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 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 习近平主持中俄蒙元首第七次会晤

  • 习近平会见蒙古国总统呼日勒苏赫

独家策划

推荐阅读
点击羽绒服胸前的按钮,2秒即可速热,实现四档温度调节……1日,在哈尔滨举行的第七届中国国际新材料产业博览会现场,一款造型时尚的智能温控羽绒服吸引不少观展者驻足围观。
2025-09-02 10:23
当地时间9月1日,世界知识产权组织发布最新报告显示,今年的全球创新指数(GII)集群研究将风险资本交易活动作为一项新指标。全球创新指数集群排行榜于2017年创设,通过三项核心指标,识别世界级创新活动在当地的集中程度。
2025-09-02 10:21
强制性国家标准《电动自行车安全技术规范》昨起实施。为保障新国标在本市顺利推行,近日,市市场监管局组织召开在京销售电动自行车生产经营企业约谈指导会。为保障新国标平稳落地实施,本市市场监管部门将强化监督抽检,保障本市电动自行车产品质量安全。
2025-09-02 10:18
会空翻、格斗,能叠衣、调饮,善聊天、“思考”……前不久举行的2025世界机器人大会上,各类机器人本领“进化”、各显神通,展现了人工智能的巨大潜力。如今,从旅游出行的智能助手,到工厂培训的“最强大脑”,再到装备升级的有力支撑,人工智能扮演着越来越重要的角色。
2025-09-02 10:15
零碳园区的建设,对于推动我国经济社会发展全面绿色转型具有重要意义。节能降碳,光靠“外套保温”不够,在园区地上、地下,还有“血液循环”系统来“保持恒温”。
2025-09-02 10:15
在这条新的赛道上,中国青年正在奋力奔跑。
2025-09-02 09:59
记者近日从国家发展改革委获悉,围绕《关于深入实施“人工智能+”行动的意见》(以下简称《意见》),相关部门将制定出台一系列配套文件。具体来看,一方面将围绕《意见》提出的6大行动若干重点行业领域,分别制定“人工智能+”具体实施方案,进一步细化各行业目标任务、重点方向和工作举措。
2025-09-01 09:56
8月26日,国务院印发《关于深入实施“人工智能+”行动的意见》。大力发展智能农机、农业无人机、农业机器人等智能装备,提高农业生产和加工工具的智能感知、决策、控制、作业等能力,强化农机农具平台化、智能化管理。
2025-09-01 09:55
生产车间里,抽气泵凹槽上蒸汽弥漫,极细的金属导体经过氯化液处理,三次涂漆后,再附上绝缘漆膜,最终制成直径仅0.012毫米的成品电磁线。 银西产业园甘肃康视达隐形眼镜有限公司的厂房内,智能化生产线高效运转,无人搬运车有序穿梭,整个流程高度自动化。
2025-09-01 09:53
江南大学是一所以轻工特色见长的“双一流”建设高校,发酵工程学科凭借深厚的学科积淀和前瞻性布局,成功跻身国家“A+”学科行列。学校与发酵行业龙头企业共建16个联合研究中心,聘请16名教授级高工和国家级科创人才担任工程技术导师,推动研究生深入产业一线。
2025-09-01 09:52
在山东省大学生创新大赛(2025)暨中国国际大学生创新大赛(2025)山东赛区比赛中,哈尔滨工业大学(威海)材料科学与工程学院参赛队共荣获10项金奖、1项银奖。 山东省特种焊接技术重点实验室是山东省焊接领域唯一的重点实验室,突出在特种环境、特种材料以及特种结构方面的焊接技术及装备制造研究。
2025-09-01 09:51
当前,全球科技革命与产业变革加速演进,人工智能(AI)正从“辅助工具”跃升为驱动社会变革的核心引擎。
2025-08-29 09:40
中国科幻完成了从文学、影视到互动娱乐的全产业链突破,步入业态融合与创新驱动的关键阶段。科幻阅读作为科幻产业链上游的基础产业,需率先探索高质量发展路径。
2025-08-29 09:38
作为太阳系中目前已知唯一拥有生命的天体,地球宜居性的形成与演化是地球系统科学研究的核心议题。
2025-08-29 09:35
国家气候中心统计数据显示,截至8月28日,华北雨季已持续55天,较常年雨季长度(30天)明显偏长。截至8月25日,华北雨季监测区累计雨量较雨季常年值偏多131%。
2025-08-29 09:18
8月29日是七夕节,在古代神话中,牛郎和织女因为被天上的银河隔开,只有在每年农历的七月初七才能通过鹊桥相会。那么,银河到底有多宽?
2025-08-29 09:17
浙江大学物理学院王浩华团队、杭州国际科创中心郭秋江超导量子计算团队联合清华大学邓东灵团队,在百比特超导量子芯片上观测到,“预热化”机制能有效抵御热激发扰动,使有限温度下的拓扑边缘态展现出了足够的稳定性,为保护脆弱的量子信息提供了新可能。
2025-08-28 09:47
6G时代,无论在城市楼群还是偏远山区,都需要数据的高速传输和快速接入,但基于纯电子技术的传统无线设备带宽受限、频段单一,难以动态调度频谱资源。
2025-08-28 09:47
8月26日,《关于深入实施“人工智能+”行动的意见》发布。为何要出台这份文件?这份文件重点说了些什么?记者采访了国家发展改革委参与文件起草的专家。
2025-08-28 09:45
从“人工智能+”发展进展来看,朱克力认为,在政策层面,形成了举国体制,算力基础设施、数据供给、人才体系等基础支撑全面强化。
2025-08-28 09:37
加载更多