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望远镜:人类的“千里眼”

2016-08-17 09:19  来源: 科普中国-科学原理一点通

 

人类的视力相对有限,肉眼所能看到的景物并不算遥远。望远镜的发明,帮助人们拥有了更加广阔的视野。望远镜是一种可以用来观测遥远物体的光学仪器,又被称为人类的“千里眼”。

 

望远镜

 

没有望远镜的时代望远镜的发明给人类带来了很大的进步,可是在没有望远镜的时代,天文学家又是如何观测天象的呢?那时候的天文学家主要进行计量时间和观察天体方位的工作。

中国最古老的天文仪器是西周初期发明的圭表,它主要由圭和表两部分构成,其中圭沿着正南北方向水平放置,而表则竖立在圭的南端,并且向头顶方向延伸;表一般为“八尺”高,其顶部有一个圆孔,当阳光穿过圆孔时,就会在圭面上留下孔影,从而计算出时间。

圭表是用来计算时间的,而中国古代还有另一种仪器叫“浑仪”,是用来测量天体位置坐标的,其主要结构包括瞄准待测天体的窥管、反映各种坐标系统的读数环、支承结构和转动部件等。在使用浑仪的过程中,只要利用窥管对准某个需要观测的天体,就能够从多组环圈中显示出该天体的几种坐标。直到北宋元祐年间,苏颂和韩公廉一起制作了元祐浑仪,后来它被安装在两人制作的水运仪象台中。这一动力装置科学而实用,能够帮助古代天文学家全方位地观测各种天体的运转,而且它的屋顶可以随时开启,算是开创了现代天文台活动屋顶的先河,可见中国古代天文学家具有怎样先进的思想及智慧!

在国外,16世纪后半叶,丹麦天文学家第谷在汶岛建立了天文台,还在天文台上安装了最著名的墙象限仪。这台仪器可以用来观测天体过子午圈时的地平高度,也就是天体方向对地平面的倾角。第谷研制的古典天文仪器不但结构奇特、精细,而且观测的精度很高。第谷留下的许多观测资料,成为后世天文学家学习和研究的宝贵内容,其中受益最大的便是德国天文学家开普勒,他在第谷的研究基础上,得出了著名的行星运动定律。

 

圭表

 

世界上第一架望远镜的诞生很多人都认为,世界上第一架天文望远镜是意大利科学家伽利略发明的,可是伽利略本人却否认这一点,他说自己并不是第一架望远镜的发明人。这是怎么回事呢?

1609年8月21日,伽利略在一个公开场合展示了世界上第一架天文望远镜。不过在这之前,荷兰眼镜手工业者汉斯•利波赛却申请了望远镜专利,因为他制造出了世界上第一架望远镜。利波赛有两个调皮捣蛋的孩子,他们在利波赛的眼镜店里玩耍,其中一个孩子不知道从哪里找来两块报废的眼镜片,并且将它们重叠在一起,放在眼前观察。这时候,小家伙惊讶地发现远处的教堂居然近在咫尺。这也引起了利波塞的注意,他将两个凸凹的镜片装入一个长圆筒,制造了世界上第一架望远镜。

后来,发明望远镜的消息传到了意大利,伽利略得知后按此方法制作了一个放大20倍的望远镜,他利用它来观察星星,居然看到了月球上的环形山和木星上的圆面。1610年,他又利用放大30倍的天文望远镜观测到木星的4颗卫星,并且观测到了金星的圆缺变化。由于伽利略改进了望远镜的性能,又利用它们来观测各种宇宙天体,并且首次发表了观测结果,所以确切地说,伽利略是发明天文望远镜的人,而利波塞是发明望远镜的人。

 

天文望远镜

 

打开业余天文望远镜的视角许多人都对天空充满了好奇,想一睹群星的芳容,望远镜的发明正好满足了人类的好奇心。很多人以为只有专业的大型望远镜才能够进行天文观测,事实上天空中的一些较为明亮的天体,也可以利用业余天文望远镜进行观察和欣赏。

事实上,当代中高级业余天文望远镜的性能远远超过伽利略、牛顿时代的专业望远镜。如果我们利用业余天文望远镜观察月球,就会发现月球表面上的阴影原来是高低起伏的环形山;如果把业余天文望远镜对准土星,就能够清楚地看到环绕在土星周围的美丽光环;如果将望远镜对准银河,就会发现那条缥缈的天河原来是由无数的星星组成的……

当我们使用质量较好的业余天文望远镜时,就可以对夜空中的天体进行更加仔细的观察了。比如,我们可以看到木星表面的大红斑和条纹;可以看到金星的盈亏现象;可以看到火星的极冠等等。如果去到观测条件更好的山区,我们甚至可以通过业余天文望远镜观测到宇宙中那些美丽而奇幻的星云和星系。

中国打造的巨型望远镜如果你有机会去参观天文台,肯定会被那些个头巨大的天文望远镜所震撼。当然,和一些世界级的大型天文望远镜相比,它们还是显得相形见绌。

由于大型天文望远镜在宇宙观测中具有无可替代的重要作用,中国也在天文望远镜的建议方面投入了大量的人力与物力。2008年,中国的大天区面积多目标光纤光谱望远镜(简称:LAMOST),在国家天文台兴隆观测基地建立,后来它被正式命名为“郭守敬望远镜”,其主镜直径达7米,由37块六角形小镜面组成,可以同时跟踪4000个天体目标。2009年,中国又在上海佘山建成了一台可动镜面射电天文望远镜,它的口径达到了65米,排名亚洲第一。目前,中国正在建议世界最大的“500米口径球面射电望远镜”(简称:FAST)。当它建成时,中国将走上天文观测的世界前沿。

除此之外,中国还参与建立了一些大型天文望远镜的国际合作项目,比如由加拿大和美国发起建造、台址选在美国的30米口径望远镜(简称:TMT)。

 

 

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作者: 科普中国-科学原理一点通   [责任编辑: 宋金玉]