射电望远镜和光学望远镜「望远镜分类」

今天带来射电望远镜和光学望远镜「望远镜分类」，关于射电望远镜和光学望远镜「望远镜分类」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

61 光谱有三种基本形式。就是通常所说的连续谱、吸收谱和发射谱。

62 热固体或者高压下的热气体产生连续谱。连续谱就是颜色连续扩展开，例如从红到紫。

一个热的铁拨火棍，电灯泡里白炽的灯丝，或恒星的内部都产生连续谱。

63 很多恒星有吸收谱或黑线谱。吸收谱或黑线谱就像它的名字显示的，是有黑线穿过的连

续谱。当一个恒星产生连续谱后，在辐射穿过空间传送到我们地球这儿以前必须穿过恒星大

气。恒星大气中的冷的气体可以吸收连续谱中特定波长的辐射并且在所有的方向折射反射这

些不连续的颜色。这样，这些特定波长的光就很少向我们这个方向传播，这些波长就在恒星

的光谱中显示成暗线。随后要讨论的，恒星中的每种元素吸收特定的波长，所以谱线的鉴定

可以告诉我们特定恒星大气中的元素和其他很多东西。

冥星

64 行星也展示出吸收谱线。行星本身不发射光，但是仅仅把太阳光反射到宇宙空间。结果

就是，行星的光谱实际就是太阳的光谱只不过由于光线穿进穿出行星大气而产生了额外的对

应黑线。

65 非常低的压力下的气体通常产生发射谱或亮线谱。在宇宙空间中这种状态通常存在于恒

星的热的稀薄的大气中（像太阳大气中叫做色球层的区域）和恒星吹出的叫做行星星云的气

体层。就像名字暗示的，发射谱由叠加在连续的或暗的背景上的一系列亮线组成。

66 什么是光？这很有讽刺性。光就在我们周围，因为它我们才能看到东西。但是要精确的

说它是什么却不容易。光可以被认为是有时具有波的性质的在时空中传播的粒子。这是因为

光具有双重的性质。如果你想把它描述成波，想象一下大海中一排排的波浪。当然光波不是

水组成的而是电能和磁能在空间的共同传播。我们叫做电磁波或电磁辐射。真空中光波的速

度是 30 万千米每秒。从一个波峰到下一个波峰的距离叫波长，一秒钟内通过一个固定点的

波峰叫做波的频率。

67 光波有非常短的波长。鉴于你习惯于在大海或湖泊中看到的波长有几分米到几米的长短，

光波波长大约从 300 纳米到 700 纳米。

可视化的光波

68 这种不同就是我们称作的颜色。当 650 纳米的光照射到你的眼睛时，你看到红色。不是

因为你生气了，而是这个波长的电磁波刺激了具有正常颜色分辨能力的人的眼睛的视网膜才

让你看到了红色。如果 400 纳米左右的电磁波射到你的眼睛你会看到紫色。波长在上述中间

的电磁波刺激我们的眼睛可以让我们看到其他的从红到橙然后到黄、绿和蓝再到紫。不同的

颜色只是由于不同的波长而没有什么其它的。这一我们人眼敏感的颜色或波长分布就被称作

可见光谱。

69 在可见光谱以外还有很多很多。只是因为我们的眼睛看不到比紫色光波波长更短的波长

并不意味着自然不产生它们。实际上存在。这就是那些可以使我们产生灼伤和使某些物质发

荧光的高能射线。因为这些射线有着紫外以外的波长我们叫它紫外射线。在更短的波长我们

发现辐射有着更高的能量可以穿过人的身体。我们叫它们 X 射线。在更短波长更高能量我们

发现γ射线。在另一方向，在红光以外我们发现辐射刺激皮肤是我们感觉到热却看不到它。

我们叫它红外。在更长的波长上，我们碰到能使你的晚餐迅速做好的微波。再长的波长（现

在就在厘米和米的量级了），我们有世界上用来传播音乐、新闻和信息的波——电磁波。

70 所有这些不同形式的电磁辐射有着不同的名称是因为我们在不同的时间发现它们的。最

重要的一点实际上它们都是相同的。它们都是电磁波。它们只是波长不同。加起来，这一整

个的从射电波到γ射线的跨度组成了电磁波谱。

71 人眼只是对整个电磁波谱中的一小部分敏感。可见光只组成了整个电磁波谱的一小部

分。因为这个原因我们实际上只看到了我们身边东西的一小部分。想想做一个类比，只能听

到钢琴上的一个键或者管弦乐队演奏的中音 C 两边的很少一部分。这就指出了我们只用眼睛

或光学望远镜看到的整个宇宙的部分的多少。

72 宇宙中的物体发射出比我们的眼睛看到的宽的多的辐射谱。我们的太阳在光学波段发出

比其它波段多的多的辐射（这正是我们眼睛敏感的波长范围，这恐怕不是一个巧合），但是

太阳实际上辐射所有的波谱。太阳实质发出射电波，红外和紫外波，也发射 X 射线和γ射线。

实际上所有的其他恒星和星系都一样。使用适当的仪器，连续谱、吸收谱和发射谱或者天体

在其它波段的直接的像可以得到并且研究。

73 天体在不同的波段看时经常显得奇异。如果我们的眼睛可以像可见光一样看到其它波段

的光的话，使用适当的仪器，天文学家可以使天体形成我们眼睛看到的一样的像。（可以把

红外辐射转换成可见光而使我们看到黑暗中的物体的夜视镜和医院中拍的 X 射线片是简单

的非天文应用的例子。可见光谱以外的天文图像可能是惊人的。例如在 X 射线波段，太阳明

亮的盘几乎是黑的，但是在可见光波段几乎是黑的磁暴在 X 射线波段有着极其明亮的并且每

天甚至每小时都在爆发性变化的光晕。另外，我们眼睛看来非常平静没有变化的夜空，在 X

波段和γ波段看来是一个混乱充满暴力的地方。

74 天文学家能够收集和研究越多的天体波长，他们就越能了解这个天体。因为天体在不同

的波段看来可能是根本的不同，那么我们能够收集和研究越多的辐射波段，我们就能越多的

了解这个天体。确实，把不可见的波段变成可见是 20 世纪天文最大的发展和胜利。过去所

叫的天文现在正确的叫法是可见光波段天文，在过去的半个世纪里我们看到了射电天文、微

波天文、红外天文、自外天文、X 射线天文和γ射线天文的兴起。相同的天体在不同的波段

可以产生不同的图像，这些图像互相补充，以期为我们提供了天体和宇宙的更充分的理解。

这些图像联合起来组成了比其单独部分有着更大效用的作用。

75 在地面上只能接受很少一部分电磁波。只有可见光、很少一部分的红外紫外光、和大部

分的射电波谱部分能够很容易得穿过地球大气。（有些射电部分甚至可以穿透云层，因此在

阴天也可以到达地面。）因为这个原因，光学天文和射电天文大部分在地球表面上做。

76 一些来自空间的辐射只能穿过大气层的一部分。红外波段很难穿过水汽。因为低层大气

有着大量的水汽，红外望远镜一般位于干燥的地区或山峰之上也会放在气球和在高空飞行的

喷气飞机上。

77 有些辐射根本不能穿过大气。X 和γ射线不能穿透大气（对我们来说是一件幸事），除了

一些不幸的臭氧空洞，大部分的紫外波谱也不能穿过。这样，想做紫外、X 射线和γ射线波

段的天文学家除了把他们的仪器送上大气层以外别无选择，这些观测天文学分支的发展必须

等到太空时代的黎明的到来。因为红外天文也受到大气的妨碍，红外天文卫星也越来越多地

随着地球卫星飞行了。

78 不同波段使用的望远镜看起来非常的不同。用来做红外和紫外天文的望远镜看起来非常

像光学天文中使用的反射望远镜。而射电望远镜外表看起来像卫星或雷达的碟形卫星天线。

X 射线望远镜不能用普通的镜子聚焦 X 射线因为 X 射线是如此之强而可以直接穿过镜子不被

反射！取而代之，X 射线望远镜的里面看起来像一堆底被敲掉的抛光的金属碗，来到的 X

射线被抛光金属面散射而被聚焦。收集所有电磁辐射中能量最大的γ射线望远镜更像一个

盖革计数管。

X射线望远镜

79 一眼看过去，射电望远镜看来和光学望远镜很不相同，实际上不是的。射电望远镜看起

来像卫星的蝶形天线，但是它们工作起来和光学反射望远镜十分相似。碗形的天线代替了光

学望远镜的反射主镜，并且在天文学家放仪器的地方把遥远天体的射电波收集聚焦。因为这

是射电天文，探测器不能是照相机或光度计取而代之的是一个非常灵敏的射电接受器。这种

类推对于你的电视卫星天线也是有效的。都是接受射电波的设备。但是射电望远镜对于接受

到的射电波比你私人的电子设备灵敏几百万倍。

光学望远镜-博冠203ASP

80 类似于光学望远镜，射电望远镜越大，它可以收集越多的辐射。但是射电望远镜也因为

另一个原因而需要更大。我们早先提到的，一架望远镜的分辨率决定于主镜的尺寸。尽管如

此那次给的简单公式有点太简单了，因为它只工作与光学波段。实际上，望远镜的分辨率也

取决于它所聚焦的波长。波长越长，同样尺寸的望远镜得到的像越模糊。因为射电波长比光

学波长长了几千到几百万倍，为了得到相同的清晰度射电望远镜的接收天线应当比光学望远

镜主镜大几千到几百万倍。因为这样的工程技术还达不到，射电望远镜只有几百英尺的接收

天线。最大的单接收天线射电望远镜位于波多黎各一个山谷，有 1000 英尺的口径。这架望

远镜仍然不能像大多数的光学望远镜在光学波段看得那样清楚。

81 就像光学望远镜，射电望远镜可以连在一起产生干涉。天文学家可以克服射电波长的自

然缺陷，他们把两个或多个单个的射电望远镜连在一起，有效地把单个的望远镜综合成具有

它们之间距离的口径的望远镜。一个例子就是 VLA，或者说深大阵列。它是由 27 个每个 80

英尺口径的射电望远镜排列在新墨西哥州的一个 Y 形的铁轨上组成。天线之间最大的距离是

26 英里。结果就像我们拥有了一架由华盛顿环城路那么大的射电望远镜。VLA 可以在射电波

段以 0.1 角秒的分辨率看清物体的细节——比地面上任何一个单独的光学望远镜都好。

82 超越 VLA。世界上不同地方的射电望远镜甚至把它们所有的信号都联合起来模拟一架有

我们整个星球大的天线。这样一个阵被称为 VLBI，或称为甚长基线干涉仪。这样的一个网

络从太平洋中部的夏威夷延伸到加勒比海的 St.Croix。单个的射电望远镜离的越远，计算

机就需要越长的时间整合数据。

83 另一些望远镜探测一种叫做宇宙线的东西。就像它们的名字显示的，宇宙线不是电磁波。

它们是很小的亚原子粒子（大多数是质子和氦核）以接近于光速的速度从空间流进我们的大

气层。它们的起源仍然在争论之中，但是大多数看起来像是由于超新星的爆发或是含有致密

的中子星的双星系统的相互作用产生的。然后粒子被星系的磁场加速，从任何可以想象的方

向打向我们。当宇宙射线进入地球大气层的时候，它们可能和我们头顶的高层大气碰撞产生

很弱的只能被非常灵敏的探测器检测到的光。宇宙射线也可以用气球载的或飞机载盖革计数

器直接研究。

84 一些望远镜是埋在地底下的。更奇怪的是，有时它们需要装满液体。这些望远镜更正确

的是被叫做探测器，它们由能装几万到几十万加仑的大罐子组成。被用来探测太阳、其他恒

星和超新星爆发发出的中微子。当中微子穿过这个大罐子，它们只有很小的机会和其中一个

原子碰撞比把它转化为另一种原子。定期的冲洗检查罐子里的东西，科学家可以确定有多少

中微子穿过探测器。其它的中微子探测器装满了纯水。当中微子穿过并和水互相作用，产生

很小的闪光而被放在水中的极其灵敏的测光计捕捉。这些罐子都埋在在很深的地下（在像南

达科他州的一个废弃金矿和伊利湖的一个盐矿里）来屏蔽其它粒子向宇宙线的的影响，而只

让中微子通过。

85 其他探测器在宇宙深处寻找引力波。根据爱因斯坦的广义相对论，运动状态快速变动的

物体可能产生引力波，实际上是时空的扭曲。物体的质量和加速度越大，引力波的波幅越大。

引力波传过地球上的物体时会在这些物体上产生微小的动量扭曲，如果物体和外界震动充分

隔绝并且和足够灵敏的探测器相连，就可以记录下来。马里兰大学的约瑟夫·韦伯建造的早

期的引力波探测器被证明不够灵敏。正在美国的不同地方建造的新的探测器应该能够探测到

7000 万光年以外的灾难性事件比如中子星碰撞释放出来的能量。