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选购天文望远镜的基本常识:看多远、放多大并不重要

发布时间:2019-06-24 17:14 来源:未知 编辑:admin

  我们经常听到来购买望远镜的朋友一开口就问:“你们的望远镜能看多远?”、“你们的望远镜能放大多少倍?”、“你们的望远镜能把天上的星星放多大?”……诸如此类的问题反映了公众对于望远镜和天文知识的缺乏。

  所谓“看多远”、“放多大”的提法既不科学,也没有意义,望远镜的品质也决不是这样来评价的。

  事实上,“看多远”完全取决于被观测目标的亮度,只要目标足够明亮,不用望远镜也能看到无穷远,譬如我们用肉眼能看到的6000颗左右的恒星,实际上都可认为在无穷远处;而“放多大”更是因缺乏天文基本知识才会提出的问题,这是因为我们所见的“天上的星星”99.9%以上都是恒星,而恒星离我们如此遥远,所以即使用地球上最大的望远镜来观测,它们仍然只是一个个几何亮点(亮点越小,表明望远镜的光学成像质量越高;反之,如果在望远镜中看到恒星有了视面甚至有了颜色,则可断定其光学系统存在严重弊病),只有那些太阳系中的天体(如太阳、行星、卫星、彗星等)或太阳系外有视面的天体(如星云、星系、星团等)才能借助于望远镜放大。

  那么“放大倍数”是不是选购望远镜所首先要考虑的性能指标呢?绝对不是!它不但排不上第一,而且如选择过大,将导致成像质量严重恶化。

  是的,正因为大多数人缺乏这方面的基本知识,所以我们编写了这篇文章,希望能对大家在选购和使用望远镜方面有所帮助。

  市场上有五花八门的双筒望远镜,它们的外观、大小、价格和用途各不相同,有的用于观赏风景、体育比赛和文艺演出,有的用于观察鸟类和其他动物,有的用来进行定点监视(如森林、电业、公安部门等),也有人用来欣赏夜空中神奇美丽的天体……如果你想选购一架适合于自己的双筒望远镜,那么必须知道下面的知识:

  市场上出售的双筒望远镜上,都标有这样的数字:“7´35”、“8´50”、“15´70”等,“´”号前面的数字代表放大倍数(上述三个望远镜的放大倍数分别为7、 8、 15),“´”号后面的数字代表双筒望远镜单个物镜(靠近观察物一边的镜子)的直径,以毫米为单位(上述三个望远镜物镜的口径分别为35、50、70mm)。望远镜型号中所出现的类似数字也表示相同的意义,如:上述三款望远镜的型号中分别有“0735”、“0850”、“1570”的数字。还有一些较高档的变倍型望远镜,它们的放大倍数是可以在一定的范围内连续改变的,如“082450”表示它的放大倍数可以从8倍连续变化为24倍,物镜口径为50mm;“206078” 表示它的放大倍数可以从20倍连续变化至60倍,物镜口径为78mm……

  望远镜的放大倍数(倍率)是通过望远镜观测时将目标的张角放大的倍数(通俗地说,就是望远镜拉近物体的能力,譬如用7倍的望远镜观测700米处的物体,就相当于用肉眼观测100米处物体的效果),它的数值等于物镜焦距与目镜焦距之比。在物镜焦距已经固定的情况下,只要变换目镜的焦距就能改变望远镜的放大倍数。视场是通过望远镜能看到的范围大小,视场越大,观测范围就越宽广,感觉也越舒适。视场常用千米处视界(可观测的宽度,以米为单位)或换算成角度来表示。视场的大小与放大倍数成反比,放大倍数越大,视场越小。

  绝大部分人相信,望远镜的放大倍数越高,看到的效果越好,事实却正相反,在物镜口径相同的情况下,放大倍数越高,成像质量就越差,看到的景物越模糊。你如果是用望远镜来观赏风光、演出、比赛……,一般选用7~8倍的放大倍数最为适宜,因为用这种低倍镜观察,像会更明亮、更稳定,视场更大;如果选用10倍以上的高倍镜观察,你会发现像是变大了,但视场却变小了(如看球场只能看到一个角、看舞台只能看到几个演员……),同时像也变暗,稳定性变差(抖动得历害),由于一般人很难用手较长时间地拿稳一架10倍以上的双筒望远镜,所以实际上你会发现在望远镜中很不容易找到目标。世界各国军用望远镜大都以6~10倍为主,我国的军用望远镜主要是7倍和8倍的,就是因为清晰稳定的成像十分重要。

  一些经销商信口雌黄,吹嘘自己的望远镜能放大几十、几百倍,以虚假的高倍率来吸引、欺骗顾客,使不少消费者受骗上当。打个比方,没有足够大的口径保证的放大倍数就如同没有足够高的分辨率保证的照相底片,如果他们的双筒望远镜真能放大几百倍,那么你所看到的景物就如同把一张普通底片放大到一个运动场那么大,你说还能看清楚什么吗?!相信读过这篇文章的朋友是决不会再去相信那些鬼话了。

  假如你需要观察某些小范围景物的细节和特写(如观鸟、动物、观测天体等)或者还要摄影录像等,则必须使用10倍以上的望远镜(为了成像清晰,口径也得相应增大),但此时你一定要为双筒望远镜配一个稳固的三角架。

  望远镜的通光口径(大致上相当于物镜直径)越大,收集光的能力越强,看到的像就会越清楚(专业上称为“分辨率”或“分辨本领”越高),一架望远镜通光口径的大小限制了它所允许的放大倍数,所以你若想要看得更清楚,不是要增加放大倍数,而是要增大通光口径。但对于手持式的双筒望远镜来说,物镜口径的增大会使望远镜变得笨重,所以手持双筒望远镜的口径不宜超过60mm,否则不用三脚架就无法拿稳它。如果你是经常在明亮处使用双筒望远镜。那么口径稍小一些没什么太大关系,但如果你想在较为暗弱的光照下观测目标,比如观看照明不太好的舞台、阴暗处的动物或观测天体,那么口径大一些就显得十分重要了,它会直接影响到你能否看清楚目标。

  当然,望远镜中的景物清不清楚,除了通光口径外,还与其他诸多因素有关,譬如镜片所用材料、形状、结构、磨制、胶合、镀膜、安装、调试工艺以及目镜类型、质量等,所以即使是口径相同的望远镜,也会因上述因素的不同而导致成像质量的巨大差别,业外人士对这些通常是难以了解和鉴别的。

  一般来说,你应该根据自己的使用目的、使用环境、经济条件等来选择口径、重量、大小、、质量、价格等都适合于你的双筒望远镜。

  如果用物镜口径(以mm为单位)除以放大倍数,如“35/7”、“50/8”、“70/15”,那么你就可以得到以毫米为单位的通过望远镜射到眼睛处的光束直径。这个数值越大,你眼睛接收到的光或被观测目标信息就越多,这个数值称为望远镜的出射瞳孔。它对我们选择望远镜有什么用处呢?

  假定你准备购买一个用于观察鸟类的双筒望远镜,并且你希望用它在黎明或傍晚观鸟,而那时的鸟常常落在树丛中,藏在暗影里。如果你买一个10x25的双筒望远镜,那么出射瞳孔直径为25/10= 2.5(mm),而我们眼睛瞳孔的直径在不同明暗条件下的变化范围约为2mm至7mm。光越暗,瞳孔直径越大。如果你准备用双筒望远镜在暗处观察,则应选择望远镜的出射瞳孔与你的眼睛在暗处时的瞳孔直径相近的双筒望远镜,这样才能最有效地利用望远镜所接到的信息。那么“7X 50”的双筒望远镜如何呢?它的出射瞳孔为50/7=7.14mm,几乎与人眼在最暗处的瞳孔直径相等,它收集到的光能被你的眼睛高效率地接收到,所以是较理想的选择。不过由于人眼瞳孔直径的变化范围因人而异(比如四十多岁人的瞳孔直径就只能扩张到4~5mm),而且正常使用望远镜大都在白天,所以出射瞳孔一般选择在3~7mm就可以了。

  如果你注意观察,你会发现望远镜的物镜表面呈现不同的颜色:红、蓝、绿、黄、紫等,这就是平常所说的镀膜(也称增透膜,是特制的化学薄膜层)。如果不镀膜,会有50%的光线在通过物镜时被漫反射掉而无法到达你的眼睛,并且造成一种雾茫茫的现象!镀膜可以提高透光率,增加亮度与色彩的对比度、鲜明度,大大改善观测效果。所以,现在的正规望远镜厂家都不同程度地为望远镜镜片进行光学镀膜。一般镀膜层越多、反光越小,效果就越好。镀膜的颜色需根据镜片的光学材料与设计要求而定。在正常使用情况下,蓝膜、绿膜都较为优秀。

  选购双筒望远镜时要选择全镜面多层镀膜的,为什么?请看下述各种镀膜的区别:

  光学镀膜:这是最低级的镀膜,价格较便宜,一般是一个镜面镀单层膜,一般镀物镜。

  全镀膜:所有的镜片都要镀单层膜。这样会使光的通过率从50%提高到80%。

  全镜面多层镀膜:这是最高级的镀膜。它表示对所有的镜面都进行多层镀膜,可将光的通过率提高到90~95%!

  现在市场上能看到不少镜面反光很强、亮闪闪的红膜望远镜,一些经销商把它们称为“红外线”、“次红外线”、 “红宝石镀膜”等等,还会告诉你这是能在夜间观测的“红外夜视望远镜”。请朋友们千万不要上当!真正的红外夜视仪是通过接收人眼所不可见的红外线,采用光电管成像,需要用电池才能观测,白天不能使用,与望远镜的结构原理完全不同,价格也非常昂贵,根据它所采用的微光管的档次,价格至少也得在数千至数万元甚至更高(军级)!如果说几十元、几百元就能买到“红外夜视望远镜”,岂非痴人说梦!其实,那种亮闪闪的红膜因对光线反射严重而使成像亮度大大降低,只有当阳光照耀在雪地上使景物变得刺眼时,它倒是可以发挥降低亮度的作用。

  随着你的眼睛逐渐靠近目镜,当你正好能看清楚全部视场或看清楚视场中的目标时,你的眼睛与目镜间的距离称为“出瞳距离”。不同望远镜的出瞳距离不同,一般在5- 20mm之间。目镜上面的胶皮眼罩就是为了使观察时眼睛处于合适距离、感觉舒适而设置的。如果你需要戴着眼睛来观看双筒望远镜,那么眼睛与目镜之间的距离变大,所以要选择出瞳距离大一些的。

  假如你用双筒望远镜来观测星空,那么物镜口径是最关键的,因为它直接决定了望远镜的分辨本领。

  如果你要手持双筒望远镜,则口径选择50或60mm,放大倍数选择7~8倍为佳;如果你计划将双筒望远镜固定在三脚架上使用,那么口径可以增大到70~80mm, 放大倍数则可增大到20倍。

  当然,如果你希望取得更好的星空观测效果,那么最好还是选购一架天文望远镜。

  在天文观测的对象中,有的天体有视面,有的没有可分辨的视面;有的亮度极强,有的又极其暗弱;有的运动快速,有的只作周日旋转……五花八门,千差万别。观测者应根据观测目标和目的,选用不同的望远镜,或采用不同的方法进行观测。一般说来,普及性的天文观测多属于综合性的,要考虑“一镜多用”。所以在选择天文望远镜时,一定要充分了解它的基本性能指标、主要分类和各自的优缺点以及如何正确选购、使用、维护和保养等基本知识。

  提示:在阅读以下内容之前,最好先“怎选择双筒望远镜”一文,以掌握相关的基本知识。

  评价一架望远镜的好坏,首先要看它的光学性能,其次看它的机械性能(指向精度与跟踪精度)。

  望远镜的物镜口径一般指有效口径,也就是通光口径(不是简单指镜头的直径大小),是望远镜聚光本领的主要标志,也决定了望远镜的分辨率(通俗地说,就是看得清看不清)。它是望远镜所有性能参数中的第一要素。望远镜的口径愈大,聚光本领就愈强,愈能观测到更暗弱的天体,看亮天体也更清楚,它反映了望远镜观测天体的能力,因此,爱好者在经济条件许可的情况下,应尽量选择口径较大的望远镜。

  望远镜的焦距主要是指物镜的焦距。望远镜光学系统往往由两个有限焦距的系统组成,其中第一个系 统(物镜)的像方焦点与第二个系统(目镜)的物方焦点相重合。物镜焦距常用f表示,而目镜焦距常用f表示。

  比如F700´60天文望远镜的物镜焦距(f)为700mm。目镜PL9的焦距(f)为9mm。

  物镜焦距f是天体摄影时底片比例尺的主要标志。对于同一天体而言,焦距越长,天体在底片上成的像就越大。

  相对口径A又称光力,它是望远镜的有效口径D与焦距f之比,即A=D/f。它的倒数(1/A)叫焦比(即 f/D,照相机上称为光圈数)。例如70060天文望远镜的相对口径A(=60/700)≈1/12,焦比f/D(=700/60)≈11.67。相对口径越大对观测行星、彗星、星系、星云等延伸天体越有利,因为它们的成像照度与望远镜的相对口径的平方(A2)成正比;而流星或人造卫星等所谓线形天体的成像照度与相对口径A和有效口径D的积(D2/f)成正比。因此,作天体摄影时,要注意选择合适的A或焦比。

  一般说来,折射望远镜的相对口径都比较小,通常在1/15~1/20,而反射望远镜的相对口径都比较大,常在1/3.5~1/5。观测有一定视面的天体时,其视面的线大小和f成正比,其面积与f2成正比。象的亮度与收集到的光量成正比,即与D2成正比,和象的面积成反比,即与f2成反比。

  对目视望远镜而言,放大率(倍数)是观测目标的角度放大率(相当于将目标拉近到倍数分之一)。它等于物镜焦距f和目镜焦距f之比,即放大率(G)=f/f。如70060天文望远镜若使用H20目镜,则放大率为700/20=56´(倍),只要变换目镜,对同一物镜就可以改变望远镜的放大倍数,目镜焦距越短,得到的放大倍数就越大,所以我们看到,要提高放大倍数其实并不困难。但是正如我们在“怎样选择双筒望远镜”一章中已经介绍的那样,放大倍数越高,成的像就越模糊而且越不稳定。因为天文望远镜和显微镜不一样,地面天文观测的效果如何,除仪器的优劣外,还受地球大气的明晰度和宁静度的影响,受观测地的环境等诸多因素的制约。一般每架天文望远镜都配有几个不同焦距的目镜,也就是有几个不同的放大倍率可选用。观测时,绝不是以最大倍率为最佳,而应以观测目标最清晰为准。而且,一架天文望远镜的最大放大倍数也不是可以随意增大的,由于受物镜分辨本领,大气明晰度、宁静度及望远镜出瞳直径不能过小等因素的制约,根据观测目标及大气的实际情况,最大放大率一般控制在物镜口径毫米数的1~2倍。比如70060天文望远镜在大气宁静度极好的情况下,其最大有效放大倍率不应超过2´60=120´(倍),在一般情况下,当放大率超过物镜口径毫米数的1倍时,成像质量就不太理想了。

  能够被望远镜良好成像的天空区域的角直径称为望远镜的视场或视场角(ω)。望远镜的视场往往在设计时已被确定。望远镜的视场与放大率成反比,放大率越大,视场越小。不同的光学系统、不同的成像质量(由像差大小而造成)、不同的口径、不同的焦距,决定了望远镜不同的视场的大小(对天体摄影来说,底片或CCD的尺寸也会约束视场的大小)。反射望远镜的视场最小,一般都小于1度;折射望远镜较大,能达到几度;折反射望远镜的视场最大,能达到十几度甚至几十度。

  望远镜的分辨本领由望远镜的分辨角(δ)的倒数(1/δ)来衡量,分辨角通常以角秒为单位,是指刚刚能被望远镜分辩开的天球上两发光点之间的角距。对于目视望远镜,根据光的衍射原理可推得望远镜的理论分辨角(相对于人眼最敏感的波长λ=555纳米而言)为:δ”=140/D(mm) (式中D为物镜的有效口径)。

  由于大气宁静度与望远镜系统像差等的影响,望远镜的实际分辨角要远比理论分辨角大(较好的望远镜也只能介于0.5到2角秒之间)。

  望远镜的分辨率越高,越能观测到更暗、更多的天体,看到的像也越清楚。所以说,高分辨率是望远镜最重要的性能指标之一。

  星等是用来表示天体相对亮度(即晴好天气在地面上观测的亮度,而不是它们的真实亮度)的数值,星等数值越大,亮度越小。例如:太阳约为-26.7等、满月(平均亮度)约为-12.7等、天狼星约为-1.6等、织女星约为0.1等、牛郎星约为0.9等、北极星(小熊座α)约为2.1等……1等星约比6等星亮100倍。在晴朗无月的夜间,如果我们将望远镜指向天顶,所能看到的最暗星的星等,称为望远镜的极限星等(也称贯穿本领)。人眼一般能看见的最暗星等为约为6等,而望远镜可以看见的最暗星等主要是由望远镜的有效口径决定的,口径愈大,看见的星等也就愈高(如50毫米的望远镜可看见10等星,500毫米的望远镜就可看到15等星)。当然,实际上除了望远镜的有效口径外,极限星等还与望远镜物镜的吸收系数、大气吸收系数和天空背景亮度等诸多因素有关;对于照相观测,极限星等还与露光时间及底片特性等有关。

  和双筒望远镜不同的是,天文望远镜型号中并不出现放大倍数,而代之以物镜的焦距。例如: “70076”表示该望远镜物镜的焦距为700mm,物镜口径为76mm;“1800150”表示该望远镜物镜的焦距为1800mm,物镜口径为150mm……也有将口径放在焦距之前来表示的,如以上两款望远镜也有表示为“76700”和“1501800”的。不管如何表示,其中数字较大的那个为焦距,数字较小的那个为物镜口径,是不容易搞错的。

  折射望远镜是用透镜作物镜将光线汇聚的系统。世界上第一架天文望远镜就是伽利略制造的折射望远镜,它是采用一块凸透镜作为物镜的,是最简单的一种望远镜。因而有的天文爱好者买了一块透镜,以为就解决了望远镜的物镜问题。其实,由于玻璃对不同颜色光线的折射率不同(导致焦距不同),会产生严重的色差,单块透镜成像还会产生较严重的象差(即“象”与“物”在形状与颜色方面的失真)。举例来说,一颗遥远的恒星在优质望远镜系统中应该成像为一个白色的光点(光点越小其光学系统质量越高,而在劣质望远镜中它会变成一个彩色的光斑——很多人恰恰在这一点上存在模糊概念,举一个线年哈雷彗星回归时,我们亲耳听到一些来我们天文系观看哈雷彗星的参观者抱怨说,他们在别处望远镜中看到的哈雷彗星是彩色的,而在我们的望远镜中却是白色的,认为我们的望远镜质量不好,令他们失望,殊不知,他们恰恰是把伪劣与优质弄了个颠倒!)。

  因此,现在正规的折射(或折反射)天文望远镜的物镜大都由2~4块透镜组成复合透镜,或采用特殊昂贵的光学玻璃制作(如美国Meade公司的ED系列),或将改正镜的镜面磨制成较为复杂的非球面(如施密特系统)等,用来尽可能消除色差与其他像差(但“残余色差”不可能完全消除)。通常折射望远镜的相对口径较小,即焦距长,底片比例尺(单位角距离的天体在底片上成像的距离)大,从而分辨率高,比较适合于做天体测量方面的工作(如测量恒星的位置、双星的角距等)。当然由于它的相对口径(物镜口径/焦距)较小,星象的亮度(所谓“光力”)会减弱,拍摄暗天体时的曝光时间要增加。

  折射望远镜由于对物镜光学玻璃的材质和制作工艺的要求较高,所以成本较高。由于它的镜身特别长,所以限制了它口径的增加,一般业余用的折射天文望远镜口径最大不超过220mm,若再要加大口径,成本将无法承受(相比之下,另两种望远镜的成本要低得多)。但对于小口径望远镜来说,它的制作成本还不算很高,而它的优点是用途较广(既可用于天文观测,也可用来观赏风光),使用和维护较方便,还是比较适合于爱好者选购。

  反射望远镜的物镜是反射镜,为了消除像差,一般制成抛物面镜或抛物面镜加双曲面镜组成卡塞格林系统。在这种系统中,天体的光线在进入目镜前只受到反射,目前反射望远镜在天文观测中的应用已十分广泛。由于镜面材料在光学性能上没有特殊的要求,且没有色差问题,也不需要极长的镜筒,因此,它与折射系统相比,可以制成大口径的望远镜,也可以使用多镜面拼镶技术等;而镜面在镀膜后,可获得从紫外到红外波段良好的反射率;因此较适合于进行恒星物理方面的工作(恒星的测光与分光),目前在世界上设计和建造的大口径望远镜都是采用的反射系统,遗憾的是反射望远镜的反射镜面需要定期镀膜,故它在科普望远镜中的应用受到了限制。

  反射望远镜由于工作焦点的不同又分为牛顿系统、卡塞格林(R—C)系统(如我国最大的2.16米望远镜)和折轴系统等,业余爱好者使用的反射望远镜多为牛顿系统,从外形上看,它与折射与折反射望远镜最大的不同是它的观测目镜在望远镜镜筒的前端(如图)。对业余爱好者来说,其突出的优点是没有色差且价格最低。

  由于反射望远镜的反射镜面在观测时是完全敞开在空气中,没有镜筒与物镜等的保护,所以极易受到尘埃与空气中氧气等的污染与氧化,需要定期拆卸下来清洗、镀膜与重新安装校准,这对于没有经验的爱好者来说是相当困难的事。另外,反射望远镜由于视场很小(一般都小于1°),因此它只能用于天文观测,不能用来观赏风光等,这就使得反射望远镜的应用受到了限制。

  顾名思义是将折射系统与反射系统相结合的一种光学系统,它的物镜既包含透镜又包含反射镜,天体的光线要同时受到折射和反射。这种系统的特点是便于校正轴外像差。以球面镜为基础,加入适当的折射透镜(也称“改正镜”),用以校正球差,获得良好的成像质量。按照改正镜形状的不同,这类望远镜又分为马克苏托夫—卡塞格林系统和施密特—卡塞格林系统(如美国Meade LX200 GPS-SMT望远镜)。由于折反射望远镜具有视场大、光力强、能消除几种主要像差的优点,适合于观测有视面天体(彗星、星系、弥散星云等),并可进行巡天观测。另外,由于它的光线在镜筒内通过反射走了一个来回,所以与同样焦距的折射望远镜相比,其镜筒缩短了一半以上,使整架望远镜的体积、份量大大减小,便于携带进行流动观测。它美中不足的是改正镜很难磨制,所以成本较高,也无法把口径做得很大。但总的来说,由于它优良的成像质量和轻便性、多用途等突出的优点,很适合天文爱好者使用

  由于地球的自转,天空中的所有天体都围绕着地球的自转轴,沿着天球上的赤纬圈作东升西落的周日运动,因此,望远镜所对准的天体,很快便会跑出视场,望远镜需经常不断地调整方向,才能始终对准目标,这就要求望远镜必须安置在一个可以任意自由调整方向的装置上,这种装置有以下两种类型:

  地平装置是望远镜装置中最简单的一种结构形式,它有两根相互垂直的旋转轴,一根位于水平面内,叫水平轴(也即高度轴),可将望远镜在±90°的范围内调节高度;另一根在铅锤方向,叫垂直轴(也即方位轴),可将望远镜在0~360°的范围内调节方位。我们平时所见到的照相机、电影摄影机、摄像机所用的三脚架就是这种地平式装置。望远镜镜筒可以围绕两个轴单独作上下或水平转动。它的优点是结构简单、紧凑,重量对称,稳定性好,造价较低,可架设口径较大的望远镜,圆顶随动控制简单。缺点是由于水平与垂直两个转动方向与天体作周日转动的方向都不一致,所以望远镜在跟踪天体时必须两个轴同时运动,操作比较麻烦;并且长期跟踪时天体的像会在焦平面上旋转,所以不能进行长时间曝光拍摄;另外在天顶处有一无法观测的盲区。

  赤道式装置也有两根相互垂直的轴,一根轴与地球自转轴平行,也即它和地平面的交角等于当地的地理纬度,此轴叫赤经轴(或称极轴),它是跟踪轴,即望远镜在跟踪天体时,围绕其转动。在科普型天文望远镜中,它往往设计成既能手动又能电动跟踪。望远镜围绕此跟踪轴的转速是24h(小时)转一圈,也即15°/h,或15’/min(分钟),与天体的周日运动转速完全一致,所以可以实现望远镜同步跟踪天体的周日视运动,而且跟踪时星象在焦平面上不会旋转,所以可以长时间曝光拍摄。另一根轴叫赤纬轴,望远镜绕它转动时,其指向是沿着与天体的周日运动垂直的方向(即赤纬方向)变化,在跟踪时,望远镜完全不需要绕它旋转,仅仅在找星时才需要绕它转动,因此,科普望远镜大多将望远镜设计成仅能绕赤纬轴手动旋转(在专业望远镜中则必须兼具手动与电动两种功能)。赤道式装置的望远镜按结构主要有德国式、英国式、摇篮式、马蹄式与叉式五种(参见附图),科普天文望远镜采用得最多的是德国式与叉式。

  (a)德国式;(b)英国式;(c)摇篮式;(d)马蹄式(美);(e)叉式(美)

  为了在观测时能够较长时间方便地跟踪天体,建议天文爱好者尽量选用赤道式装置的望远镜。

  当我们了解了天文望远镜的基本光学性能以后,有人可能会只注意了物镜,而忽视了作为望远镜终端设备之一的目镜,其结果常常使再好的望远镜物镜系统也不能充分发挥其应有的本领,只能望天兴叹。

  目视望远镜系统必须由物镜系统和目镜系统共同组成,目镜的好坏直接影响目视系统的成像质量,特别在分辨天体的细节时,目镜的质量尤为重要。

  天文望远镜目镜的作用为:一,使入射到物镜的平行光从目镜出射时仍为平行光;二,将物镜所成的像放大,这对于观测有视面的天体和近距双星等天体是十分重要的。目镜的种类很多,比较常用的有:惠更斯目镜(用字母H表示,MH或HM表示惠更斯目镜的改进型),这类目镜适用于低倍率或中倍率的观测;冉斯登目镜(以字母R表示,适于用作装有十字丝或标尺的目镜),用在低倍率或中倍率的测量性观测;凯涅尔目镜(以字母K表示,是冉斯登目镜的改进型),消除了冉斯登目镜的色差,这种目镜,视场大,常用在低倍率观测上(如观测彗星或大面积的天体);普罗斯尔目镜(以字母PL表示,由两组消色差胶合透镜组成),畸变小,视场大,适用于高倍率及投影观测(如对行星或月球表面细节的观测等),一般配备在较高级的天文望远镜中。

  一架天文望远镜应备有多种目镜,才能适应不同目的的观测,也才能最大限度地发挥它应有的作用。曾有这样的情况:某单位从国外订购了一架较好的天文望远镜,只有两个目镜,但说明书中介绍它有多种目镜。经询问,卖方说,因买方订货时设写明。这是一个教训。因此,订购天文望远镜(特别是高档望远镜)时,事前一定要做好充分的调查了解,可能的话,请比较内行的人把关,以免造成差错与失误。

  天文望远镜的主镜(即物镜与目镜系统)担当观测主角。但是,许多天文观测不是光靠主镜就能全部顺利完成的,它也需要助手,这就是寻星镜与导星镜。

  由于天文望远镜主镜的视场一般都比较小,所以要直接在主镜中寻找到观测目标往往非常困难(因为在目标附近常常找不到任何可以参照对比的其他天体)。为了能迅速地搜寻到待观测的天体,常常在主镜旁附设一个低倍率、大视场的小型望远镜,它就是寻星镜。寻星镜一股都采用折射式的望远镜。它的光轴与主镜光轴平行,这样才能保证与主镜的目标一致(天文望远镜出厂时,一般并未校准好此两根光轴的平行,用户需要先用地面目标来校调寻星镜光轴与主镜光轴平行,即先将望远镜主镜对准地面上远处的某一小目标,再校调寻星镜的光轴,使该目标也落在寻星镜的中心)。寻星镜物镜的口径一般在50~100mm左右,视场在30°~50°左右,放大率在7~20倍左右,焦平面处装有供定标用的分划板。观测时,先用寻星镜找到待观测的天体,将该天体调到寻星镜的视场中央,这时,它也应出现在主镜视场中央部分。

  主镜在进行较长时间的观测时,为了及时纠正跟踪中的误差,在主镜旁设置一个起监视作用的望远镜, 它就叫导星镜,导星镜的口径、焦距与放大倍数均要比寻星镜大,视场比寻星镜小(观测前同样需要校调导星镜光轴与主镜光轴平行)。这样,当观测目标偏离主镜中心时,在导星镜中就能反映出来,可以及时将它调回视场中心。有些普及型天文望远镜只有寻星镜与导星镜之中的一个。

  在“天文望远镜的光学系统与机械装置”一文中,我们已经知道望远镜在观测时需要绕着赤经轴(极轴)旋转以跟踪天体的周日运动。为使镜筒自动作跟踪转动,就需要安装相应的驱动装置,该装置的机械电子系统叫转仪钟。本世纪以前的转仪钟,其动力靠链条式的重锤或发条提供,旋转速度靠离心调速器来控制。现在转仪钟的动力靠马达带动,速度由天文钟或无线电振荡器来控制。导星是为了弥补自动跟踪中所不可避免的误差。

  对于天文普及工作者或天文爱好者来说,选择天文望远镜最好是要能跟踪天体周日运动的赤道式装置。

  应该说没有终端探测器的望远镜还称不上是一个完整的望远镜,望远镜的物镜将无穷远的天体成像在焦平面上,再通过不同的终端探测器来接受所需要的信号。事实上人的眼睛就是一个天然的探测器,在天文观测中除了用人眼外,还使用照相底片、光电光度计、CCD(电荷耦合器件)照相机、光谱仪等终端来接收和记录信息。对于大部分爱好者来讲,主要还是使用照相底片来进行天文观测。当然,目前已有越来越多的的学校和个人开始使用数码相机和非专业级的CCD接收器(如LPI系统等)来观测与进行数据处理,使得观测与数据处理的水平大大前进了一步。

  选择天文望远镜时最重要的两条参考依据是价格与使用目的,即根据需要购置天文望远镜的单位及个人可承受的价格以及使用目的来确定所选购望远镜的种类、规格与档次。

  我们已经知道天文望远镜按光学系统可分为折射式、反射式与折反射式;按机械装置可分为地平式与赤道式;现在要告诉你的是:按使用时的安装方式又可分为固定式及便携式两种,而固定便携两用式兼有以上两种的特点。在选用时,请注意以下的介绍:

  固定式天文望远镜一般都装在天文圆顶室或其它观测室内,当安装调试完毕后,一般不再轻易搬动。

  固定式天文望远镜的装置稳定、可靠,结构比较复杂,有较高精度地调整极轴使之位于子午面(南北平面)并指向北天极、并能牢靠锁定的结构,以保证望远镜极轴稳定地、精确地指向北天极。

  固定式装置所采用机械装置形式最为多样,其中德国式、叉式、地平式都被广泛采用,但一般以德国式比较常用。德国式装置的优点是结构稳定、镜筒及接收器的换用较为方便,这些优点在固定式装置中得到充分的发挥。

  当然,对于一些反射望远镜及折反射望远镜,特别是口径大于500mm大型望远镜,叉式结构还是很有利的并应用得很广泛的。

  固定式望远镜的转仪钟一般精度与自动化程度都相当高。它的传动系统必须稳定、可靠,末级蜗轮(或齿轮)的直径一定要与望远镜的口径相当,且一般要求模数较大、精度较高。选择时应充分注意这一点。望远镜一定有自动跟踪系统,并且赤经、赤纬传动一定有慢动及微动。从可靠的角度来考虑,快动采用手动比较有利,但随着计算机技术的普及,应用计算机寻星及演示时,则要求望远镜的快动必须是电动。由于固定式望远镜的驱动装置不必为电源负荷担忧,因此无论是同步电机、直流电机或步进电机驱动系统都被广泛应用。

  原则上讲,所有的天文望远镜光学系统都可以用于固定式望远镜中,但是,固定式望远镜的稳定性要求高,对于折射望远镜来讲则优点最多。如:

  (5)同等口径下,因为其没有中间反射的元件而通光量大于反射或折反射望远镜。

  但是,同等口径条件下,折射镜的价格将是最高的,因为镜筒长,其它的所有构件都要加大,成本就高。此外,镜简长,观测室就得大,增加建设费用。

  此外,普通单位采用的折射望远镜的口径不宜太大,一般不超过200mm。6m的圆顶室内可容纳的折射望远镜的最大口径约为250mm。若要求更大口径,建议采用反射望远镜或折反射望远镜。

  绝大部分天文爱好者都希望拥有一台轻便结实、性能优良、拆装调方便、而且价格不太高的便携式天文望远镜。由于城市内光污染严重,要想得到一张高质量的天文照片,必须携带仪器到农村或山上去(当然有条件者在光污染少的地区建立天文台,安装较大的望远镜又当别论)。

  星迹、黄道光等的拍摄,需要有一座稳固的且携带方便的照相机或摄像机三角架,一般购买国产的三角架即可,使用任何品牌的135相机或120相机均可,照相机焦距一般选用28~80mm。

  便携式装置一般采用德国式或叉式两种,脚架采用伸缩式或拆装式,一般以伸缩式较为方便。由于便携式要求轻便而不失稳定,三角架一般用铝合金制成。为实现稳定,三角架的截面要宽大,但管壁则不必太厚,三角架的横撑对稳定度起着重要的作用。

  (1)德国式装置不仅广泛用于小型折射望远镜中,同时也应用于折反射和反射望远镜中。由于相对口径较小的折射望远镜在同样口径的各类望远镜中焦距最长,因而它作为便携式望远镜中一般口径不能太大,相对口径在1/12左右的折射镜一般口径不宜超过100mm,否则就过于笨重;而对于反射或折反射望远镜则当别论,拿短镜筒的折反射望远镜来说,甚至可将便携式望远镜的口径做到300mm(当然,300mm口径的便携式望远镜一般都须有两人以上拆装)。德国式装置对于业余观测者来讲,最大的好处在于可以根据拍摄天体对象的不同,“随心所欲”地更换不同的镜筒和接收器。

  (2)叉式装置一般仅用于折反射望远镜。由于这种装置没有笨重的平衡锤,因此在同等口径的望远镜中自重较轻,再加上赤纬系统有两个固定点,赤经传动系统的末级也可做得较大而十分稳定,精度也比较容易做得高,因此叉式装置在便携式望远镜中十分重要,为很多业余观测者所青睐。

  便携式望远镜的转仪钟设计中一般须考虑重量与精度的匹配,有时为了减轻重量而不得不降低一些精度。一般来讲,便携式望远镜的跟踪精度不及固定式的高,末级蜗轮(或齿轮)也小于固定式。便携式望远镜的如要长时间曝光拍摄,需靠不停地导星来提高拍摄精度。

  对于电机选用,小功率的直流电机、步进电机及同步电机都在可选范围。由于便携式望远镜经常要在没有市电供应的地方观测,电池或蓄电池供电的将作为首选。

  便携式望远镜的转仪钟一般仅有“恒动”(即与天体周日运动同步的跟踪转动)为电动,其余快、慢、微动均为手动,但具备慢、微电动的转仪钟,将会对拍摄时的导星带来很多方便之处。近来,单片机控制的小型转仪钟控制器已问世,这对于寻星及导星带来很大的方便。例如美国Meade LX200 GPS-SMT望远镜(固定与便携两用式),与全球定位系统(GPS)联网,实现定位、校准、寻星、跟踪的全自动控制,将望远镜的控制提高到世界顶级水平(详见“相关文章”中“美国Meade LX200 GPS-SMT望远镜简介”一文)

  天文望远镜是精密仪器,维护的好坏直接影响到望远镜的使用和寿命,故必须要专人使用、专人保管,非专业人士不要轻易拆卸与修理。

  (1) 保证望远镜放置在通风、干燥、洁净的地方;所有的目镜、棱镜、二次成像镜及其它小的光学零附件,不使用时应放入带干燥剂的干燥箱或干燥缸内,同时要时常注意更换新的干燥剂。在雨雪天、风沙、湿度大(超过85%)的天气均不要使用望远镜,也不要打开物镜盖,特别是对于无密封窗的反射望远镜,灰沙是最大的敌害。在南方的霉雨季节可将镜筒两头用不透气的塑料袋扎紧,内部放置袋装的干燥剂(不要接触镜头),并注意经常替换新的干燥剂,以保持物镜的干燥。

  (2) 光学镜面上如有灰尘等脏物,应用吹耳球轻轻吹去,不能用嘴吹,以免唾沫溅到镜面上;也千万不要用布和硬毛刷去擦拭,以免损坏镀膜层与镜面;光学镜面上千万不要用手去摸,留下的指印往往会腐蚀镜面而造成永久性痕迹。若一旦不慎留下指印须尽快清擦,应当用无水乙醇和各50%的混合液滴在干净的脱脂纱布上,从镜面中心按顺时针或逆时针方向轻轻地向镜面边缘转擦(只能向一个方向轻擦,不能来回擦),并不断更换脱脂棉球,直到擦净为止。望远镜镜面除平时注意保护外,应不定期的进行清洁,对透镜切勿使用有机溶剂,以免损坏增透膜;对镀铝反射镜面,尽量不要擦拭,以免铝膜受损或脱落。

  (3)便携式望远镜尽量不要在雾气很重的森林边、水边及海边观测,若迫不得已必须观测的话,观测完后应尽快按上述方法擦拭一遍。

  (4)反射望远镜的反射镜面应定期(一般情况下1~3年)进行镀膜,以保证反射镜面具有良好的反射率。

  (1)望远镜的机械及跟踪系统是属于高精度的传动系统,但由于其转速较慢,一般不需要经常维护,只是要按照说明书的要求,不要过载使用并定期加入同样型号的润滑油(脂);若润滑油(脂)的型号不同,请将原来的润滑油(脂)用煤油等清洗干净后再加入新的润滑油(脂),注意千万不要将不同类型的润滑油(脂)混合使用。有条件的单位或个人,如能在使用几年后,请专业人员重新清洗、加油、调整,将是十分有益的。

  (2)望远镜的控制系统应不定期的进行检查,使用时应严格按照说明书的要求操作,平时应防止水滴、水汽、异物进入电路部分,电池长期不用应取出保存好。

  望远镜的电控系统因型号、功能的不同而差别甚大,但使用维护的注意点基本相同:

  (1)检查输入的交流电压是否和望远镜的额定电压相同,使用直流电源时也应注意电池组或蓄电池的额定电压是否与望远镜电控要求一致。

  (2)在大功率驱动电路中,请注意大功率管的散热片不要相碰短路,以免烧坏管子。

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