天文觀測

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天文觀測：觀測天體的重要手段是天文望遠鏡。可以毫不夸張地說，沒有望遠鏡的誕生和發展，就沒有現代天文學。隨著望遠鏡在各方面性能的不斷改進和提高，天文學也正經歷著巨大的飛躍，迅速推進著人類對宇宙的認識。
　1 歷史起源
　天文學是一門古老而常新的自然科學，研究對象是宇宙的規律。它是以觀察及解釋天體的物質狀況及事件為主的學科。主要研究天體的分布、運動、位置、狀態、結構、組成、性質及起源和演化。天文學與其他自然科學不同之處在于，天文學的主要實驗方法是觀測，通過觀測來收集天體的各種信息。因而對觀測方法和觀測手段的研究，是天文學家努力研究的一個方向。不斷改進和拓寬天文觀測的方法是天文學家和天文愛好者永無止境的追求和使命，也是推動天文學發展的動力和源泉。 1608年，荷蘭眼鏡商李波爾賽偶然發現用兩塊鏡片可以看清遠處的景物，受此啟發，制造了人類歷史第一架望遠鏡。1609年，天文學家伽利略制作了一架口徑4.2厘米，長約1.2米的折射式望遠鏡。這架望遠鏡將天文學帶入了望遠鏡時代。

隨后在1611年，德國天文學家開普勒又將天文望遠鏡作了改進，提高了放大倍數。直到今天人們使用的折射式望遠鏡還是這兩種。天文望遠鏡采用的是開普勒式。折射望遠鏡的優點是焦距長，底片比例尺大，對鏡筒彎曲不敏感，比較適合于做天體測量方面的工作。但是它也有一定的缺陷，巨大的光學玻璃澆制也十分困難，到1897年折射望遠鏡的發展達到頂點，技術上的限制使得此后的一百多年中再也沒有更大的折射望遠鏡出現。

1668年誕生了第一架反射式望遠鏡。經過多次磨制非球面的透鏡失敗后，牛頓另辟思路發明了反射望遠鏡。用反射鏡代替折射鏡是一個巨大的成功。它有許多優點，而且相對于折射望遠鏡比較容易制作，雖然它也存在固有的不足。

折反射式望遠鏡最早出現于1814年。到了1931年，德國光學家施密特將一塊近于平行板的非球面薄透鏡與球面反射鏡相配合，制成了一架折反射望遠鏡。這種望遠鏡光力強、視場大、象差小，適合于拍攝大面積的天區照片，尤其是對暗弱星云的拍照效果非常突出。這類望遠鏡已經成了天文觀測的重要工具。它兼顧折射和反射兩種望遠鏡的優點，非常適合業余的天文觀測和攝影。

三百多年來，光學望遠鏡一直是天文觀測最重要的工具。1932年，央斯基（Jansky. K. G）用無線電天線探測到來自銀河系中心（人馬座方向）的射電輻射，標志著人類打開了在傳統光學波段之外進行觀測的第一個窗口。二次大戰后，射電天文學脫穎而出。射電望遠鏡為射電天文學的發展起了關鍵的作用。六十年代天文學的四大發現：類星體、脈沖星、星際分子和宇宙微波背景輻射，都是用射電望遠鏡觀測得到的。
2 場地選擇
要進行天文觀測，沒有一個好的場地是絕對不行的。觀測場地周圍的環境直接影響著觀測效果：如果障礙物過多，很難見到觀測目標，就更甭提觀測了；如果氣流變化過大，會造成圖象的抖動和變形，使望遠鏡的分辨率降低；如果天空被燈光照得很亮，極限星等（肉眼可見最暗恒星的星等）就會降低，換句話說，也就是看到的恒星數就會減少，對觀測和攝影都會造成很大的影響，甚至根本無法進行……為了使觀測活動達到預期效果，選擇一個合適的場地是必須的，選擇時要注意以下幾點：

一.選擇一個開闊的場地，如運動場，使能看到的天區增到最大。如果住在高樓林立的居民區內，在樓下隨便找個地方是絕對不能觀測的。可想而知，在幾棟樓之間要想看到天頂以外的部分是件非常困難的事情。在運動場之類的地方就可以避免這些麻煩事了。

二.其次，要注意氣流的影響。若在建筑物附近觀測，應特別注意要避開開著的窗戶，因為在開著的窗口附近，很容易產生復雜的氣流，以至于影響觀測效果。此外，還應該注意盡量避免直接在水泥地面上觀測，因為水泥的比熱容（降低同樣溫度放出熱量的多少）很小，所以在夜間溫度會很快下降，也會造成氣流變化。土地就比水泥地面好得多，如果有條件的話，最好選擇在草地上觀測，因為草地含有大量水分，水的比熱容又大，所以不易引起氣流的劇烈變化。當前，許多天文臺都建設在海邊或海島上，主要也是因為這個原因。

三.再次，燈光也是一個不可忽視的問題。隨著經濟的發展，城市的燈光越來越多，天空被照得越來越亮，而且許多燈都是徹夜不關的，正如上面所說，這對天文觀測造成了極為嚴重的影響。雖然你不能為了進行觀測而不讓城市發展，但是我們可以主動的去避開燈光。在美國，天文愛好者們為了躲避燈光的影響，自己駕車幾十，甚至幾百公里來到野外進行觀測的事情已是屢見不鮮了——我們也只能學他們，找一塊自己認為足夠黑暗的地方——當然，應該是自己熟悉的地方，千萬不要到自己毫不知情的荒郊野外，以免發生危險。
3 觀測地點
如果沒有山，在城市里沒有什么地方適合做深空天體的天文觀測，因為大氣污染和光污染太嚴重了。在城市里估計只能觀測太陽、月亮和木星土星。觀測火星都比較勉強。
4 探測手段
除了射電觀測，非可見光天文觀測還包括紅外觀測、紫外觀測、X射線觀測和γ射線觀測等。由于這幾種天文觀測受地球大氣的影響更大，人們往往將望遠鏡安裝在飛機上，或用熱氣球載上高空。此后又用火箭、航天飛機和衛星等空間技術將望遠鏡送到地球大氣層外。

空間觀測設備與地面觀測設備相比，有極大的優勢。光學空間望遠鏡可以比在地面接收到寬得多的波段。由于沒有大氣抖動，分辨率也得到了極大的提高。空間沒有重力，儀器也不會因自重而變形。

以天文學家哈勃的名字命名的哈勃空間望遠鏡（HST）是由美國宇航局主持建造的四座巨型空間天文臺中的第一座，也是所有天文觀測項目中規模最大、投資最多、最受公眾注目的一項。它籌建于1978年，設計歷時7年，1989年完成，并于1990年4月25日由航天飛機運載升空，耗資30億美元。但是由于人為原因造成的主鏡光學系統的球差，不得不在1993年12月2日進行了規模浩大的修復工作。成功的修復使哈勃望遠鏡的性能達到甚至超過了原先設計的目標。觀測結果表明它的分辨率比地面的大型望遠鏡高出幾十倍。它對國際天文學界的發展有非常重要的影響。
5 發展歷程
空間天文觀測航天器把觀測儀器送到離地面幾百公里高度以上的宇宙空間進行天文觀測的航天工具。空間天文觀測﹐又稱為大氣外觀測。雖然人們在衛星上天以前﹐已開始利用飛機﹑氣球﹑火箭進行探測。但是它們有很大的局限性。飛機飛行的高度約10～25公里﹐使紅外觀測得到改善﹐但要接收高能的短波輻射仍無能為力。氣球的飛行高度雖比飛機高﹐但氣球上面的大氣對天文觀測仍有影響。火箭又有觀測時間短暫的弱點。利用航天器進行天文觀測﹐兼有高度高和觀測時間長的優點。航天器的高度一般都在幾百公里以上﹐從而可以避開地球大氣和地磁場的影響。航天器的工作壽命一般為幾個月至幾年。利用航天器進行空間天文觀測﹐不但可以觀測太陽系天體所有波長的電磁輻射﹐而且還可觀測到不同能量的粒子輻射。對于恒星﹐其觀測波長僅受星際氣體吸收的限制﹔而對于月球﹑行星和行星際空間﹐則可作直接采樣或逼近觀測。

一個完整的空間天文探測系統包括航天器﹑運載火箭和地面支援設備三大部分。航天器是裝載科學儀器﹑執行探測任務的主要部分。進行空間天文觀測的航天器必須具有控制自身姿態變化的能力﹐具有精確的定向精度﹐以完成證認天體﹑確定輻射空間分布和輻射源位置的任務。為了進行復雜的科學考察﹐航天器還必須具備大規模數據貯存和快速傳輸的能力。近年來世界各國相繼發射了大量航天器。為了執行各種特定的使命﹐還發射了一系列考察衛星﹑行星和行星際的航天器﹐構成不同的觀測系列。
6 選購指南
天文觀測用望遠鏡選購指南：很多天文愛好者都希望擁有一架理想的天文望遠鏡，目前市場上幾百至一二千元的國產簡易單筒天文望遠鏡的生產廠家和品種很多，其結構基本都是相同的：采用一片消色差物鏡片和幾組目鏡片，鏡身為塑料或薄金屬，配有一只簡易三角架，口徑在50-60mm不等，倍數從幾十倍時成像還算可以，但倍數再高時成像迅速變差；影像反差降低、模糊不清、抖動嚴重，尤其是在幾百倍時基本無法觀測，同時由于受工藝水平限制和節省成本，這些簡易天文望遠鏡大都采用一片反光鏡進行簡單的半轉像，所觀測到景物是左右相反的，操作十分不方便。望遠鏡屬于精密器材，從設計、選材、澆注、毛坯、磨制、膠合、鍍膜、裝配、檢校等均有著較高的要求，一般的小廠很難全面做到，質量也更難以保證。因此在選購上最好還是選正規大型光學廠、軍工廠的產品。

對于天文觀測來說，由于天體光線暗弱，口徑（物鏡片直徑）大小是最重要的。口徑越大、通光量就越大，成本、體積就越大。世界上對于天文望遠鏡的命名，也都是以口徑稱呼的，如：120厘米級、2.16米級（我國最大）、6米級（前蘇聯和世界最大）。所以如果經濟條件許可，天文觀測用望遠鏡首先應盡量選擇大口徑的。

倍數=物鏡焦距/目鏡焦距，所以在磨制鏡片時只要增加物鏡焦距或者減少目鏡焦距既可得到更高的倍率，如果愿意，倍數可以輕易地做到幾百幾千倍以上，但實際上一架望遠鏡合理的使用倍數是受物鏡口徑、觀測環境限制的：口徑大的倍數可以高些，但這也是有限度的，即使用天文臺使用的大型天文望遠鏡：其最高倍數一般也只是幾百倍，這是因為觀測環境對望遠鏡的影響更大，隨著陪數的增高，大氣中的灰塵、氣流也會被同時放大。同時倍數越高，觀測視場就越小、越暗、導致分辨力下降，反而使觀測效果降低，這也是為什么要耗巨資在太空中安置哈勃望遠鏡的原因。另外高倍率對望遠鏡的穩定性要求也極高，在幾十倍時，很小的碰動也會使望遠鏡的景物發生抖動，幾百倍時既使很輕的微風也會導致景物抖動不停，難以政黨觀測。高倍所導致視場變小的另一大不足是尋找目標極為困難，用過天文望遠鏡的朋友都有這種體會：想要用高倍望遠鏡尋找一個目標是很麻煩的，好容易找到所要觀測的目標后，又會因地球的自轉而使目標很快離開視場，又得重新尋找。因此說盲目追求高倍是不實際的。根據光學規律和長期的經驗表明，一架望遠鏡的最大實用倍率為D值左右（D=物鏡口徑，毫米），如一架望遠鏡口徑為50mm，其最大實用倍率不應超過50倍。

在天文觀測中，除了月球、太陽、幾大行星、星團、星云、星系等天體由于距地球相對近些或大些，可以觀測到視面，對于其它所有的恒星來講，由于距地球實在太遙遠，即使是太空中的哈勃望遠鏡進化論多少倍看到的也只是一個亮點。但口徑越大看到的恒星亮點也就越多，所以對于天文望遠鏡來講同雙筒望遠鏡一樣，口徑比倍率更重要，由于天文觀測都是固定在三角架上，因此體積大些無關緊要。

俄羅斯比較常見的適合天文觀測的單筒望遠鏡有20x50海盜式、20-30x50小臺式、30-60x70大臺式、55x105反射式、111x116反射式等，這些單筒望遠鏡都俄羅斯軍工廠出口，無論是外觀工藝，還是光學素質都非常好，倍數設計也非常合理，都在D值之內，而且全部采用全轉像裝置，從鏡中看到的景物與實際景物方向一致，不僅適合天文觀測，也適合地面觀測。一般天文愛好者選20x50海盜式就可以了，這是一臺傳統的經典型望遠鏡，內部采用了多達9組11片的精密結構，成像尖銳。條件好的也可以選30-60x70大臺式，其特有的轉塔式變倍方式源于大型軍用雙筒望遠鏡，十分方便，并且配有一只可折疊的金屬三角架。如果喜歡天文攝影，也可選55x105、111x116兩種反射式，不過天文攝影難度很大。

中國的天文愛好者一般都購買單筒天文望遠鏡，進行天文觀測，其實國外大多數天文愛好者者普遍使用大口徑的雙筒天文望遠鏡，這是很有道理的：雙筒望遠鏡最大的的優勢在于雙眼同時觀測，不但視場寬廣、更為舒適、不易疲勞、立體感強，尤其是充分地利用了人眼有效瞳徑，使觀測靈敏度大大提高，其實際觀測效果遠遠高于同口徑的單筒望遠鏡，如一架口徑50mm的雙筒望遠鏡其實際通光亮大約相當于一架口徑70mm的單筒望遠鏡，可以看出使用雙筒望遠鏡進行天文觀測更為經濟、實用。國外很多業余天文愛好者就是用大口徑雙筒望遠鏡做出了很多天文發現，例如：著名的百武慧星就是日本天文愛好者百武裕司用一架富士25x150大口徑雙筒望遠鏡首先發現的，當然國外天文愛好者大多都有經濟實力，如他們用量最大的富士25x150大口徑雙筒望遠鏡合人民幣約六七萬元。另外，我國98廠生產的專供部隊哨所遠距離觀測用的25-40x100大型雙筒望遠鏡對于天文觀測極為出色，價格相對也不算貴，對有經濟能力的讀者可以考慮選購。

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嗯，我也是一個天文愛好者.歡迎以后多交流！！！

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回復  2樓  ShirleyHolmes


       呵呵!!