醯奶焯寤掛?瞪?0~100倍的天體。
為此JWST將采用一系列的尖端技術(shù),例如由鈹制成的超輕型光學(xué)系統(tǒng)、超靈敏紅外探測(cè)器以及一個(gè)能讓中紅外探測(cè)器長(zhǎng)期維持在7開的制冷機(jī)。進(jìn)入紅外波段意味著望遠(yuǎn)鏡必須要有較大的口徑,但是這也帶來(lái)了發(fā)射上的麻煩。JWST的反射鏡實(shí)在太大,目前現(xiàn)有的任何火箭都沒(méi)有辦法把它送上天。因此不得不"化整為零",先將鏡面收起來(lái)待發(fā)射入軌之后再將鏡面打開。而為了在紅外波段進(jìn)行觀測(cè),JWST還必須遠(yuǎn)離熱源。它會(huì)使用多層結(jié)構(gòu)來(lái)保護(hù)望遠(yuǎn)鏡免受陽(yáng)光照射,同時(shí)還要遠(yuǎn)離地球的影響。為此JWST將會(huì)被發(fā)射到距離地球達(dá)150萬(wàn)千米的第二拉格朗日點(diǎn)附近,在那里它能具有比HST更大的可視天區(qū)。但是一旦JWST牫雋巳魏撾侍猓?绱艘T兜木嗬朧溝孟肴ノ?薜暮教煸幣倉(cāng)荒芡?笮頌盡K?訨WST必須一開始就在每個(gè)細(xì)節(jié)上都表現(xiàn)完美才行。除了被動(dòng)的降溫方式之外,JWST還會(huì)用制冷機(jī)來(lái)給自己降溫。這使得它不會(huì)像先前的空間紅外望遠(yuǎn)鏡(例如斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡)那樣工作壽命受到制冷劑供應(yīng)的制約。
在紅外波段的觀測(cè)能力并不是可有可無(wú)的,它是必需的。如果你想深入早期宇宙,那么進(jìn)入紅外波段是你唯一的選擇。理論認(rèn)為,在大爆炸的光輝褪去之后,宇宙進(jìn)入了一個(gè)長(zhǎng)期的"黑暗時(shí)代"。最終,低溫物質(zhì)聚集坍縮形成了第一代恒星,出現(xiàn)了第一縷光。這些最早的恒星正以極高的速度遠(yuǎn)離我們,這會(huì)拉伸到達(dá)我們的光線,使得它的波長(zhǎng)到達(dá)光譜的紅端。一般認(rèn)為,第一代恒星在大爆炸之后小于10億年的時(shí)間里便開始發(fā)光,所以它的紅移值可以達(dá)到20甚至更大--導(dǎo)致可見(jiàn)光進(jìn)入紅外波段。這就是為什么具有驚人視力的HST沒(méi)有在紅移大于7的地方發(fā)現(xiàn)這些天體的很大一部分原因。JWST會(huì)解決這個(gè)問(wèn)題。年輕的恒星會(huì)發(fā)出紫外輻射,經(jīng)過(guò)值為15的紅移之后就會(huì)進(jìn)入波長(zhǎng)為1.9微米的紅外波段,這正好位于JWST的最佳工作波段。
此儀器為測(cè)量輻射帶電子分布,估計(jì)空間電子對(duì)衛(wèi)星儀器設(shè)備的損傷效應(yīng)而研制。
儀器分三個(gè)能擋,Eei≥0.25MeV,Ee3≥0.5MeV,Ee3≥0.8MeV。探頭部分采用三塊貫穿式金硅面壘型半導(dǎo)體 探測(cè)器構(gòu)成望遠(yuǎn)鏡式結(jié)構(gòu),具有高的分辨率,噪聲低,線性響應(yīng)好等特性,能夠?qū)㈦娮有盘?hào)和其他帶電粒子 ( 如 質(zhì)子、a 粒子等 ) 產(chǎn)生的干擾信號(hào)可靠地區(qū)別開來(lái)。
儀器經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)、環(huán)境實(shí)驗(yàn)以及在衛(wèi)星上實(shí)際使用,性能可靠,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,取得了一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
為了測(cè)量電子的角分布,探頭部分就必須有很小的張角,電路部分必須有快速的響應(yīng)時(shí)間。但太小的張角, 將會(huì)帶來(lái)很大的統(tǒng)計(jì)漲落;張角太大,又測(cè)不出空間角分布。綜合考慮,儀器取全張角為20。,幾何因子約為0.008c m2·sr。
儀器各擋的末級(jí),采用對(duì)數(shù)計(jì)數(shù)率儀輸出,因此響應(yīng)時(shí)間問(wèn)題十分重要。由于半導(dǎo)體探頭靈敏面積所限,儀器張角過(guò)小,致使幾何因子太小,末級(jí)的計(jì)數(shù)率很低,尤其是對(duì)于第三擋輸出??焖俚捻憫?yīng)時(shí)間,將會(huì)給輸出電壓帶來(lái)很大的統(tǒng)計(jì)漲落。折衷結(jié)果,取響應(yīng)時(shí)間為衛(wèi)星自旋周期的十分之一。
各擋能閡值的穩(wěn)定性,取決于放大器增益及鑒別器的鑒別閾是否穩(wěn)定,此外,還與探頭工作狀態(tài)有關(guān)。探頭的工作狀態(tài)接近于全耗盡狀態(tài),即使高壓電源變化百分之五,也基本不影響能閾值。為了保證儀器有盡可能低的噪聲 ( 噪聲計(jì)數(shù)率不超過(guò)Icount /s),探頭的偏壓值不可過(guò)高,基本上在150V左右。
當(dāng)能量大于0.25MeV的電子穿過(guò)第一塊吸收片 ( 兼擋光片 ) 進(jìn)入第一塊探頭時(shí),便在探頭中損失能量,產(chǎn)生 電子空穴對(duì),被電極收集,形成電荷脈沖。電荷脈沖由電荷靈敏前置放大器轉(zhuǎn)換成電壓脈沖。電壓脈沖的幅度與帶電粒子在探頭的靈敏層中所損失的能量成正比。探頭中信號(hào)的大小可由Rohrlich和Carlson公式求得。前置放大器輸出的脈沖再經(jīng)過(guò)主放大器進(jìn)一步放大之后,進(jìn)人窗鑒別器。
質(zhì)子以及其他重的帶電粒子,同樣能在探頭中產(chǎn)生電荷脈沖,因?yàn)檫@類脈沖的幅度遠(yuǎn)比上述脈沖的幅度高得 多,足以超過(guò)窗鑒別器的上限值,從而被鑒別掉。至于空間中的y射線與x 射線在探頭中產(chǎn)生的干擾脈沖,由于不能達(dá)到窗鑒別器的下限值而被鑒別掉。
由鑒別器來(lái)的脈沖在對(duì)數(shù)計(jì)數(shù)率儀中被轉(zhuǎn)換成緩變的直流電平,進(jìn)人衛(wèi)星上的發(fā)射機(jī)。這就是第一擋的電信號(hào),即能量大于0.25MeV的空間電子強(qiáng)度。
探測(cè)器的能閾是根據(jù)電子在物質(zhì)中的能量損失以及射程能量關(guān)系從理論上計(jì)算出來(lái)的,由于電子在物質(zhì)中的能量損失與重粒子情況相比,漲落很大,因此理論計(jì)算是很近似的。另外,由于半導(dǎo)體探測(cè)器以及吸收片厚度不均勻性也給計(jì)算帶來(lái)一定程度的誤差,在儀器研制出來(lái)之后,進(jìn)行校驗(yàn) (尤其是對(duì)能閾的校驗(yàn) ) 是十分重要的。
利用各種β放射源可以對(duì)能閾作粗略標(biāo)定。為了得到更進(jìn) 一步的能閾數(shù)據(jù),還用電子加速器對(duì)儀器作了精確校驗(yàn)。加速器產(chǎn)生的電子束同時(shí)人射到監(jiān)測(cè)器和電子探測(cè)器上,用多道分析器測(cè)出電子能譜的變化。電子束的能量以Cs137放射源的K 轉(zhuǎn)換電子譜線 ( 625kev ) 為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)多道分析器進(jìn)行刻度。校驗(yàn)結(jié)果表明,在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi),理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的。