凱克望遠(yuǎn)鏡特色性能
凱內(nèi)望遠(yuǎn)鏡巨大的鏡面使它使用起來非同一般, 由于望遠(yuǎn)鏡的口徑不可能無限擴(kuò)大,最切實(shí)可行的辦法就是用一些小鏡片組合成一臺(tái)大口徑的望遠(yuǎn)鏡 。凱克望遠(yuǎn)鏡最關(guān)鍵的改革就是采用了這種系統(tǒng),它的主鏡片由36塊口徑為1.8米的六角形小鏡片組成,組合后的效果相當(dāng)于一架口徑10米的反射望遠(yuǎn)鏡 。一臺(tái)計(jì)算機(jī)每秒鐘兩次將所有的鏡片排列在0.00003毫米以內(nèi),而電視監(jiān)視器可使科學(xué)家們看到望遠(yuǎn)鏡所看到的一切 。
這個(gè)龐大的系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)來控制它的支撐系統(tǒng)和軌道齒輪,這些軌道齒輪可以調(diào)整望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)指向天空的精確方向 。在這個(gè)運(yùn)行過程中,36塊鏡片的相對(duì)位置必須保持一致 。由小鏡片組合成大鏡片,這種技術(shù)堪稱望遠(yuǎn)鏡的革命,凱克望遠(yuǎn)鏡就是這種新思路的代表作品。它能看到的極限星為22等。
遙遠(yuǎn)的星光就像水中的波紋那樣源源不斷地向前邁進(jìn), 當(dāng)它進(jìn)入地球的大氣層后,由于大氣的密度不一樣,星光常常會(huì)發(fā)生抖動(dòng),這樣到達(dá)望遠(yuǎn)鏡鏡面的光波是不完美的,畸變了的 。(當(dāng)我們用肉眼看星星時(shí),常常感到星星在眨眼就是這個(gè)原因)由于這種大氣的擾動(dòng),星光的波長會(huì)發(fā)生某些不規(guī)則的變化,凱克望遠(yuǎn)鏡有一套價(jià)值740萬美元的的光學(xué)自適應(yīng)系統(tǒng)。可以克服這個(gè)問題 。
適應(yīng)性光學(xué)系統(tǒng)提高了凱克望遠(yuǎn)鏡的地面基礎(chǔ)天文觀測(cè)能力,觀測(cè)圖片比之前清晰了10倍 。
舉個(gè)例子,由凱克激光引導(dǎo)恒星適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)拍攝的蛋云翳(Egg Nebula)近紅外波長的合成圖片,這是一個(gè)原行星云翳,在其生命的最后階段,云翳最外部有垂死恒星正在脫落,當(dāng)恒星表面越來越多的物質(zhì)開始脫離,其表面變得更加熾熱,使得紫外光線電離成為氣體,從而在望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)下呈現(xiàn)出美麗的色彩。該區(qū)域幾千年之后可以形成行星。
凱克望遠(yuǎn)鏡有兩臺(tái),是以它的出資建造者來命名的,隸屬于美國加州大學(xué)和加州理工學(xué)院 。
1991年,凱克望遠(yuǎn)鏡Ⅰ建成,1996年凱克望遠(yuǎn)鏡Ⅱ建成 。天文學(xué)家若要使用該望遠(yuǎn)鏡,必須預(yù)先得到委員會(huì)的審批,并在委員會(huì)的協(xié)助下操作望遠(yuǎn)鏡,通常天文學(xué)家在夏威夷瓦梅亞(Waimea)天文觀測(cè)總部遠(yuǎn)程收集數(shù)據(jù) 。
W. M.凱克望遠(yuǎn)鏡坐落于美國夏威夷莫納克亞山頂,海拔4270米,這里分布著十幾臺(tái)望遠(yuǎn)鏡 。由于它處在太平洋非常穩(wěn)定的空氣中,因此具有很高的分辨率,綜合觀測(cè)能力不在哈勃望遠(yuǎn)鏡之下 。
每臺(tái)望遠(yuǎn)鏡有8層樓高,重300噸 。凱克望遠(yuǎn)鏡整體鏡面直徑為10米,每塊鏡面口徑均為1.8米,而厚度僅為10厘米,通過主動(dòng)光學(xué)支撐系統(tǒng),使鏡面保持極高的精度 。該望遠(yuǎn)鏡主要設(shè)備有三個(gè):近紅外攝像儀、高分辨率CCD探測(cè)器和高色散光譜儀。凱克望遠(yuǎn)鏡的天文觀測(cè)精度可達(dá)到毫微米程度 。
凱克望遠(yuǎn)鏡意義影響
凱克望遠(yuǎn)鏡開創(chuàng)了基于地面的望遠(yuǎn)鏡的新時(shí)代 。 它的規(guī)模是美國加利福尼亞州帕落馬山上的海耳望遠(yuǎn)鏡的兩倍,是當(dāng)時(shí)世界上口徑最大的望遠(yuǎn)鏡。
凱克望遠(yuǎn)鏡先進(jìn)的適應(yīng)性光學(xué)鏡頭為后來的計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)鏡頭的出現(xiàn)打下了基礎(chǔ)。 科學(xué)家們借助凱克望遠(yuǎn)鏡以追蹤、尋找行星。憑借凱克望遠(yuǎn)鏡,一個(gè)晚上,就可以觀測(cè)85顆恒星。
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主鏡面型精度是地基大口徑望遠(yuǎn)鏡最關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)之一。為了研究主鏡室以及主鏡底支撐和側(cè)支撐系統(tǒng)的重力變形造成的主鏡面型誤差,介紹了一地基光電望遠(yuǎn)鏡的主鏡室及詳細(xì)的主鏡支撐結(jié)構(gòu),借助于有限元法,建立了主鏡,主鏡室和支撐結(jié)構(gòu)的詳細(xì)有限元模型,分析計(jì)算了主鏡在支撐狀態(tài)下的鏡面變形情況,并通過ZYGO干涉儀進(jìn)行了面型檢測(cè)。計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比,說明了主鏡室及其支撐結(jié)構(gòu)引入的主鏡面型誤差大小,同時(shí)也驗(yàn)證了有限元模型的正確性。
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為了研究和優(yōu)化地基大口徑望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的整體性能,對(duì)其整系統(tǒng)進(jìn)行了有限元建模和分析。針對(duì)1.23 m口徑的光電望遠(yuǎn)鏡,研究了望遠(yuǎn)鏡各部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及連接關(guān)系,論述了相關(guān)部件的簡(jiǎn)化方法,建立了整系統(tǒng)的有限元模型。計(jì)算了當(dāng)望遠(yuǎn)鏡指向天頂和水平狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)的重力變形情況,給出主次鏡的變形結(jié)果。分析了望遠(yuǎn)鏡在風(fēng)載和地震波載荷作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)情況并給出了響應(yīng)結(jié)果。分析表明:風(fēng)載作用將引起望遠(yuǎn)鏡主次鏡光軸偏心,其偏心誤差RMS值為0.025″,滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求;地震波引起主次鏡在3個(gè)方向上的位移較大,但最大應(yīng)力為16.67 MPa,不會(huì)破壞望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
耶克折射望遠(yuǎn)鏡是世界上最大的望遠(yuǎn)鏡,在美國威斯康星州的耶克(Yerkes)天文臺(tái),建成于1897年。它的物鏡直徑有101厘米。
耶克折射望遠(yuǎn)鏡是世界上最大的望遠(yuǎn)鏡,在美國威斯康星州的耶克(Yerkes)天文臺(tái),建成于1897年。它的物鏡直徑有101厘米。
該望遠(yuǎn)鏡1957年開始運(yùn)營,1987年命名為洛弗爾望遠(yuǎn)鏡以紀(jì)念伯納德·洛弗爾爵士。 注:焦德雷班克,納菲爾德射電天文實(shí)驗(yàn)室所在地,位于英國柴郡馬克勒斯菲爾德附近。該實(shí)驗(yàn)室是曼徹斯特大學(xué)的下屬機(jī)構(gòu),以此直徑250英尺(76.2米)聞名遐邇。
這架新望遠(yuǎn)鏡將通過一系列不同波段掃描天空,波長范圍覆蓋從紫外到中紅外。項(xiàng)目官員稱,其達(dá)到30米的口徑將給予它超過當(dāng)今現(xiàn)有最大望遠(yuǎn)鏡9倍的集光力。從而成為在光學(xué)/紅外波段工作的有史以來最強(qiáng)大的觀測(cè)工具。
相比之下,之前的霸主,用來驗(yàn)證了開普勒望遠(yuǎn)鏡所發(fā)現(xiàn)的諸多系外行星的夏威夷凱克望遠(yuǎn)鏡的口徑是10米。
這臺(tái)新望遠(yuǎn)鏡建成后,將有能力觀測(cè)到極其遙遠(yuǎn),極其暗弱的天體,從而允許天文學(xué)家們觀測(cè)宇宙的邊緣,逼近宇宙誕生時(shí)刻的場(chǎng)景。而望遠(yuǎn)鏡加配的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)則將幫助它獲得最高的成像質(zhì)量。據(jù)估計(jì),其成像清晰度將達(dá)到哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的12倍。
而根據(jù)一家夏威夷報(bào)紙的報(bào)道,這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡將于明年開始建造工作,并將在2020年左右投入正式使用。