太空望远镜的光学设计与成像原理

教您天文望远镜基础知识入门目录一、天文望远镜概述 (2)1.1 望远镜的定义与分类 (3)1.2 望远镜的工作原理 (4)1.3 天文望远镜的发展历程 (5)二、望远镜的基本构造 (6)2.1 主要部件介绍 (7)2.2 望远镜的类型 (9)三、天文望远镜的选择与使用 (10)3.1 如何根据需求选择望远镜 (11)3.2 望远镜的使用与保养 (12)3.3 常见问题及解决方法 (14)四、观测技巧与实践 (14)4.1 观测前的准备 (16)4.2 实际观测案例分享 (17)4.3 提升观测效果的技巧 (19)五、天文望远镜的辅助工具 (20)5.1 星图与星表 (21)5.2 天气预报与观测计划 (22)5.3 其他辅助设备 (23)六、天文望远镜的科学研究价值 (24)6.1 对恒星与行星的研究 (25)6.2 对星系与宇宙学的研究 (27)6.3 天文望远镜在教育中的应用 (29)七、望远镜技术的未来展望 (30)7.1 新型望远镜技术介绍 (32)7.2 天文望远镜在太空探索中的作用 (34)7.3 科技发展对望远镜的影响 (35)一、天文望远镜概述天文望远镜是一种用于观察和观测天体的特殊仪器，其历史源远流长，追溯到古埃及和古希腊时期。

现代天文望远镜的设计和用途多种多样，但它们的共同目标是提供更清晰和放大的天体图像，以便科学家和爱好者可以更好地了解宇宙。

折射望远镜：这类望远镜利用透镜来聚焦光线。

镜子在折射望远镜中并不直接用于成像，而是用于引导光线进入望远镜并反射回透镜中。

这种望远镜在观测弥散和星云时非常有效。

反射望远镜：反射望远镜主要使用表面非常平整的金属或玻璃制成的镜子来反射进入望远镜的光线。

大型反射望远镜通常放置在海拔较高或干燥地区，以减小大气扰动，提高观测质量。

折反射望远镜：这种望远镜结合了折射和反射望远镜的特点，通常使用一个透镜在前端聚集光线，然后用一个大型镜子在望远镜的后端将光线反射到目镜中，这样可以在保持清晰度的同时提供更大的视场。

哈勃太空望远镜抬头仰望，穷尽视野的极限，我们想探索，探索被称为宇宙的巨大体。

她创造我们，却又在迷惑我们。

关于她，我们有太多的想象和猜测···在漫长的人类历史长河里，对天文现象的观测和记录一直是人类认识世界，认识事物之间规律和联系的不可缺少的部分。

从古人们裸眼观测，用自己的想象和神话般的描述来记录宇宙，到近代科学先哲们发明望远镜来拉自己与近星空的距离，再到之后更大型的、各种各样的地面望远镜的投入使用，宇宙，这个超越一切文明的存在，慢慢揭开了它那神秘的面纱。

一、新方向：太空天文望远镜的概念提出。

但是，在探索宇宙的过程中，人们一直遇到的一个问题，就是，在地面上的一切外层空间观测活动都会或多或少的受到稠密大气的影响，有时候甚至是干扰。

为了解决这一问题，有人就提出了，能否在外太空，即以高出地球大气的地球轨道上建立天文观测的太空基地。

1946年，天文学家莱曼·斯比泽在他所提出的论文：《在地球之外的天文观测优势》一文中提出，太空中的天文台有两项优于地面天文台的性能。

第一，角分辨率（物体被清楚分辨的最小分离角度）的极限将之受限于衍射，而不是由造成星光的闪烁、动荡不定的大气所造成的视像度。

受限于技术，在当时，地面基地天文望远镜解析力只有0.5—1.0弧秒，但是在太空中的望远镜只要口径2.5米就能达到理论上衍射的极限值0.1弧秒。

第二，在地面上的望远镜几乎观测不到被大气层吸收殆尽的红外线和紫外线。

在这样优越的条件诱惑下，科学家们从上世纪七十年代开始，不断的进行轨道望远镜的实验和轨道天文台任务。

二、新视野：哈勃望远镜的规划和准备工作。

1968年，美国国家宇航局（以下简称NASA）确定了在太空中建造三米反射望远镜的计划。

当时暂命名为大型空间望远镜（LST）或者大型轨道望远镜。

并计划在1979年发射。

在NASA与美国国会的一番博弈之后，在欧洲宇航局的积极合作配合下，这个项目启动，新的大型空间望远镜也开始设计，发射期推迟到1983年。

反射式望远镜的技术特点与原理反射式望远镜是一种利用反射原理来成像的望远镜，其成像的原理和光学路径跟折射式望远镜不同。

反射式望远镜是利用凸面反射镜反射光线，然后通过一个放置在焦点处的小镜头进行投射成像，从而实现放大远处的物体的功能。

反射式望远镜有很大的优势，主要表现在以下几个方面。

一、光学系统反射式望远镜采用的是反射原理，利用凸面反射镜反射光线，避免了折射丢失等问题，这是其最大的优势。

凸面反射镜常用的有拱面、球面和抛物面等多种形式。

抛物面反射镜是性能最好的一种，其光学畸变比较小，对色散问题解决得也比较理想。

二、成像清晰度高反射式望远镜在光路上只有一个镜片，因此在相同的物镜口径下，能以更大的光学焦距来放大物体，从而提高成像的清晰度。

同时成像的清晰度受到金属凹面反光镜光学误差的影响较小，反射式望远镜在一些需要高精度的观测方面表现优异。

三、可靠性高反射式望远镜的光学路上只有一个镜片，因此很大程度上避免了镜片不同中心线或不同中心面造成的镜筒和眼镜之间信号的分离。

同时，开口大的反射式望远镜相对于同口径的折射式望远镜，其眼镜体积小，强度高，便于制造，因此可靠性也相对较高。

反射式望远镜的原理就是利用金属凸面反光镜的建筑和光学特性，把远处的物体通过反射成像。

反射式望远镜的光学路由“主镜+ 辅助镜”，主镜是反射式望远镜配置中最大，最关键的部分，它的造型包括拱面、球面、抛物面三种常用形式，其中应用最广泛的是抛物面反射镜。

主镜的其中一个重要性能参数是口径，即主镜的直径，口径越大，反射式望远镜的望远能力就越强。

辅助镜国内所说的反射面，一般是一个小幅光学元件，也称为“亚于反射镜”，其位置被选择在主镜的口径中心部位，配合主镜协同工作。

反射式望远镜的使用范围较广，无论是进行太空探测、行星探测、天体测量，还是进行地球观测等方面，都有广泛的应用。

并且反射式望远镜的设计制造也逐渐趋于成熟，较前期工程制周期已大幅缩短，制造成本也越来越低，这对于科学研究和教学使用都有很大的推动作用。

10倍望远镜光学系统设计（普罗型）10倍望远镜光学系统设计（普罗型）摘要⽬前国内⽣产望远镜的⼚家（公司）较多，产品⼤部分销于国外，⽽对产品的性能精度要求越来越⾼，为适应社会要求，为使学⽣初步掌握光学仪器设计过程，光学系统是在透镜的基础上，以不同的组合来实现的，深⼊研究了正负透镜的成像规律和组合光路的成像特性，才能更好的研究复杂的光学系统，为⾼科技普及于民打下坚实基础。

进⼊⼆⼗⼀世纪，科学技术飞速发展，对应⽤软件的开发和使⽤，成为社会发展的重要途径。

本课题研究的主体是10倍普罗型望远镜光学系统。

普罗棱镜⼜叫直⾓棱镜，是传统的经典设计，⽐较常见的设计是由两个完全相同的直⾓棱镜构成，优点是形状简单，容易加⼯和装配，缺点是相对屋脊棱镜，重量和体积较⼤。

设计出10倍普罗型望远镜的技术指标：放⼤率10* D/f＇=1:6 视场2w =5°正像视度调节范围±5折光度. 分别计算出物镜、⽬镜的焦距，出瞳、⼊瞳的直径，视场光阑的直径，⽬镜的视场⾓，瞳距，⽬镜⼝径，⽬镜的视度调节范围。

将所得数据输⼊ZEMAX软件实现像差的校正与平衡。

最终设计出合格望远镜，画出零件图。

关键词：光学系统设计；望远镜；透镜成像；像差T en times the optical telescopes system design（porro）AbstractThe current domestic production of a telescope of the manufacturer said that most of the foreign product to sell, with the product and higher accuracy, in order to adapt to society, to prepare students to master optical instrument for the preliminary design process 。

太空望远镜：寻找宇宙的拼图6月27日，NASA宣布“詹姆斯·韦伯”太空望远镜发射日期将推迟至2021年3月30日，这比NASA3个月前宣布的2020年5月发射晚了近一年。

而该望远镜最初计划的发射时间是2014年。

独立评审委员会主席托马斯·扬说：“没有理由重新考虑这项任务到底还要不要发射。

由于其科学上的说服力，并鉴于其对国家的重要意义，‘韦伯’太空望远镜任务应该继续。

”“韦伯”承载了无数天文学家发现宇宙新奥秘的殷切期盼，除了韦伯之外，在美国及欧洲的太空计划中，还有很多已发射或即将发射、但都将在未来发挥重大作用的太空望远镜，它们的科研意义和工作原理如何？本文将进行详实的介绍。

+ 刘进军编者按：内蟹星云：中央部分显示脉冲星风星云，中心的红星是蟹状脉冲星。

（“哈勃”、“钱德拉”太空望远镜拍摄）浩淼的宇宙，深邃的时空。

当我们仰望神秘的太空，追忆过去、思考现在、展望将来时，不禁要问：宇宙是怎样诞生的？宇宙到底有多大？宇宙多大年龄了？宇宙大爆炸是真的吗？宇宙存在黑洞、暗物质、暗能量和引力波吗？星星是怎么来的？太空文明在哪儿呢？遥远星球上有没有外星人？太空探测会不会引“狼”入室？我们人类来自哪儿？地球人是孤独的吗？······而太空望远镜（又称天文太空观测站）便是帮助我们观察、了解宇宙的一项最重要的工具。

按主要工作频率范围，太空望远镜分为伽玛射线、X 射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电等类型。

最近3年内，各国新一代太空望远镜正整装待发，准备开辟新视野。

现在，让我们穿越时空、历史、地理、文化和想象，以崇敬的心情拉开宇宙的神秘面纱，寻找宇宙拼图！“苔丝”太空望远镜“苔丝”(TESS)凌日系外行星勘测卫星是一颗太空望远镜，为美国宇航局“探险者”计划之一。

它的目标是寻找凌日系外行星。

“苔丝”太空望远镜的星体为六角形，前方一个喇叭状摄像罩。