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地基望遠鏡

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地基望遠鏡,區別於空間望遠鏡,是天文望遠鏡的一種。地基是建造在地面上的,會受到大氣干擾的影響。
中文名
地基望遠鏡
外文名
ground-base telescopes
特    點
建造在地面上
例    舉
凱克望遠鏡,合稱雙子座望遠鏡等

地基望遠鏡基本解釋

自從有了哈勃太空望遠鏡後,把所有天文望遠鏡都叫做地基天文望遠鏡。(哈勃望遠鏡是發射到太空上的,是人類有史以來最大、最精確的天文望遠鏡。)為了區別與太空望遠鏡,把原來那些建造在地上的天文望遠鏡叫做地基望遠鏡。
相關地基望遠鏡:位於夏威夷凱克望遠鏡、美國國立天文台的合稱雙子座望遠鏡、夏威夷的昴星團望遠鏡等。

地基望遠鏡地基望遠鏡支座

赤道式支座 赤道式支座
“望遠鏡支座”的作用是支撐望遠鏡筒,實現鏡筒在瞄準和跟蹤過程中的轉動。望遠鏡支座可以分為赤道式支座和地平式支座。 [1] 

地基望遠鏡赤道式支座

幾乎所有1980年前研製的望遠鏡,都使用赤道式支座。其原理是,望遠鏡筒繞着與地軸平行的軸線,按地球自轉的反方向旋轉,以抵消地球自轉。赤道式支座可以實現繞“極軸”(平行於地軸)和“赤緯軸”(垂直於地軸)的運動。

地基望遠鏡地平式支座

地平式支座 地平式支座
地平式支座中,鏡筒是通過繞垂直軸(方位軸)和水平軸(俯仰軸)的旋轉實現對準的。與赤道式支座不同。支撐俯仰一方位式支座的兩個軸系都不隨重力改變方向。結構上,這是最堅固、最簡單的一種機架。質量(和成本)的顯著降低。使得當前俯仰一方位式支座成為標準結構形式,甚至包括中型望遠鏡。

地基望遠鏡地基望遠鏡軸承

軸承用於鏡筒與支座的定位。在地平式中,減小焦面旋轉。在選擇軸承時,必須始終考慮三個主要技術性能:剛度精度和低摩擦。兩種軸承技術用於大型望遠鏡:滾動體軸承和液壓軸承。由於大質量需要支撐,使用空氣軸承和磁懸浮是不現實的。 [2] 

地基望遠鏡滾動體軸承

柱式或球式滾動體軸承,普遍都有市售,有足夠的剛度和精度。滾動體軸承已成功運用於4m級望遠鏡,但其固有摩擦使其不能滿足更大望遠鏡的需求。

地基望遠鏡液壓軸承

大多數超大型望遠鏡依靠液壓軸承。液壓軸承幾乎沒有摩擦,且低速時不存在非線性。液壓軸承具有高負載能力、結構緊湊、剛度極高,且精度可保證至少不低於滾動體軸承。
儘管液壓軸承比滾動體軸承昂貴。但由於軸承、抽油機和管道系統只是總體成本中的一小部分,而液壓軸承又具有低摩擦和高剛度的優點,使得液壓軸承成為更好選擇。

地基望遠鏡地基望遠鏡的驅動

直到20世紀70年代,絕大多數地基望遠鏡都用蝸輪系統驅動,因為其較高的減速比和卓越的內在精度。用一台等速電動機就可以實現開環跟蹤。蝸輪減速器可以在一台單對蝸輪蝸桿上實現很大的轉速比(例如,1/720),完成一種非常剛性的驅動。而且,由於內在不可逆轉性,蝸輪是唯一可以在望遠鏡失去平衡時,提供絕對安全的驅動類型:望遠鏡在失衡狀態下操作,不論是人為失誤還是部件損傷,都不會“飛車”。 [3] 

地基望遠鏡地基望遠鏡的擾動

地基望遠鏡的擾動來源於內部(即產生自望遠鏡內部)激勵和風。
可見導星時,位於主焦點或卡塞格林結構內的觀察者,自身就是內部激勵的潛在源。現今,內部激勵來源是儀器內的機械運動(濾光輪的運動)、驅動電機的轉矩波動、望遠鏡軸間和電纜間的摩擦。由於望遠鏡自身轉動慣量很大,所以機械運動通常沒什麼影響。轉矩波動和摩擦可以通過對控制系統的合理設計來抑制。
地基望遠鏡的最大幹擾源是風。風危害極大,因為它的功率譜中含有很大的低頻(0.1~1Hz)能量,相當接近桁架和主動反射鏡系統的諧振頻率
大多數天文台是在高海拔偏僻地區,這些地方的風都很大。為提高觀測效率,天文台95%都是在天空晴朗時進行觀測。這就導致望遠鏡需要在相當快的風速條件下進行觀測(莫納克亞山天文台風速高達20m/s)。 [4] 

地基望遠鏡地基望遠鏡減少背景熱輻射

地基望遠鏡自身熱輻射,是探測器接收背景熱輻射的主要源頭,有時甚至是全部來源。望遠鏡和儀器在紅外波段使用時,就需要仔細設計可以被探測器看到的部分,以減少其熱輻射。主要熱輻射源是鏡面光學表面、擋光環(除非望遠鏡採用無遮擋設計)、儀器中的透鏡和濾光片、低温箱的窗口等。 [5] 

地基望遠鏡地基光電望遠鏡探測

地基光電望遠鏡屬無源探測手段,是透鏡望遠鏡與光電探測器的集成設備,主要用於對遠距離空間碎片的高分辨率成像和觀測。與所有望遠鏡一樣,光電望遠鏡也存在不能全天候全天時工作(光學不可見期)的應用侷限,如不能觀測處於地球陰影裏的非發光物體,雲、霧、大氣污染以及城市和滿月輝光等都會導致性能的下降,甚至不能觀測。 [6] 
參考資料
  • 1.    (美)PIERRE Y.BELY主編;高昕,王建立,唐嘉譯.大型光學望遠鏡的設計與建造:清華大學出版社,2015.07:203
  • 2.    (美)PIERRE Y.BELY主編;高昕,王建立,唐嘉譯.大型光學望遠鏡的設計與建造:清華大學出版社,2015.07:207
  • 3.    (美)PIERRE Y.BELY主編;高昕,王建立,唐嘉譯.大型光學望遠鏡的設計與建造:清華大學出版社,2015.07:238
  • 4.    (美)PIERRE Y.BELY主編;高昕,王建立,唐嘉譯.大型光學望遠鏡的設計與建造:清華大學出版社,2015.07:251
  • 5.    (美)PIERRE Y.BELY主編;高昕,王建立,唐嘉譯.大型光學望遠鏡的設計與建造:清華大學出版社,2015.07:174
  • 6.    王海福,馮順山,劉有英著.空間碎片導論:科學出版社,2010.01:25-26