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望遠鏡選購指南(3)︰天文望遠鏡的基本光學性能指標

(2005年10月25日 11:24:18)

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[1]



隨著我國教育事業的不斷發展,作為六大基礎學科之一的天文學越來越受到人們的重視。一些地方的大、中、小學都先後建立了小型天文台、天象廳,天文愛好者的隊伍也日益壯大。對于天文愛好者和從事天文科普教學的老師來說,擁有一架品質優良的科普天文望遠鏡是最基本的要求;經濟條件好的單位和個人也希望建造天文圓頂,配置較為專業的天文望遠鏡和各種先進的終端設備(如CCD照相與傳送、處理系統等)。

  在天文觀測的對象中,有的天體有視面,有的沒有可分辨的視面;有的亮度極強,有的又極其暗弱;有的運動快速,有的只作周日旋轉……五花八門,千差萬別。觀測者應根據觀測目標和目的,選用不同的望遠鏡,或采用不同的方法進行觀測。一般說來,普及性的天文觀測多屬于綜合性的,要考慮“一鏡多用”。所以在選擇天文望遠鏡時,一定要充分了解它的基本性能指標、主要分類和各自的優缺點以及如何正確選購、使用、維護和保養等基本知識。

 

提示︰在閱讀以下內容之前,最好先“怎選擇雙筒望遠鏡”一文,以掌握相關的基本知識。

 

天文望遠鏡的基本光學性能指標

  評價一架望遠鏡的好壞,首先要看它的光學性能,其次看它的機械性能(指向精度與跟蹤精度)。

  光學望遠鏡的光學性能一般用下列指標來衡量︰

  1.物鏡口徑(D)

  望遠鏡的物鏡口徑一般指有效口徑,也就是通光口徑(不是簡單指鏡頭的直徑大小),是望遠鏡聚光本領的主要標志,也決定了望遠鏡的分辨率(通俗地說,就是看得清看不清)。它是望遠鏡所有性能參數中的第一要素。望遠鏡的口徑愈大,聚光本領就愈強,愈能觀測到更暗弱的天體,看亮天體也更清楚,它反映了望遠鏡觀測天體的能力,因此,愛好者在經濟條件許可的情況下,應盡量選擇口徑較大的望遠鏡。
  2.焦距(f)
望遠鏡的焦距主要是指物鏡的焦距。望遠鏡光學系統往往由兩個有限焦距的系統組成,其中第一個系

統(物鏡)的像方焦點與第二個系統(目鏡)的物方焦點相重合。物鏡焦距常用f表示,而目鏡焦距常用f'表示。
  比如F700´60天文望遠鏡的物鏡焦距(f)為700mm。目鏡PL9的焦距(f')為9mm。

物鏡焦距f是天體攝影時底片比例尺的主要標志。對于同一天體而言,焦距越長,天體在底片上成的像就

越大。
  3.相對口徑(A)與焦比(1/A)
相對口徑A又稱光力,它是望遠鏡的有效口徑D與焦距f之比,即A=D/f。它的倒數(1/A)叫焦比(即

f/D,照相機上稱為光圈數)。例如70060天文望遠鏡的相對口徑A(=60/700) 1/12,焦比f/D(=700/60)

 11.67。相對口徑越大對觀測行星、彗星、星系、星雲等延伸天體越有利,因為它們的成像照度與望遠

鏡的相對口徑的平方(A2)成正比;而流星或人造衛星等所謂線形天體的成像照度與相對口徑A和有效口

徑D的積(D2/f)成正比。因此,作天體攝影時,要注意選擇合適的A或焦比。

  一般說來,折射望遠鏡的相對口徑都比較小,通常在1/15∼1/20,而反射望遠鏡的相對口徑都比較大,

常在1/3.5∼1/5。觀測有一定視面的天體時,其視面的線大小和f成正比,其面積與f2成正比。象的亮度與收集到的光量成正比,即與D2成正比,和象的面積成反比,即與f2成反比。

  4.放大率(或倍數)(G)
  對目視望遠鏡而言,放大率(倍數)是觀測目標的角度放大率(相當于將目標拉近到倍數分之一)。它等于物鏡焦距f和目鏡焦距f'之比,即放大率(G)=f/f'。如70060天文望遠鏡若使用H20目鏡,則放大率為700/20=56´(倍),只要變換目鏡,對同一物鏡就可以改變望遠鏡的放大倍數,目鏡焦距越短,得到的放大倍數就越大,所以我們看到,要提高放大倍數其實並不困難。但是正如我們在“怎樣選擇雙筒望遠鏡”一章中已經介紹的那樣,放大倍數越高,成的像就越模糊而且越不穩定。因為天文望遠鏡和顯微鏡不一樣,地面天文觀測的效果如何,除儀器的優劣外,還受地球大氣的明晰度和寧靜度的影響,受觀測地的環境等諸多因素的制約。一般每架天文望遠鏡都配有幾個不同焦距的目鏡,也就是有幾個不同的放大倍率可選用。觀測時,絕不是以最大倍率為最佳,而應以觀測目標最清晰為準。而且,一架天文望遠鏡的最大放大倍數也不是可以隨意增大的,由于受物鏡分辨本領,大氣明晰度、寧靜度及望遠鏡出瞳直徑不能過小等因素的制約,根據觀測目標及大氣的實際情況,最大放大率一般控制在物鏡口徑毫米數的1∼2倍。比如70060天文望遠鏡在大氣寧靜度極好的情況下,其最大有效放大倍率不應超過2´60=120´(倍),在一般情況下,當放大率超過物鏡口徑毫米數的1倍時,成像質量就不太理想了。

  5.視場角(ω)

  能夠被望遠鏡良好成像的天空區域的角直徑稱為望遠鏡的視場或視場角(ω)。望遠鏡的視場往往在設計時已被確定。望遠鏡的視場與放大率成反比,放大率越大,視場越小。不同的光學系統、不同的成像質量(由像差大小而造成)、不同的口徑、不同的焦距,決定了望遠鏡不同的視場的大小(對天體攝影來說,底片或CCD的尺寸也會約束視場的大小)。反射望遠鏡的視場最小,一般都小于1度;折射望遠鏡較大,能達到幾度;折反射望遠鏡的視場最大,能達到十幾度甚至幾十度。

  6.分辨本領
  望遠鏡的分辨本領由望遠鏡的分辨角(δ)的倒數(1/δ)來衡量,分辨角通常以角秒為單位,是指剛剛能被望遠鏡分辯開的天球上兩發光點之間的角距。對于目視望遠鏡,根據光的衍射原理可推得望遠鏡的理論分辨角(相對于人眼最敏感的波長λ=555納米而言)為︰δ”=140/D(mm)(式中D為物鏡的有效口徑)。

  由于大氣寧靜度與望遠鏡系統像差等的影響,望遠鏡的實際分辨角要遠比理論分辨角大(較好的望遠鏡也只能介于0.5到2角秒之間)。
  望遠鏡的分辨率越高,越能觀測到更暗、更多的天體,看到的像也越清楚。所以說,高分辨率是望遠鏡最重要的性能指標之一。

  7.極限星等(貫穿本領)
  星等是用來表示天體相對亮度(即晴好天氣在地面上觀測的亮度,而不是它們的真實亮度)的數值,星等數值越大,亮度越小。例如︰太陽約為-26.7等、滿月(平均亮度)約為-12.7等、天狼星約為-1.6等、織女星約為0.1等、牛郎星約為0.9等、北極星(小熊座α)約為2.1等……1等星約比6等星亮100倍。在晴朗無月的夜間,如果我們將望遠鏡指向天頂,所能看到的最暗星的星等,稱為望遠鏡的極限星等(也稱貫穿本領)。人眼一般能看見的最暗星等為約為6等,而望遠鏡可以看見的最暗星等主要是由望遠鏡的有效口徑決定的,口徑愈大,看見的星等也就愈高(如50毫米的望遠鏡可看見10等星,500毫米的望遠鏡就可看到15等星)。當然,實際上除了望遠鏡的有效口徑外,極限星等還與望遠鏡物鏡的吸收系數、大氣吸收系數和天空背景亮度等諸多因素有關;對于照相觀測,極限星等還與露光時間及底片特性等有關。



天文望遠鏡型號中的數字代表什麼意義?

  和雙筒望遠鏡不同的是,天文望遠鏡型號中並不出現放大倍數,而代之以物鏡的焦距。例如︰

“70076”表示該望遠鏡物鏡的焦距為700mm,物鏡口徑為76mm;“1800150” 表示該望遠鏡物鏡的焦距為1800mm,物鏡口徑為150mm……也有將口徑放在焦距之前來表示的,如以上兩款望遠鏡也有表示為“76700”和“1501800”的。不管如何表示,其中數字較大的那個為焦距,數字較小的那個為物鏡口徑,是不容易搞錯的。
 

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責任編輯:skylook

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望遠鏡選購指南(5)︰天文望遠鏡的目鏡、尋星鏡、導星鏡、轉儀鐘和終端設備
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