第 四 章　 天文望遠鏡

本 章 主 要 章 節 目 錄 ：

前 言 ：

回 本 章 主 要 章 節 目 錄

人類為什麼要花費龐大的預算在高山上建造大型的望遠鏡﹖為何要把望遠鏡送到外 太空軌道中﹖又為什麼要使用無線電望遠鏡、 紅外線望遠鏡、 紫外線望遠鏡、 X-光望遠鏡、γ-射線望遠鏡等各種不同波長的望遠鏡來 從 事 天 文 學 研 究 ﹖試 圖 回 答 這 些 問 題 為 本 章 的 主 軸 。

各種電磁波段的宇宙

回 本 章 主 要 章 節 目 錄

  1. 電磁波譜

    2. 依 波 長 分 類 ， 由 長 波 長 至 短 波 長 可 以 分 為 ： 無線電、 紅外線(IR)、 可見光、 紫外線(UV)、 X-射線(X-ray)、 γ-射線(γ-ray)。

  2. 大氣視窗

    3. 來 自 外 太 空 的 電 磁 波 ， 因 地 球 大 氣 的 選 擇 性 吸 收 ， 只 有 可 見 光 與 無 線 電 波 得 以 傳 抵 海 平 面 ， 位 於 大 部 份 水 氣 之 上 的 高 山 ， 除 可 見 光 與 無 線 電 波 外 ， 另 可 做 紅 外 線 天 文 觀 測 。 世 界 主 要 天 文 台 皆 建 於 高 山 之 上 ： 夏 威 夷 Mauna Kea (4200 m), 美 國 基 特 峰 (Kitt Peak, 2000m), ESO (European Southern Observatory, 3000m), 澳 洲 塞 汀 泉 (Siding Spring m)。

  3. 各種電磁波段的宇宙

    4. 在 不 同 電 磁 波 段 看 到 的 宇 宙 不 同 ， 也 含 有 不 同 的 訊 息 。

    1. 無線電波

      2. 一 般 考 量 ：

      觀 測 目 標 ：

    2. 紅外線

      3. 一 般 考 量 ：

      觀 測 目 標 ：

    3. 可 見 光

      4. 一 般 考 量 ：

      觀 測 目 標 ：

    4. 紫外線

      5. 一 般 考 量 ：

      觀 測 目 標 ：

    5. X-射 線

      6. 一 般 考 量 ：

      觀 測 目 標 ：

    6. γ-射線

      7. 一 般 考 量 ：

      觀 測 目 標 ：

天 文 望遠鏡

回 本 章 主 要 章 節 目 錄

  1. 基 本 架 構 與 考 量

      2. 望遠鏡主要是由主鏡、尋星鏡與赤道儀或經緯儀所構成的， 另 可外加導星鏡、照相機、CCD與電腦系統等 週 邊 設 備 。

    1. 天文望遠鏡的分類：

      1. 折射式

        在 二 十 世 紀 前 非 常 風 行 。 Yerkes天 文 台﹙美 國 芝 加 哥 大 學﹚ 的 40 英 寸 折 射 鏡 為 此 類 之 最 大 者 。 色 像 差 (chromatic aberration)為 折 射 式 望 遠 鏡 最 難 以 克 服 的 問 題 。 此 外 ， 磨 製 大 口 徑 且 高 精 度 的 鏡 片 不 易 ， 建 價 昂 貴 ， 鏡 片 沈 重 ， 易 變 形 ， 也 都 是 其 致 命 的 缺 點 。

      2. 反射式

        反 射 鏡 為 拋 物 線 狀 ， 以 克 服 球 面 像 差(spherical aberration) 。

          依反射式望 遠 鏡 的 分 類 聚焦的型式可分為：

        • 主鏡式(Prime focus)

          最 大 型 的 望 遠 鏡 常 採 用 的 聚 焦 形 式 。 用 以 觀 測 很 暗 的 星 體 ， 但 觀 測 者 須 在 主 焦 聚 觀 測 ， 使 用 上 較 不 方 便 。

        • 牛頓式(Newtonian focus)

          大 型 與 小 型 望 遠 皆 採 用 的 聚 焦 方 式 。 聚 焦 點 在 側 面 ， 便 於 觀 測 使 用 。

        • 蓋塞革林式(Cassegrain focus)

          大 型 與 小 型 望 遠 皆 採 用 的 聚 焦 方 式 。 聚 焦 點 在 後 面 ， 便 於 觀 測 使 用 。

        • 庫得式(Coude focus)

          將 光 程 改 變 送 至 實 驗 室 ， 直 接 以 儀 器 記 錄 、 分 析 (例 如 光 譜 儀)。

        • 史密特式(Schmidt focus)

          為 一 廣 角 鏡 ， 主 要 用 於 全 天 星 野 照 像 觀 測 。

        • 史密特─蓋塞革林式(Schimidt-Cassegrain telescope)

          為 史 密 特 式 及 蓋 塞 革 林 式 的 組 成 型 式 ， 是 市 面 上 之 小 口 徑 天 文 望 遠 鏡 最 常 採 用 的 形 式 。

    2. 選 擇 天 文 望 遠 鏡 的 考 量

      1. 聚光能力(light gathering power)

        2. 與望遠鏡的口徑的平方成正比，也就是望遠鏡的口徑愈大， 望遠鏡的聚光能力愈強。

        例 ：人 眼 瞳 孔 的 直 徑 約 為 0.8 cm， 一 台 24cm口 徑 的 望 遠 鏡 為 人 眼 聚 光 能 力 的 900倍 。

      2. 解析能力 (resolving power)

        3. 可解析角度 與望遠鏡的口徑的成反比，也就是望遠鏡的口徑愈大， 可解析角度愈小，解析能力愈強。

        可解析角度(resolution_angle, 秒 角)： α= 1.22 λ/D。

      3. 放大能力(magnification)：M

        4. M = Fo/Fe

        放大率為物鏡焦長與目鏡焦長比。 但 對 天 文 遠 鏡 而 言 ， 進 入 鏡 筒 的 資 訊 ﹙ 光 ﹚ 為 定 值 ， 放 大 影 像 ， 徒 然 將 資 訊 分 散 在 較 大 的 範 圍 ， 常 無 實 值 的 助 益 ， 故 不 是 購 置 天 文 望 遠 鏡 的 主 要 考 量 。 以 更 換 不 同 焦 長 的 目 鏡 ， 來 改 變 影 像 的 放 大 率 。

        * 買 望 遠 鏡 的 要 訣 是 口 徑 愈 大 愈 好。

    3. 望遠鏡的限制

      1. 光害─由人類文明所造成的。 (參 見 外 太 空 的 地 球 夜 景 ， 基 特 峰 與 Tucson市， 洛 山 璣 1908與 1988， 街 燈 光 中 的 獵 戶 座)

      2. 大氣消光─星光與大氣中的氣體分子散射，造成星光亮度的減少。 大氣層吸收各種波長的電磁波，使之變暗。在地面上可觀測的波長範 圍只有可見光與部分的無線電波段。

      3. 視像度(seeing， 視 寧 度)─大氣擾動造成星光閃爍的程度。　

      4. 像差─望遠鏡本身所受的限制：

        (1)色像差(2)球面像差(3)彗形像差(4)十字像差。

    4. 望遠鏡的保養

      1. 望遠鏡需置於乾燥的環境下，避免主鏡長霉，並避免用手觸摸； 萬一主鏡長霉，最好是送代理商維修。

      2. 目鏡需置於乾燥箱中，若目鏡了可先用氣刷將灰塵吹掉， 再用無水酒精輕輕清洗，切勿刮傷鏡面；若是長霉，最好是送代理商維修。

      3. 赤道儀在操作中，需注意配重與離合器的開關，以免傷了赤道儀的齒輪系統。

      4. 使用時，慎防小零件的遺失。

  2. 輔 助 儀 器 與 設 備

    1. 赤道儀或經緯儀　：

      用 以 架 設 、 支 撐 望 遠 鏡 ， 可 以 和 電 腦 連 線 ， 自 動 追 蹤 星 體。

    2. 電 子 式 照 像 機 (CCD Camara)：

      將 影 像 數 位 化 ， 可 供 電 腦 直 接 處 理 。

    3. 光 譜 儀 (spectrograph) ：

      為 外 接 儀 器 ， 可 用 以 獲 得 恆 星 的 光 譜 。

    4. 光度儀 (photometer)：

      為 外 接 儀 器 ， 可 用 以 測 得 星 光 的 強 度 。

    5. 電腦：

      用 以 操 控 望 遠 鏡 ， 從 事 資 料 分 析 及 影 像 處 理 。

  3. 現代的光學天文望遠鏡

    1. 蘇 聯 6 米 望遠鏡， 5 米 Hale 望 遠 鏡.

    2. 多 鏡 片 式 望 遠 鏡 (MMT, Multi-Mirror Telescopes)：

      例 如 ：

      位 在 美 國 亞 利 桑 那 州 ， Hopkins 山 上 的 MMT， 是 六 個 1.8 米 鏡 片 之 組 合 ， 其 有 效 的 聚 光 能 力 ， 相 當 於 一 個 4.5 米 的 單 鏡 片 望 遠 鏡 。

      美 國 夏 威 夷 州 ， Mauna Kea上 的 Keck望 遠 鏡 ， 是 三 十 六 個 1.8 米 鏡 片 之 組 合 ， 其 有 效 的 聚 光 能 力 ， 相 當 於 一 個 10 米 的 單 鏡 片 望 遠 鏡 。

    3. 全 自 動 式 測 光 儀 (APT, Automatic Photometric Telescope)：

      全 自 動 化 的 小 型 光 學 望 遠 鏡 ， 由 電 腦 控 制 進 行 變 星 的 觀 測 。

    4. 哈柏太空望遠鏡(The Hubble Space Telescope)

      1. 可觀測近紅外線，可見光及遠紫外線等波段。

      2. 沒有視象度的問題，解析度為Hale望遠鏡的10倍，觀測亮度 為Hale望遠鏡的100倍。

      3. 觀測目標：

        • 改進近星距離的測量。

        • 發現更遠的銀河系。

        • 近星的行星系統。

        • 土星、木星、金星與火星的大氣狀況。

        • 彗核的研究。

        • 外行星的環與衛星 。

回 本 章 主 要 章 節 目 錄

最 近 更 新 日 期 ： 一 九 九 六 年 十 月 十 四 日

蘇 漢 宗(htsu@mail.ncku.edu.tw) 　
許 瑞 榮(rrhsu@mail.ncku.edu.tw)
或 使 用 留 言 板

台 南 市 成 功 大 學 　 物 理 系

　

　

回 首 頁 課 程 大 綱 關 於 本 網 點 天 文 專 欄 其 他 天 文 學 網 點 建 議 與 通 訊

一 ､ 認 識 夜 空 二 ､ 中 國 天 文 學 發 展 簡 史 三 ､ 西 洋 天 文 學 發 展 簡 史
四 ､ 天文望遠鏡 五 ､ 星 光 的 祕 密 六 ､ 我 們 的 太 陽
七 ､ 恆 星 的 誕 生 八 ､ 恆 星 的 演 化 與 死 亡 九 ､本 銀 河 與 其 他 銀 河 系
十 ､ 浩 瀚 宇 宙 的 量 度 十 一、 宇 宙 的 起 源 與 歸 宿 十 二､ 尋 找 E.T.
附 錄 一 ､ 太 陽 系 的 起 源 附 錄 二 、 參 考 書 籍 與 文 獻