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现代光学望远镜制造

发布时间:2013/11/9 19:22:17 访问次数:1339

    现代光学天文望远镜大多采用反射式。AK4642EN目前最大的一架在建设中的光学望远镜是多国研究人员参与的大麦哲伦望远镜(Giant Magellan Telescope),预计于2020年左右完工。该望远镜建成后将如图7所示(注意望远镜前站立者与望远镜的相对尺寸)。它的主反射镜是由7面小的反射镜构成,每块小反射镜直径8.4m,所以建成后它们等效于一个直径24m的大反射镜。遥远的星光通过这些镜子的反射,被导向支架上的小反射镜,然后汇聚到中间那面反射镜的圆洞后面,在那里有其他的光学器件可以对汇聚过来的星光进行拍摄和光谱分析。这个过程正如图6所描述的那样。古老的反射式望远镜仍然是现代科学研究的有力工具。
    虽然现代大望远镜的构造依然延续着先贤们的思想,要制造这么巨大的望远镜却要克服许多技术上的困难。大麦哲伦望远镜的主反射镜,每一块都由将近20吨重的优质低热胀系数玻璃铸造,而最后成型的镜面离完美的抛物面误差在25nm以内(1m:1×109nm)。这绝非一件容易的事情。
    我最近参观了负责铸造这些镜子的亚利桑那大学史都华天文台镜实验室(Steward Observatory Mirror Lab),了解了整个镜子制造的流程。图8胼示就是一块已经铸造成型、正在打磨的大麦哲伦望远镜的一块反射镜。对比图8右下方的研究人员,我们就可以感受到这块玻璃的巨大了。它的表面已经过数次打磨,光滑可鉴。整个打磨的过程需要一年多。
    20吨的一块玻璃看起来挺重,但是我们稍作计算就发现,对于这么大的镜子,它算是很轻了。以一块8.4m的镜子为例,它的平均厚度以0.5m计算(抛物面形的镜子边缘大概有1m厚,中间OOH无线电2012要薄很多),所用玻璃的密度,则所需玻璃为n (4.2)2×0.5×2.3—63.69(吨)。整整比实际使用的镜子重了40多吨!这是为什么呢?
    这恰恰是史都华天文台镜实验室的创新技术带来的进步。在该实验室成立之前,最大的望远镜尺寸只能做到2m左右,因为更大的望远镜体重增长迅速,铸造和使用都极为不便。实验室的研究人员研发出了空心镜子和转炉铸造,使得望远镜的尺寸飞跃到如今的8.4m。下面我们来看看这两项技术是怎么回事。

                       

    现代光学天文望远镜大多采用反射式。AK4642EN目前最大的一架在建设中的光学望远镜是多国研究人员参与的大麦哲伦望远镜(Giant Magellan Telescope),预计于2020年左右完工。该望远镜建成后将如图7所示(注意望远镜前站立者与望远镜的相对尺寸)。它的主反射镜是由7面小的反射镜构成,每块小反射镜直径8.4m,所以建成后它们等效于一个直径24m的大反射镜。遥远的星光通过这些镜子的反射,被导向支架上的小反射镜,然后汇聚到中间那面反射镜的圆洞后面,在那里有其他的光学器件可以对汇聚过来的星光进行拍摄和光谱分析。这个过程正如图6所描述的那样。古老的反射式望远镜仍然是现代科学研究的有力工具。
    虽然现代大望远镜的构造依然延续着先贤们的思想,要制造这么巨大的望远镜却要克服许多技术上的困难。大麦哲伦望远镜的主反射镜,每一块都由将近20吨重的优质低热胀系数玻璃铸造,而最后成型的镜面离完美的抛物面误差在25nm以内(1m:1×109nm)。这绝非一件容易的事情。
    我最近参观了负责铸造这些镜子的亚利桑那大学史都华天文台镜实验室(Steward Observatory Mirror Lab),了解了整个镜子制造的流程。图8胼示就是一块已经铸造成型、正在打磨的大麦哲伦望远镜的一块反射镜。对比图8右下方的研究人员,我们就可以感受到这块玻璃的巨大了。它的表面已经过数次打磨,光滑可鉴。整个打磨的过程需要一年多。
    20吨的一块玻璃看起来挺重,但是我们稍作计算就发现,对于这么大的镜子,它算是很轻了。以一块8.4m的镜子为例,它的平均厚度以0.5m计算(抛物面形的镜子边缘大概有1m厚,中间OOH无线电2012要薄很多),所用玻璃的密度,则所需玻璃为n (4.2)2×0.5×2.3—63.69(吨)。整整比实际使用的镜子重了40多吨!这是为什么呢?
    这恰恰是史都华天文台镜实验室的创新技术带来的进步。在该实验室成立之前,最大的望远镜尺寸只能做到2m左右,因为更大的望远镜体重增长迅速,铸造和使用都极为不便。实验室的研究人员研发出了空心镜子和转炉铸造,使得望远镜的尺寸飞跃到如今的8.4m。下面我们来看看这两项技术是怎么回事。

                       

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