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为什么理想光学系统主光线必然通过入瞳及出瞳

来源:https://www.wzchild.com 作者:航天资讯 人气:164 发布时间:2019-02-09
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  天文望远镜是用来观测天体的。 一,关于天文望远镜; 天文望远镜是观测天体的重要工具,可以毫不夸张地说,没有望远镜的诞生和发展,就没有现代天文学。随着望远镜在各方面性能的改进和提高,天文学也正经历着巨大的飞跃,迅速推进着人类对宇宙的认识。 二,天文望远镜的分类; 1,一、 折射天文望远镜 所谓折射天文望远镜是以会聚远方物体的光而现出实象的透镜为物镜的望远镜它会使从远方来的光折射集中在焦点。 折射天文望远镜 又分为两种: (1)伽利略型天文望远镜: 人类第一只天文望远镜,使用凹透镜当目镜,透过望远镜所看到的像与实际用眼睛直接看的一样是正立像,地表观物很方便但不能扩大视野,目前天文观测已不再使用此型设计。 (2)开普勒型天文望远镜: 使用凸透镜当目镜,现今所有的折射式望远镜皆为此型,成像上下左右巅倒,但这样对我们天体观测是没有影响的,因为目镜是凸透镜可以把两枚以上的透镜放在一起成一组而扩大视野,并且能改善像差除却色差。 2, 反射式天文望远镜: 反射天文望远镜不用物镜而用叫主镜的凹面的反射镜。另外有一面叫做次要镜的小镜将主镜所收集的光反射出镜筒外面,由次要镜反射出来的光像再用目镜放大来看,反射式最大的长处是由于主镜是镜子,光不需通过玻璃内,所以完全不会有色差,也不太会吸收紫外光或红光,因此非常适合分光等物理观测,虽无色差但有其它各类的像差。 目前最常见的两种反射式望远镜: (1)牛顿式 (Newtonian)天文望远镜: 一六六八年由牛顿发明设计,由抛物面的主镜和平面次要镜所构成,以对着光轴45度的角度将平面次要镜装在从主镜反射过来的光的焦点的稍微前方(如上图)这种结构最为简单,影像反差较高,亦最多人选用,通常焦比在f4至f8之间。 (2)卡赛格林式或简称卡式 (Cassegrain)天文望远镜: 利用一块双曲面凸镜(Convex hyperboloid)作为副镜,在主竞焦点前将光线聚集,穿过主镜一个圆孔而聚焦在主镜之后。因为经过一次反射,所以镜筒可以缩短,但视场较窄,像散较牛顿式严重,同时有少许场曲(Curvature of field)。 3,折反射天文望远镜: 采反射和折射的长处之型式,基本上和反射一样,也有反射式天文望远镜的缺点,为了消除偏离光轴的视野的慧星像差使用着透镜,且主镜为球面镜,比反射型容易研磨. 折反射天文望远镜常见的是施密特卡式天文望远镜: 1930 年由施密特(Schmidt)发明用作天文摄影。主要是利用一球面凹镜作为主镜以消除彗形像差,同时利用一非球面透镜(Aspheric Iens)放于主镜前适当位置作为矫正镜Corrector)以矫正主镜的球面差。这样可以得出一个阔角(可达40一50度)的视场而没有一般反射镜常有的球面差与彗形像差,只有矫正镜做成的轻微色差而已。摄影用的施密特望远镜,焦比方面可以做到很小(通常在f1至f3间,最小可达″0.6),因此很适宜于星野及星云摄影 三,关于天文望远镜的性能; 1.倍率 透过天文望远镜看地上的风景或月亮,物体好像变的好近了,同时,也可以看见月亮表面许许多多的坑洞, 这是因为望远镜有放大的功能。 望远镜的倍率是如何计算的呢?倍率是由物镜的焦距除以目镜的焦距。 目镜的焦距:在倍率的计算中,通常物镜的焦距是固定的, 而变换不同的目镜,就可以使用多种不同的倍率观测星星季节。放大倍率越大, 看到的范围就越小。 2.集光力 望远镜的另外一个重要的性能是集光力。集光力是表示望远镜收集光线的能力。聚光能力的大小,是由天文望远镜的口径大小来决定, 口俓越大,集光能力就越强, 可以看到更暗的星星。 3. 分辨率 分辨率是刚好能把两个点区分开的最短距离。望远镜的分辨率大小以极限分辨角来表征。分辨角越小,分辨率越好。根据物理光学理论,入瞳为D的理想光学系统的极限分辨角为φ=1.22λ/D,所以望远镜的入瞳直径(一般是物镜口径)越大,分辨力越好。除了考虑望远镜本身的极限分辨角外,还要注意人眼了极限分辨角(约1度)的限制,望远镜的角放大率要足够大,防止人眼限制了其分辨力。 4. 极限星等 星等越大,代表星星越暗, 一台天文望远镜能看到多暗的星星是有一定的限制,所以每台天文望远镜, 都有这大自然一台望远镜的极限星等。譬如说,一台望远镜只能看到13等的星星, 它就看不到15等的星星。 5.物镜 物镜直径越大,就能看到更暗的星等,小直径的物镜适合观测行星,对于不同的星体需采用不同口径的天文望远镜。 6 . 出瞳直径 望远镜的出瞳直径要与人眼的眼瞳匹配。人的眼瞳能在2mm至8mm的范围内变化,在晴朗的白天,人的眼瞳为2mm,出瞳直径D=D/(Γ+1),其中Γ为视觉放大率,D为入瞳直径(物镜口径)。一味地提高放大率,出瞳直径减小,像面晃动明显,小过眼瞳时,视野反而会变暗。 四,使用天文望远镜的注意事项; 1.绝对不能直接用望远镜观看太阳,观看太阳必须通过投影法或有专门滤光措施,否则会烧坏视网膜,而且会对主镜造成一定损害。 2.不要把望远镜当做玩具,望远镜是精密光学仪器,要细心使用和维护 3.不要认为用望远镜什么都能看到,通过望远镜确实能观看到肉眼不能分辨的天体和天体上的细节,但观看效果越好,价格也越高,没有十全十美的望远镜,选择适合自己的最重要; 4.对于每一台望远镜,都有它合适的放大倍数。超过这个倍数并不能增强分辨能力,反而会使物体变得很暗,难以看清。60mm~80mm口径的望远镜,合适的放大倍数应小于100倍,200倍的放大倍率几乎什么都看不到。 5.如果无法在夜空中识别五个以上的星座,就不要着急使用望远镜,因为无法寻找可观测的星星,就只能看月亮; 6.天文望远镜通常也可以观看风景或动植物,可以很容易得到比双筒望远镜更高的放大倍率。不过使用倍率应在100倍以下,20-50倍最合适。

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