空间望远镜

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为在大气层外进行天文观测而设计制造的光学望远镜。
中文名
空间望远镜
外文名
space telescope
定 义
地球大气外进行天文观测
优 点
轻巧,以降低发射成本
空间望远镜 空间望远镜
名称 空间望远镜
[1]

定义 编辑

地球大气外进行天文观测的大望远镜。

优点和缺点 编辑

由于避开了大气的影响和不会因重力而产生畸变,因而可以大大提高观测能力及分辨本领,甚至还可使一些光学望远镜兼作近红外、近紫外观测。但在制造上也有许多新的严格要求,如对镜面加工精度要在0.01微米之内,各部件和机械结构要能承受发射时的振动、超重,但本身又要求尽量轻巧,以降低发射成本。
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第一架空间望远镜 编辑

第一架空间望远镜又称哈勃望远镜,于1990年4月24日由美国发现号航天飞机送上离地面600千米的轨道 。其整体呈
空间望远镜 空间望远镜
圆柱型,长13米,直径4米 ,前端是望远镜部分 ,后半是辅助器械,总重约11吨。该望远镜的有效口径为2.4米 ,焦距57.6米 ,观测波长从紫外的120纳米到红外的1200纳米,造价15亿美元 。原设计的分辨率为0.005 ,为地面大望远镜的100倍 。但由于制造中的一个小疏忽 ,直至上天后才发现该仪器有较大的球差,以致严重影响了观测的质量。1993年12月2~13日,美国奋进号航天飞机载着7名宇航员成功地为“哈勃”更换了11个部件,完成了修复工作,开创了人类在太空修复大型航天器的历史。修复成功的哈勃望远镜在10年内将不断提供有关宇宙深处的信息 。1991 年4月美国又发射了第二架空间望远镜,这是一个观测γ射线的装置,总重17吨,功耗1.52瓦,信号传输率为17000比特/秒 ,上面载有4组探测器,角分辨率为5′~10′。其寿命2年左右。

在高处观测太空的历史 编辑

人类为了摆脱厚厚的大气层对天文观测的影响,一方面设法选择海拔高、观测条件好的地方建立天文台,另一方面设法把天文望远镜搬上天空。著名的“柯伊伯机载天文台”,就是在C141飞机上安装望远镜,飞行高度在万米以上,曾用于观测天王星掩星。自从1957年第一颗人造卫星上天以后,各国先后发射了数以百计的人造卫星及宇宙飞行器用于天文观测。像美国的“天空实验室”就拍摄了17.5万多幅太阳图像,还观测了科胡特克彗星。著名的哈勃空间望远镜,是目前最先进的空间望远镜。人们把它的诞生看成伽利略望远镜一样,是天文学走向空间时代的一个里程碑。

相关资料 编辑

21世纪之初,美国航空航天局(NASA)计划实施一系列重大空间观测项目。预期在前后十余年时间之内,把4台大型天文观测设备送入外层空间。此项宏伟规划,是继20世纪90年代哈勃太空望远镜取得辉煌成功之后,NASA跨世纪太空探测蓝图中承前启后的又一次大手笔。
空间望远镜 空间望远镜
这些耗资钜亿的大型空间天文台,使用最先进的技术手段"武装到牙齿",以实现前所未有的高灵敏度、高分辨率、大视场及同时观测多个天体的能力。从整体而言,它们探测宇宙的效能将全面超越其先驱者哈勃太空望远镜(HST)。它们的投入运行,必然极大地拓展人类认识宇宙的视野。
首先将于2001年发射升空的是"空间红外望远镜(SIRTF)",其主镜口径84厘米,配备极高灵敏度的红外探测元件。为彻底避开地球红外辐射的干扰,它将巡游于近千万公里之遥的深空轨道。当望远镜在外层空间,处于极低温的条件下进行观测时,红外波段的宇宙"面容"可谓纤毫毕现,比之于地面观测何止清晰百万倍!
计划中的第二台仪器是"空间干涉望远镜(SIM)"。预计在2005年3月送入绕地轨道。它实际上是一个在空间释放的由7架30厘米口径镜面排列而成长达9米的望远镜阵。运用光学干涉技术,其最终的空间分辨率可比HST胜强近千倍。建造这台望远镜的技术要求极高,它的应用将使天文学家分辨遥远恒星的能力迈上新的台阶。
下一个登场的是"新世代望远镜(NGST)",定于2007年上天。NGST也是专为红外观测而设计的,与SIRTF不同的是,它的口径可达7.5米。其集光能力接近HST的9倍,但造价却只及HST的四分之一。
对地外生命的不懈探索乃是NASA空间计划的点睛之笔。"地外行星发现者(TPF)"集空间望远镜技术之精粹,欲为人类寻觅太空知音建立不世之功。TPF计划在2010年到2012年之间发射上天。它的设计思路与SIF相仿,但在规模和性能上已不可同日而语。SIF的可收卷镜阵延伸9米上下,而TPF的镜面阵列则可达百米尺度。利用其空前的高分辨率,人们足以探明,在太阳系邻近数十光年之内,是否存在与地球条件相似的行星。
TPF的具体项目规划尚在襁褓之中,然而无庸置疑,对解开人类在宇宙中的地位这一亘古之谜,TPF定将作出其历史性的贡献。

詹姆斯·韦布空间望远镜 编辑

每过十年,美国的天文学家就会对未来进行一次规划,列出他们最想要的东西。这一做法使得美国天文学界在最核心的问题上形成了统一战线,可以同仇敌忾、一致对外。在2000年天文学家们公布的清单上,下一代空间望远镜占据了显赫的位置,它将接替哈勃空间望远镜(HST)挑起美国天文学的大梁,并且使得美国天文学继续保持“领跑”的态势。
这就是詹姆斯·韦布空间望远镜(JWST),它先进的光学系统、独特的轨道以及有别于HST的工作波段将给我们带来一个全新的宇宙。但同时它不断上涨的成本,也在不断地拖累美国航宇局(NASA)整个的空间科学计划。这也使得它自诞生那一刻起就处在风口浪尖之上。[1]
尖端技术放眼早期宇宙
甚至在HST发射前一年的1989年,美国空间望远镜研究所的天文学家就开始筹划下一代空间望远镜了。按照目前的计划它将在2014年发射。作为燞ST的接班人,JWST将扛起下一代空间望远镜的大旗。
不过HST主要观测的是可见光和紫外波段,而JWST的优势则在红外波段。位于大气层之上的JWST可以对波长从0.6微米(可见光谱红端)到28微米(远红外的起始)的辐射一览无遗。JWST6.5米的直径也让它变得十分灵敏,在红外波段它拥有犹如HST在可见光波段的分辨率,它还可以看到比HST犓?芸吹降淖畎等醯奶焯寤挂?瞪?0~100倍的天体。
为此JWST将采用一系列的尖端技术,例如由铍制成的超轻型光学系统、超灵敏红外探测器以及一个能让中红外探测器长期维持在7开的制冷机。进入红外波段意味着望远镜必须要有较大的口径,但是这也带来了发射上的麻烦。JWST的反射镜实在太大,目前现有的任何火箭都没有办法把它送上天。因此不得不“化整为零”,先将镜面收起来待发射入轨之后再将镜面打开。而为了在红外波段进行观测,JWST还必须远离热源。它会使用多层结构来保护望远镜免受阳光照射,同时还要远离地球的影响。为此JWST将会被发射到距离地球达150万千米的第二拉格朗日点附近,在那里它能具有比HST更大的可视天区。但是一旦JWST牫隽巳魏挝侍猓?绱艘T兜木嗬胧沟孟肴ノ?薜暮教煸币仓荒芡?笮颂尽K?訨WST必须一开始就在每个细节上都表现完美才行。除了被动的降温方式之外,JWST还会用制冷机来给自己降温。这使得它不会像先前的空间红外望远镜(例如斯皮策空间望远镜)那样工作寿命受到制冷剂供应的制约。
在红外波段的观测能力并不是可有可无的,它是必需的。如果你想深入早期宇宙,那么进入红外波段是你唯一的选择。理论认为,在大爆炸的光辉褪去之后,宇宙进入了一个长期的“黑暗时代”。最终,低温物质聚集坍缩形成了第一代恒星,出现了第一缕光。这些最早的恒星正以极高的速度远离我们,这会拉伸到达我们的光线,使得它的波长到达光谱的红端。一般认为,第一代恒星在大爆炸之后小于10亿年的时间里便开始发光,所以它的红移值可以达到20甚至更大——导致可见光进入红外波段。这就是为什么具有惊人视力的HST没有在红移大于7的地方发现这些天体的很大一部分原因。JWST会解决这个问题。年轻的恒星会发出紫外辐射,经过值为15的红移之后就会进入波长为1.9微米的红外波段,这正好位于JWST的最佳工作波段。
参考资料
词条标签:
航空航天 自然学科 科技 物理学 天文