海爾望遠鏡

海爾望遠鏡

海爾望遠鏡是帕洛馬山天文台最大的望遠鏡,這架200吋(5米)的望遠鏡以海爾來命名。

簡介

海爾望遠鏡是帕洛馬山天文台最大的望遠鏡,這架200吋(5米)的望遠鏡以海爾來命名。海爾從華盛頓的卡內基協會得到贊助,還監製了威爾遜山天文台的望遠鏡:1908年,60吋(1.5米)的望遠鏡,和1917年100吋(2.5米)

海爾望遠鏡海爾望遠鏡
的望遠鏡。這些望遠鏡都很成功,導致在1920年代對宇宙尺度的理解迅速的增長,並且展示出像海爾這樣有遠見的人需要更大的望遠鏡來收集信息。
在1928年,海爾從洛克斐勒基金會得到六百萬美金的補助款,在其參與創建的加州理工學院管理下,建造一個包括200吋反射鏡的天文台。在1930年代初期,海爾選擇了位於加州聖地亞哥高1,700米(5,600尺)的帕洛馬山,美國最好的場所,機乎完全不會受到洛杉磯等城市中心日見增長的光污染影響。康寧玻璃工廠被選擇以新的派熱克斯玻璃製造200吋鏡片的艱巨任務。從1936年開始觀測所和健值的設施工程 ,但受到第二次世界大戰的中斷,望遠鏡直到1948年才完成。
直到1980年代初期,BTA-6望遠鏡能夠運作之前,海爾望遠鏡一直是世界最大的望遠鏡。在每一個天空晴朗的夜晚,來自加州理工學院、康乃爾大學和噴射推進實驗室的科學家們都會使用它來進行研究工作。它已經配置了現代的光學和紅外線影像數組與調適光學系統。

參數和尺寸

鏡頭自重:14.5噸(14,500kg)

鏡筒重量:140噸(140,000kg)

轉動部分的重量:530噸(530,000kg)

6米鏡重量:800噸(800,000kg)

鏡頭直徑:5.08米(200吋)

分辨能力:用可拍攝到暗至23等的天體,也就是說,比用肉眼所能看到的最暗的天體還要暗600萬倍。經過長時間曝光,甚至可以拍攝到遠達10億光年的星系的光譜。

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人物介紹

喬治.埃勒里.海爾1868年6月29日誕生於美國芝加哥,父親是電梯製造商,因工藝精湛,產品暢銷全國並遠銷歐洲。母親是一位很有文化品位的女性,她啟發了海爾對文學和詩歌的興趣。在父母親的薰陶下,海爾從小就喜歡看古典文學名著,並且有很強的動手能力。

海爾望遠鏡喬治.埃勒里.海爾

1886年18歲的海爾考入著名的麻薩諸塞州理工學院,攻讀物理學。在此期間,他閱讀了大量天文學書籍,對天文學萌生了很大的興趣,並由此選擇了一生的道路。
1890年,海爾大學畢業後與康克林小姐結了婚,在蜜月旅行中他們走訪了利克天文台,感覺大開眼界。海爾回到芝加哥在父親資助下,在自己住宅的頂層建起了一個觀測所。兩年後,他受聘成為芝加哥大學教授,並承擔為學校建一座天文台的任務。心高氣盛的海爾很想造一台頂級的望遠鏡,但學校拿不出這么多的錢。海爾的父親建議他去找金融家葉凱士募捐。葉凱士控制著芝加哥的交通,用不正當的手段搜颳了大量錢財,“為什麼不能把這些腐朽的錢拿來為科學事業服務呢?”在嫻於辭令的海爾的遊說下,葉凱士的錢不知不覺地從腰包里一點兒一點兒地掏出來,最後,這位精明的金融家發現自己答應為新望遠鏡和安裝它的天文台支付的款額已達349000美元,這在當時可是一個天文數字。
有了這筆巨款,海爾向美國著名光學家克拉克的兒子小克拉克訂購了1.02米折射望遠鏡。小克拉克用冕牌玻璃磨製成凸透鏡,又用火石玻璃磨製成凹透鏡,然後將這兩個透鏡組合成一個像質極佳的消色差望遠鏡,配備精密的望遠鏡機械組件,整台望遠鏡重18噸。別看這么重,用很小的力就能使它轉動起來,指向天空任何方向。海爾將1.02米望遠鏡安裝在威斯康星州的一座湖畔,那裡有相當優越的觀測條件。按事先講好的,隸屬於芝加哥大學的這座天文台以捐款人葉凱士的名字命名,1.02米望遠鏡從1897年5月啟用到今天,雖然已經過去了200多年,但它仍然是世界上最大的折射望遠鏡。
1.02米望遠鏡已達到了折射望遠鏡的極限,因為再加大望遠鏡的口徑必須同時加厚物鏡的厚度,這樣一來口徑增大所收集到的星光就會被厚度變厚所吸收的星光抵消。而反射望遠鏡不存在這種問題。威廉·赫歇爾和羅斯在1789年和1845年分別研製成功1.22米和1.83米反射望遠鏡。因此海爾打定主意,要在反射望遠鏡上一展宏圖。
1908年,海爾在自己任台長的威爾遜山天文台建起了一台口徑1.52米的望遠鏡,雖說口徑比羅斯的略遜一籌,但性能卻大大提高了,用它曝光4小時,可拍攝到20等的暗星。
天狼星的伴星:白矮星-內部結構模型圖天狼星的伴星:白矮星-內部結構模型圖
美國天文學家亞當斯用它成功地拍攝了天狼星伴星的光譜,發現這顆用望遠鏡都很難觀測到的暗星其表面溫度竟高達攝氏10000度左右,與天狼星的表面溫度差不多,從而證明它的體積極小,質量極大,天文學家稱其為白矮星。
在1.52米望遠鏡尚未建成之前,海爾就說服一位名叫胡克的商人投資建造一架2.12米的大型望遠鏡。這位商人非常希望把自己的名字與世界上最大的望遠鏡聯繫在一起,並且在短時間內被別人超過,於是主動提出增加捐款數額,將望遠鏡的口徑擴大到2.5米。
1918年,海爾主持建造的2.5米望遠鏡在威爾遜山天文台正式投入使用,這台以胡克命名的望遠鏡是第一台能夠藉以確定銀河系實際大小和太陽系所在位置的望遠鏡,許多著名天文學家用它在星系和宇宙學研究方面做了開創性的工作。在以後的三十年,胡克望遠鏡一直占據著“望遠鏡之王”的寶座。
1923年,海爾因健康狀況不佳而退休。可他的心裡卻無時無刻不在牽掛著天文台的建設。隨著洛杉磯這座城市的迅速發展,燈光污染日益嚴重,對威爾遜山天文台夜間觀測影響越來越大。海爾支撐著有病的身體,在威爾遜山東南大約145千米的販洛瑪山選取了一個新台址,決定在那裡建造一台5.08米望遠鏡。
1929年他從洛克菲勒基金會爭取到了一筆款子便立既開始籌建新望遠鏡和天文台。這是一項空前浩大的工程,人們為此付出了史詩般的巨大努力,為了減小因導熱太慢而造成的形變,整個玻璃的背面被澆鑄成蜂窩狀的,製成後經過10個月的冷卻,用專列沿特定的路線,將鏡坯運往籌建中的販洛瑪山天文台進行磨製。用31噸磨料去鏡面中心部分的4.5噸玻璃,最後成型時反射鏡本身重達14.5噸,鏡筒重140噸,整個望遠鏡的轉動部分重530噸,這樣一個龐然大物卻運轉自如。它能拍攝到暗至23等的天體,也就是說,比我們平常用肉眼所能看到的最暗的天體還要暗600萬倍。經過長時間曝光,甚至可以拍攝到遠達10億光年的星系的光譜。
由於第二次世界大戰延誤了5.08米望遠鏡的工期。1948年6月3日,人們為這台舉世矚目的大望遠鏡舉行落成典禮時,海爾已於十年前——1938年2月21日永遠地離開人世。人們沒有忘懷這位長眠在地下,為天文學事業嘔心瀝血,篳路籃縷,艱辛備嘗的開拓者。在帕洛瑪山天文台的門廳里坐落著海爾的半身塑像,在塑像底座的銅牌上寫著“這台200英寸望遠鏡以喬治·埃勒里·海爾命名,他的遠見卓識和親自領導使之變成了現實。”
1969年2月,美國威爾遜天文台和帕洛瑪山天文台合併,為了紀念海爾不朽的功績,合併後在天文台稱為海爾天文台
海爾不僅是一位科學事業卓越的組織者,還是一位頗有造詣的儀器製造專家、觀測大師和理論權威。早在麻省理工學院時,他就設計出太陽單色光照相儀,這在當時是一個創舉。在太陽黑子的研究中,海爾更是身手不凡,他拍攝到第一張黑子光譜,證實了他關於黑子溫度低於周圍日面溫度的預言。1908年,用他設計和主持建造的太陽塔探測到黑子有強達幾千高斯的磁場。他還發現黑子磁場極性分布和變化的一系列規律,為太陽磁場的研究奠定了基礎,推動了20世紀太陽物理學的發展,被後人稱為“太陽物理學之父”。

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歷史上最偉大的5台望遠鏡

1.伽利略自製的小型望遠鏡

與許多故事中講述的不同,伽利略並非望遠鏡的發明人。大約在1608年,這種新奇的玩藝在荷蘭出現,並在隨後的一年裡風靡歐洲。當時的伽利略無力購買這樣一台時髦的小東西,但他運用豐富的光學知識,很快就用自製透鏡做出了自己的第一台望遠鏡。儘管最初的放大率只有3倍,而最後也不過到了20倍,但使用這台簡陋儀器,伽利略看到了銀河是由眾多行星所組成的,發現了木星的4顆衛星。此外,他還發現了金星的相變、土星環,並成為發現太陽黑子的第一人。在這些觀測的基礎上,伽利略證實了哥白尼日心說的正確性,而他所作的研究和提出的理論,為後來的天文學家開闢了道路。

2.帕羅瑪天文台的200英寸口徑的海爾望遠鏡

雖然伽利略僅憑直徑2英寸的透鏡製成的望遠鏡就取得了重大的天文發現,但當人類對宇宙基本結構的研究進一步深入,更大口徑的望遠鏡就成為必需。美國天文學家喬治.海爾(George Hale)在這個領域作出的貢獻為全世界天文學家所稱道。20世紀20年代,他成功說服了洛克菲勒基金會國際教育委員會投資600萬美元,在帕羅瑪天文台建造200英寸口徑的大望遠鏡。使用派熱克斯(pyrex)玻璃澆鑄的透鏡耐熱性優良,而且堅固耐用。當1934年它澆鑄完成後,用了整整8個月時間才完全冷卻下來。此後,由於“二戰”的原因,這塊14.5噸重的鏡片在12年後才被加工完成,送往帕羅瑪。

3.甚大陣射電望遠鏡

海爾望遠鏡只是一部分的成功,因為它只能觀測到可見波長,而相對波長較長的無線電波而言,200英寸的口徑是遠遠不夠的。據計算,一台可以同海爾望遠鏡相媲美的射電望遠鏡的鏡面口徑可能要橫跨美國國土的1/4,而這顯然是難以實現的。干涉測量學的套用將天文學家們從鏡片的束縛中解脫出來,它可以將多個小型望遠鏡組合成為一個虛擬的大型望遠鏡,完成所需的觀測任務。位於新墨西哥州索科洛的甚大陣(Very Large Array)是世界上功能最強大的干涉望遠鏡。由27個直徑82英尺重230噸的天線構成的Y字形射電望遠鏡陣列最早興建於1975年,從它投入套用後,“整個星空一下子變得清晰了”。甚大陣射電望遠鏡的功能極為強大,它能夠看到100英里以外的一個發射無線電信號的高爾夫球大的物體。

4.哈勃太空望遠鏡

排名總是會引起爭議,但哈勃太空望遠鏡作為歷史上最偉大的望遠鏡的地位卻很少引起質疑。不過,這台最偉大的望遠鏡在最開始的時候,卻幾乎是一個失敗之作。耗資15億美元的哈勃太空望遠鏡在1990年開始自己征程時,人們對它寄予了極大希望,然而,返回的照片卻相當模糊。在檢修中,研究人員發現,原來這是因為哈勃主鏡片上一條頭髮絲粗的裂縫所致。在1993年太空人重新更換了正確鏡片後,哈勃望遠鏡終於得以一顯神通。

雖然哈勃的主鏡片直徑達2.4米,但以天文望遠鏡的標準來說,這遠遠算不上大。它的強勢在於遠離地球大氣層,從而避免了許多會使圖像模糊畸變的干涉。

5.錢德拉X射線天文台

大氣層使從地球上拍攝的天文圖片模糊不清,同時也禁止了許多高能電磁輻射,比如X射線。儘管這對於人類得以在地球上繁衍生息至關重要,但卻是讓高能天體物理學家頭痛的大麻煩。1999年7月23日由哥倫比亞號太空梭發射升空的錢德拉X射線天文台成功地解決了這一問題。

錢德拉X射線天文台在天文學上的重大意義在於它近乎完美的鏡片。X射線的波長極短,與原子的直徑相近,為了反射X射線,鏡面的平滑程度必須以原子級計算,而錢德拉X射線天文台做到了。它所採用的技術即使在現在也被許多人認為是不可能的,憑藉這些高端技術,人們現在可以看到解析度足以同任何其他波長的圖像相媲美的X射線宇宙圖像。

歷史上著名的望遠鏡

望遠鏡是一種利用凹透鏡和凸透鏡觀測遙遠物體的光學儀器。利用通過透鏡的光線折射或光線被凹鏡反射使之進入小孔並會聚成像,再經過一個放大目鏡而被看到,又稱“千里鏡”。
伽利略望遠鏡:人類歷史上第一台天文望遠鏡,由義大利天文學家、物理學家伽利略1609年發明
伽利略望遠鏡 伽利略望遠鏡
牛頓望遠鏡:誕生於1668年,用2.5cm直徑的金屬,磨製成一塊凹面反射鏡,並在主鏡的焦點前面放置了一個與主鏡成45度角的反射鏡,使經主鏡反射後的會聚光經反射鏡以90度角反射出鏡筒後到達目鏡,這種系統稱為牛頓式反射望遠鏡。
牛頓望遠鏡 牛頓望遠鏡
赫歇爾望遠鏡:誕生於18世紀晚期,由德國音樂師和天文學家威廉-赫歇爾製造。
赫歇爾望遠鏡 赫歇爾望遠鏡
耶基斯折射望遠鏡:座落於美國威斯康星州的耶基斯天文台,主透鏡建成於1895年,是當時世界上最大望遠鏡。
耶基斯折射望遠鏡 耶基斯折射望遠鏡
威爾遜山望遠鏡:1908年,美國天文學家喬治-埃勒里-海耳主持建成了口徑60英寸的反射望遠鏡,安裝於威爾遜山。
威爾遜山望遠鏡 威爾遜山望遠鏡
胡克望遠鏡:在富商約翰-胡克的贊助下,口徑為100英寸的反射望遠鏡於1917年在威爾遜山天文台建成。
胡克望遠鏡 胡克望遠鏡
海爾望遠鏡:望遠鏡在1948年完成,直到1980年代初期,BTA-6望遠鏡能夠運作之前,海爾望遠鏡一直是世界最大的望遠鏡。
海爾望遠鏡 海爾望遠鏡
甚大陣射電望遠鏡:甚大陣射電望遠鏡座落於美國新墨西哥州索科洛,於1980年建成並投入使用。
甚大陣射電望遠鏡 甚大陣射電望遠鏡
哈勃太空望遠鏡:是以天文學家哈勃為名,在軌道上環繞著地球的望遠鏡,於1990年發射。
哈勃太空望遠鏡 哈勃太空望遠鏡
凱克望遠鏡:凱克望遠鏡有兩台,分別建造於1991年和1996年,像足球那樣的圓頂有11層樓高,凱克是以它的出資建造者來命名的。
哈勃太空望遠鏡 凱克望遠鏡
斯隆望遠鏡:“斯隆數字天空勘測計畫”的2.5米望遠鏡位於美國新墨西哥州阿柏角天文台。該望遠鏡擁有一個相當複雜的數字相機,望遠鏡內部是30個電荷耦合器件(CCD)探測器。
斯隆望遠鏡 斯隆望遠鏡
克卜勒望遠鏡:由德國科學家約翰內斯·克卜勒(Johannes Kepler)於1611年發明。
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阿雷西博望遠鏡:世界上最大的單面口徑射電望遠鏡,直徑達305米,後擴建為350米,由康奈爾大學管理。
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卡塞格林望遠鏡:由兩塊反射鏡組成的一種反射望遠鏡,1672年為卡塞格林所發明。
卡塞格林望遠鏡 卡塞格林望遠鏡

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