点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:天文学家眼中的星之“先利其器”
首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

天文学家眼中的星之“先利其器”

来源:光明网2020-09-21 16:35

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  当望远镜的口径发展到一定程度(如超过8.4米)的时候,天文学家们就发现很难再扩大单镜面的口径了,于是拼接镜面望远镜出现了。

  越来越“大”的镜面

  随着望远镜口径的增大,天文学家发现大镜面自重增加更快,要达到精确的光学性能调整就变得越来越难,究其原因是因为镜面会随着重力影响而变形,同时大气的扰动也大大限制了星光汇聚的锐度(空间分辨率),于是工程师们发展了主动光学和自适应光学技术,对镜面进行形态的微调,矫正镜面的重力变形和大气扰动对星象的影响,使得星象始终保持明锐。

  我国的第一个天文大科学装置——郭守敬望远镜(LAMOST),就是施密特反射望远镜。它采用了拼接镜面技术和主动光学技术。主镜Mb为6.67米×6.05米,由37块对角线长为1.1米的正六边形子镜拼接而成;而兼作反射和像质改正功能的镜片Ma,其大小为5.72米×4.40米,它是由24块对角线长1.1米等正六边形子镜拼接而成的。

  事实上,在图1中展示的郭守敬望远镜镜面Ma的背面,就有着888个促动器,对镜面形态进行调整,用以矫正镜面的重力变形。

天文学家眼中的星之“先利其器”

图1. 郭守敬望远镜(LAMOST)的Ma镜面,这是一个典型的主动光学拼接镜面(图源:国家天文台)

  在射电望远镜技术上,多望远镜干涉观测,甚至望远镜阵列等技术,大大拓展了射电望远镜的口径极限。所谓的干涉技术,简单理解就是通过一系列“小”望远镜的协作,来实现一个大望远镜级别的角分辨能力。图2展示的国家天文台明安图观测基地的射电日像仪就是基于这项技术。

天文学家眼中的星之“先利其器”

图2. 国家天文台明安图观测基地的太阳射电望远镜干涉阵(图源:郑捷)

  在光学望远镜上干涉观测的实验也已经开始,但仍仅处于实验阶段。

  这一切都在使天文学家能够有一双更加明亮清晰的眼睛,让我们能够看得更暗更细。

  测评望远镜的“视力”

  这里要顺便提一个概念,天文工作者一般不用看“多远”(或者放大倍数)的说法。

  在日常生活中,大家一般会以看多远来评价看的能力。那是因为我们在评价这个问题的时候是以相似尺度(人体这个尺度)的目标来评价的。我们会说看到(或看清)十米远的人,一百米外的人,一公里的,一百公里的……

  但是大家想一下,如果单纯说肉眼能看多远,实际上人眼能够看到银河系之外,例如仙女星系(M31),这个时候我们看的目标的尺度不一样了,不再是以人体为尺度,而是宇宙空间的天体,那么单纯用距离来评价,显然就不合适了。

天文学家眼中的星之“先利其器”

图3.仙女星系M31(图源:网络)

  对望远镜的评价,我们一般有两个指标。

  第一个是能看到多暗的物体,也就是所谓的极限星等。一个物体看起来的亮度(视亮度)受到三个因素的影响:一是它自身有多亮(绝对亮度,或者本征亮度);二就是它有多远;第三是在观测者和目标之间有多少遮挡物,也就是视亮度=绝对亮度÷距离²×透过率。这三者单独提出哪一个都是没有意义的。当然这个也和信号积分时间(曝光时间)有关系,对人眼而言,视网膜对信号的积分时间是很短暂的,而照相底片和电子设备是可以长时间积分的。尽管如此,受限于望远镜跟踪精度等原因,积分时间在现实中并不是可以无限增加的。

  第二个指标,是角分辨力,也就是能够分辨出两个靠得多近的物体。在观测中如果两个天体很近,那么他们在望远镜上得到的信号就会混叠在一起。这个的影响因素也有多个,例如观测的波段(波长)、望远镜的口径(或者射电望远镜的基线长度)、观测地上空的大气扰动情况、望远镜的镜面形态以及调焦质量等等。

  天地两开花

  大家或许还会有个疑问,空间望远镜的观测比地基望远镜好得多,那为什么我们还要天地两开花呢?

  其实除了钱之外,还有很多因素制约着空间望远镜的发展。首先是口径大小问题,空间望远镜不好做大口径。其次,空间望远镜的升空一般是一次性的,地面上建造成啥样子,上去就是啥样子,几乎不可能改进了。当然哈勃空间望远镜是个很特殊的例子,升空后发现有问题,于是派了宇航员乘坐宇宙飞船去修……

天文学家眼中的星之“先利其器”

图4.1999年,宇航员对哈勃空间望远镜进行维修(图源:NASA/ESA)

  哈勃空间望远镜目前来说是个独一无二的例子,也许后无来者。因为现在许多空间望远镜都是发射到拉格朗日点,甚至更远,而人类几乎不可能去那里进行维修。而对于低轨的空间望远镜,派宇航员去维修的成本也许比重新建设一台望远镜本身成本更高。

  而地基望远镜,则可以进行各种维修,各种升级改造,各种测试……从技术角度来说,地基望远镜使用着最先进的实验中的技术,而升空的空间望远镜则使用的都是成熟的稳定的技术,毕竟扔上去就很难再换了。

  在空间望远镜和地基望远镜之间,我们也有一系列补充技术,例如古老的探空气球观测技术,NASA财大气粗地用波音747飞机改造的平流层红外天文台(SOFIA)等等……

  作者简介:郑捷,理学博士,中国科学院国家天文台助理研究员,兴隆观测基地驻站天文学家,主要从事多波段恒星测光巡天观测和数据处理,以及天文软件研发工作。

[ 责编:赵宇豪 ]
阅读剩余全文()

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 来中国科技馆,和科学家击掌!

  • 理响中国·幸福有“理”

独家策划

推荐阅读
当前全球生态环境挑战日益严峻,科技创新是应对可持续发展挑战的核心力量。
2026-10-16 16:29
10月16日是第四十六个世界粮食日,所在周是全国粮食安全宣传周,主题为“创新当下,粮安未来”。从良种选育、智能农机到数字农业、精准储运,创新正成为粮食增产、节粮减损、营养提升的关键引擎。即日起,光明网联合科普中国推出系列科普视频,深入解读科技创新绘就的粮安答卷。
2026-10-16 08:46
在显示技术升级与人工智能赋能的双重驱动下,行业正跳出传统数字阅读的固有边界
2026-10-16 08:45
打造集技术研发、模型训练、系统验证及场景测试于一体的创新基地,推动人形机器人及具身智能技术从实验室研发阶段走向大规模产业应用。
2026-10-16 08:39
工业和信息化部、中央网信办、市场监管总局高度重视,在前期调查工作基础上,成立联合调查组开展核查,并依法依规处理。有关情况将及时公布。
2026-10-16 08:40
大会延续“零碳·科技”永久主题,以“智储新程 绿动全球”为年度主题
2026-10-16 08:35
“戈壁荒滩老风口,飞沙走石雁不留。托里县老风口蝶变的三部曲,为生态脆弱地区推动高质量发展、树立和践行正确政绩观,提供了深刻启示。树立和践行正确政绩观,就要算大账、算长远账、算整体账,既做显功、也做潜功,把生态优势转化为发展优势、民生福祉。
2026-10-15 09:51
常压下,水到0℃会结冰,这就是人们熟悉的相变,0℃即是相变的临界点。两篇论文的共同通讯作者、宁波东方理工大学助理教授余雪佳,把这个难题比作“在沸水中完好保存一件冰雕”。
2026-10-15 09:49
长久以来,古生物学界与教科书普遍认为琥珀皆源自种子植物(裸子或被子植物),最古老的确切记录定格在美国约3.2亿年前的石炭纪晚期。
2026-10-15 09:48
在芯片制造、航空发动机等高端硬核制造领域,技术迭代具有长周期、累积性、阶梯式特征,遵循循序渐进、层层突破的线性攻关规律。新征程上,持续深耕创新生态建设、迭代升级现代化创新体系,必能培育形成扎根中国、联通世界、内生增长、开放共生的创新新格局。
2026-10-15 09:46
受困于“小散弱”的格局,长期以来,我国科技期刊在国际学术传播体系中缺少属于自己的“拳头产品”与平台话语权——“在精品化发展方面,经过70余年积淀,我国已形成以《中国科学》《科学通报》《国家科学评论》等刊群为代表的高水平期刊方阵。
2026-10-15 09:45
AI时代,科研的“源头活水”是什么?不是算力,不是数据,而是人对未知世界的好奇与追问。
2026-10-14 11:28
截至8月末,三家基础电信企业的固定互联网宽带接入用户总数7.04亿户,比上年末净增1365万户;三家基础电信企业及中国广电的移动电话用户总数18.49亿户,其中5G移动电话用户13.11亿户。
2026-10-14 09:34
自然资源部会同国家发展改革委12日发布《矿产资源目录》。自然资源部矿产资源保护监督司负责人表示,矿产资源目录是矿产资源管理制度的重要基础,是制定矿产资源规划、实施矿业权管理、规范矿产资源勘查开采行为、征缴矿产资源税费、制定产业政策等工作的依据。
2026-10-14 09:40
与共康村相邻的巴达村,是第一批参与试种的村,也是西藏首个高海拔水稻实测亩产破千斤的村子,村民把“海拔3175米种水稻”写进村史。一粒水稻种子,不只改写了亩产数字,更改变了“西藏水稻只能在察隅、墨脱海拔1500米以下种植”的历史,为高原水稻纳入地方主粮增添可能。
2026-10-14 09:41
如今,AI正改变许多行业的底层逻辑,固守单一思维模式将面临严峻挑战,文理兼备、跨界融合才是稀缺能力——既有理科生的技术思维和逻辑能力,又有文科生的人文洞察和情感素养。未来更有竞争力的,可能不是最典型的文科生或理科生,而是既有专业深度,又能跨学科解决问题的人。
2026-10-14 09:48
不久前,在海南三亚崖州湾科技城,一场名为“青年π”的海洋主题对话临海开讲。高频下潜试出的不只有装备可靠性,也不断刷新人们对深海的认识。同一园区,由哈尔滨工程大学南海研究院孵化的海南水之声海洋科技有限公司,正给海洋装备搭水下“Wi-Fi”。
2026-10-14 09:49
目前各地正在开展流感疫苗接种。今年开始,国家对农村地区“一老一小”重点人群实施免费接种等相关支持性政策。为什么要接种流感疫苗?去年接种过,今年是否还需要接种?到哪里接种?
2026-10-13 10:03
我国城市盲道总里程以万公里计,公共场所无障碍设施持续铺开。数字世界的“盲道”畅通起来。精神文化的“视界”也在扩大。中国传媒大学师生发起的“光明影院”项目,近十年间每年制作上百部无障碍电影,把电影送到视障朋友耳边,今年还走进联合国教科文组织总部举办专场放映。
2026-10-13 10:01
记者近期从中国互联网络信息中心获悉:截至今年上半年,我国生成式人工智能用户规模超7亿人,普及率超50%。
2026-10-13 09:58
加载更多