物鏡口徑,通常簡(jiǎn)稱為“口徑”,是指望遠(yuǎn)鏡中起主要聚光作用的那片鏡片未受遮擋的部分,即實(shí)際有效的那部分鏡片的直徑。對(duì)于折射望遠(yuǎn)鏡,物鏡口徑是望遠(yuǎn)鏡前端的凸透鏡(或透鏡組)的有效通光口徑。對(duì)于反射望遠(yuǎn)鏡,物鏡口徑是望遠(yuǎn)鏡鏡筒后部的反射鏡的有效通光口徑。而對(duì)于折反射望遠(yuǎn)鏡,物鏡口徑通常用望遠(yuǎn)鏡前端的改正鏡和后部的反射鏡的口徑共同表示。物鏡口徑是衡量望遠(yuǎn)鏡(特別是天文望遠(yuǎn)鏡)性能指標(biāo)的最重要的參數(shù),它的大小直接決定了望遠(yuǎn)鏡的聚光本領(lǐng)。
物鏡口徑與分辨本領(lǐng)
物鏡口徑與望遠(yuǎn)鏡的分辨本領(lǐng)有直接的關(guān)系。天文望遠(yuǎn)鏡中剛剛能夠區(qū)分開兩個(gè)星點(diǎn)的角距離叫做分辨角,用希臘字母δ表示,采用弧度做單位。分辨角越小,表示越能分辨出靠得近的天體。分辨角與物鏡口徑的關(guān)系(瑞利關(guān)系)是:
其中λ是入射光的波長(zhǎng),D是望遠(yuǎn)鏡的物鏡口徑。
上式僅僅是望遠(yuǎn)鏡理論上能夠達(dá)到的分辨角的極限。實(shí)際上由于大氣湍流、望遠(yuǎn)鏡鏡片本身的形狀偏差等原因望遠(yuǎn)鏡很少能夠達(dá)到此理論值。
從上式中可以看出,物鏡口徑越大,分辨角越小,望遠(yuǎn)鏡的分辨本領(lǐng)越高,分辨出天體細(xì)節(jié)的能力越強(qiáng)。此外,望遠(yuǎn)鏡的口徑越大,收集到的光越多,從而能夠看到越為暗弱的天體。基于以上原因,現(xiàn)代的大型望遠(yuǎn)鏡都以追求大的物鏡口徑為主要目標(biāo)。
建造大口徑的望遠(yuǎn)鏡
20世紀(jì)90年代之前,世界上口徑最大的望遠(yuǎn)鏡是位于蘇聯(lián)高加索山上的特殊天體物理天文臺(tái)的6米口徑望遠(yuǎn)鏡。然而許多人認(rèn)為,由于工藝的原因,它的實(shí)際效果不及當(dāng)時(shí)的世界第二大望遠(yuǎn)鏡——美國帕洛瑪山上的口徑為5.08米(200英寸)的海爾望遠(yuǎn)鏡。
20世紀(jì)90年代以后,世界各國相繼建造了一批口徑達(dá)到8-10米的望遠(yuǎn)鏡。比較著名的有:位于美國夏威夷莫納克亞山上的兩臺(tái)10米口徑的凱克望遠(yuǎn)鏡,歐洲南方天文臺(tái)建造的、位于智利的4臺(tái)8米口徑的甚大望遠(yuǎn)鏡(VLT)。著名的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的口徑為2.4米。
等效口徑
如果把幾臺(tái)望遠(yuǎn)鏡接受的光合并起來,其效果往往可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過一臺(tái)單一的望遠(yuǎn)鏡。這時(shí)候通常采用“等效口徑”來衡量望遠(yuǎn)鏡的實(shí)際效果。例如,由4臺(tái)8米口徑望遠(yuǎn)鏡組成的甚大望遠(yuǎn)鏡(VLT)相當(dāng)于一臺(tái)等效口徑為16米的望遠(yuǎn)鏡。通過這種方式,天文學(xué)家可以利用多臺(tái)望遠(yuǎn)鏡的組合,實(shí)現(xiàn)更高的觀測(cè)分辨率和更強(qiáng)的光收集能力。
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