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天文望远镜的基本光学性能参数
摘自《天文摄影与望远镜使用》 作者:卢保罗 蓝松竹 张元东 扫描整理 覃 育
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天文光学望远镜的基本性能参数主要有下列几项:
1、物镜的口径(D)
望远镜的物镜口径一般是指有效口径,也就是通光直径,即望远镜的入射光瞳直径,是望远镜聚光本领的主要标志,而不是指镜头的玻璃的直径大小。
2、焦距(f)
望远镜光学系统往往有二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,而目镜焦距用f’表示。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,焦距越长,天体在焦平面上的影像尺寸就越大。
3、相对口径(A)与焦比(1/A)
望远镜有效口径D与焦距f之比,称为相对口径或相对孔径A,即A=D/f。这是望远镜光力的标志,故有时也称A为光力。彗星、星云或星系等有视面天体的成像照度与相对口径的平方(A2)成正比;流星或人造卫星等所谓线性天体成像照度与相对口径A和有效口径D之积(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1/A(即f/D。照相机上称为光圈号数或系数)。
4、分辨角(它的倒数称分辨本领)
刚刚能被望远镜分辨开的天球上两发光点之间的角距,称为分辨角,以δ表示。理论上根据光的衍射原理可得
δ=1.22λ/D
式中λ为入射光波长。在取人眼敏感波长(λ=5.55×10-4mm)时,δ用弧度表示,有
δ”=140”/D (D以mm为单位)
对于照相望远镜,δ取下式:
δ”=(3100A+113)/D (D以mm为单位)
此为理论的分辨角,实际上因光学镜头的加工质量及观测条件的影响,很难达到此理想的数值。而对于照相观测,对于同一天体,物镜焦距越长在焦平面上天体影像就越大,此为比例尺,以每毫米对应天体上的张角α”来表示:
α”=2062****/f
例如对于KP200R的主镜筒,f=2400mm,则比例尺α”=2062****/2400=86”/mm
5、放大率(G)
对目视望远镜而言,物镜焦距为f,目镜焦距为f’,则放大率为
G=f/f’
由式可知,只要变换目镜,对同一物镜就可以改变望远镜的放大倍数。由于受物镜分辨本领,大气视宁静度及望远镜出瞳直径不能过小等因素的影响,一台望远镜的放大倍数不是可以任意过大的配备的。根据观测目标及大气视宁静度的实际情况,放大率一般控制在物镜口径毫米数的1~2倍。
6、视场角(ω)
能够被望远镜良好成像的天空区域,直接在观测者眼中所张的角度,称为视场或视场角(ω)。望远镜的视场往往在设计时已被确定。折射望远镜受像质的限制而约束了视场角,反射望远镜或折反射望远镜往往受副镜尺寸影响而约束了视场角。但对于天体摄影,视场还可能受接收器像素尺寸大小的约束。
望远镜的视场与放大率成反比,放大率越大,视场越小。
在未知视场的数值时,可以自行测量。以望远镜对准天赤道附近某一颗恒星,调好仪器,使星像在视场中央通过。仪器不动(不开转仪钟),记录该星经过视场的时间间隔,设为t秒,星体的赤纬为δ,则视场角为
ω=15ts cosδ
7、极限星等或贯穿本领
在晴朗无月的夜间,用望远镜观察天顶附近的最暗星的星等,称为极限星等(mb),极限星等与望远镜的有效口径、相对口径、物镜的吸收系数、大气吸收系统和天空背景亮度等多种因素有关。不同作者给出的经验表达式,略有差异。较简单的估计式为
mb=6.9+5lgD
式中D用cm为单位,对于照相观测,极限星等还跟露光时间及底片特性等有关。有一个常用的经验公式:
mb=4+5lgD+2.15lgt
式中t为极限露光时间,不考虑底片的互易律失效,也没有考虑城市灯光的影响。检验望远镜极限星等的方便方法,是利用昴星团中央处选标星的标准星等(见下图),或者用北极星(NPS)的标准星等(照相星等,仿视星等)来估计或推算。