天文望远镜的光学术语和特点

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天文望远镜的光学术语和特点

1. 口径

这是选择天文望远镜时最重要的因素，望远镜的首要的功能就是收集光线，不论多大的放大倍率口径越大成像越好。望远镜的口径是指望远镜物镜的玻璃直径或者是主要的镜片大小，用毫米或者是英寸来表示。口径越大对于光线的收集的能力就越强，成像就越好。口径越大呈现出的画面细节也就越清晰，比如：在观测一个M13的球状星云的时候，用4英寸的口径的望远镜需要用150的电源，但是用8英寸的口径的望远镜也用同样的电源，但是星云图像比用4英寸的清晰16倍。即使是微弱光线下的星星也能看得清楚。考虑到使用者需要的是一个物美价廉并且便于携带的望远镜，尽可能选择大口径的望远镜。大口径的望远镜拍下的照片，对比度更高，分辨率更好，并且更加清晰。塞莱斯特望远镜有“5英寸口径”“8英寸口径”“14英寸口径”。

2.焦距

焦距是指在光学系统中从透镜（或者主平面镜）到望远镜焦点的距离（用毫米来表示）。总的来说，望远镜的焦距越长那么它的吸收光线的能里也就越大，图像成像也越大，视野范围也越小。例如，一个望远镜的焦距是2000mm，放大倍率是焦距1000mm的两倍，视野范围是它的一半，大多数的望远镜的焦距都是指定的，如果你不知道这个焦距但是你知道焦比，你也可以通过一下公式计算出来：焦距=口径（mm）x焦比，例如：一个8英寸（203.2mm）口径的望远镜，焦比是f/10，则它的焦距就是203.2x10=2032mm。

3.分辨率

这是望远镜呈现图像细节的能力，分辨率越高细节呈现就越好，口径越大，的望远镜，如果光学质量好那么分辨率就越高。

4.分辨能力

这个涉及到“道斯限制”。区分出两颗挨得很紧的双子星，理论上望远镜的分辨能力是由4.56除以望远镜的口径决定的。例如：一个口径为8英寸的分辨能力就是0.6（4.56/8=0.6）直接影响望远镜的分辨能力的因素就是望远镜的口径，因此口径越大的望远镜，分辨能力越好。然而分辨能力也取决于大气流的影响和人们观察物体的敏锐程度。

5. 对比度

理想的图像最大对比度需要被观测的物体的对比度较低，比如：月球和行星。牛顿式望远镜和折反射式望远镜由于平面镜的二次反射，因此阻碍的一小部分从主镜进入望远镜的光线。有一些关于业余天文爱好者的相关文献会指导你去认识牛顿式天文望远镜和折反射式天文望远镜由于二次反射而损失的光能会严重影响到望远镜的对比度，但是并没有什么关系。（只有损失超过25%透过主镜光时才会严重影响到望远镜的对比度）。计算二次损失光线的公式是(pi)r²，需要指导主镜和平面反射镜的表面积，然后在计算出损失的光能的百分比。例如：一个主镜的直径是8"，有一个直径为2¾"的平面反射镜，二次阻碍的光能为11.8%：主镜8" = (pi)r² = (pi)4² = 50.27 二次阻碍2¾" = (pi)r² = (pi)1.375 = 5.94 百分比5.94/50.27=11.8% 看看周围的环境（或者是镜管里的空气）这对于通过望远镜看行星的时候对比度的影响是一个最重要的因素，望远镜器材的问题对于望远镜的对比度影响是很大的：光学特性，光学元件的粗糙程度，中央略有增加的一些阻碍。注意增加中央的阻碍只是作为影响对比度的一个很小的因素。

6.集光能力

这个是望远镜相比较与你的眼睛来说能够收集光线多少的一个理论值，它与口径的大小成正比，一个望远镜的集光能力的计算公式是：口径（以毫米为单位）除以7mm，这样所得到结果的平方。例如：一个口径是8"的天文望远镜的集光能力是843((203.2/7)² = 843)。

7. 艾里斑华晨因素（Airy disk brilliance factor）

当你用望远镜观测一颗星星的时候，你不会看到一个扩大的形象，因为星星即使在高倍率的望远镜下观测也是一个光点，而不是一个圆盘或者是一个球，这是因为星星距离我们非常非常的遥远，但是如果你放大60倍来观测星星，并且仔细的看的时候，你会发现环绕在星星周围的光圈，你看到的并不是星星的圆盘，它是你的望远镜的口径的影响，并且这是由于自然光线引起的。再仔细的观察一下，当星星在你的望远镜视野中央的时候，这个放大的星星的图像将会出现两个东西：中间最亮的区域称之为艾里斑和周围的环形或一系列微弱环称为衍射环。随着你增大光圈艾里斑将会变小，艾里斑华晨（亮度的点源恒星图像），理论上，当你将望远镜的口径放大两倍，你会发现你增加了望远镜的两个参数：分辨能力和集光能力，，但是更重要的是减少艾里斑华晨因素。为了说明这一点，我们找一个光线微弱的双子星，分别用4英寸的和8英寸的望远镜来观测。

8.出瞳直径

出瞳直径是望远镜不要目镜的情况下出现的一个圆形光束，用mm（毫米）表示。计算出瞳直径，例如：一个口径为8英寸（203mm）的望远镜，使用一个焦距为20mm的目镜放大102倍，，出瞳直径为2mm(203/102 = 2mm)。或者你也可以用望远镜的焦比来除以目镜的焦距就得到出瞳直径。

9.电源及放大倍率

在购买望远镜的时候电源是一个考虑的次要因素，电源，或者是放大倍率实际上是取决于望远镜的光学系统——（1）望远镜本身（2）你所使用的目镜。计算望远镜的电源，用目镜的焦距除以望远镜的焦距，如果更换了目镜，那会增加或者减少望远镜的电源。例如：一个焦距为30mm的目镜用在了C8（2032mm）天文望远镜上面那么电源就是203x (2032/10=203)。自从目镜可以随时更换以后望远镜的电源就可以应用于不同的软件上面了。望远镜的电源实际上是由一定的上限和下限的，这是靠光学和人眼的能力来决定的，这是靠感觉来定的，最大值是在理想的条件下，望远镜的口径（用英寸表示）乘以60，如果望远镜的电源高于这个最大值，那么将会成像模糊昏暗，对比度低，例如：口径为60mm的望远镜(口径为2.4")的电源的最大值是142x。随着电源的增加，所观测的物体的细节的锐利程度将会减低。大的望远镜的电源主要是用于月球，行星和双子星的观测。不要相信一些厂家的广告上所说的：60mm口径的望远镜的电源是375或者是750（其最大值是142x），那是误导您。大多数你观察的物体都是低电源的（望远镜口径【用英寸表示的】6-25倍）。使用低电源，所呈现的图像将会是更加的清晰，给您提供更多的观测享受。在夜间望远镜的最低电源为望远镜口径的3-4倍，在白天，望远镜的最低电源是口径的8-10倍，然而低电源的望远镜在夜间并不是十分的有用的，就拿牛顿式望远镜和折反射式望远镜来说它往往会因为二次反射或者是平面镜的影子造成目镜的中央出现一个黑色的点。

10.极限星等

天文学家们用一个星等系统来说明光亮的星体的等级，一个星体被认为是有一定的星等的，等级越高说明这个星体就越暗淡，每一个星体都有一个增加的数字（更大的星等数值），大约是2.5倍的星等，用你的肉眼能看到的最黯淡的星体大约就是六等星（在夜空中的时候），相反最亮的星体就是0等星（或者甚至是负值）。用望远镜看到最暗淡的星体（各种环境都最佳的时候），就是所说的极限星等，极限星等直接取决于望远镜的口径，口径越大看到的极限星等也就越高。粗略的计算极限星等的公式是： 7.5 + 5 LOG（口径用cm表示）。例如：口径为8英寸的望远镜的极限星等是14.0（7.5 + 5 LOG 20.32 = 7.5 + (5x1.3) = 14.0）。大气层的情况和观察者的视觉敏锐程度将会对极限星等有影响。拍摄极限星等比视觉极限星等高出大约是两个或者是更多。

11.衍射极限

一个望远镜的衍射极限都有偏差（光学偏差）校正为残留的光波少于焦点的光波的四分之一。然后就被用于天文望远镜。在多片玻璃的光学系统中，每片玻璃必须优于四分之一的波长，当波阵面数值更小的时候（1/8或者1/10波长），光学质量将会更好。

12.焦比

这是望远镜的焦距的比率，计算公式是,焦距除以望远镜的口径（单位是mm）。例如：一个天文望远镜的焦距是2032mm并且它的口径是8英寸（203.2mm），它的焦比就是10（2032/203.2=10）。很多人认为成像的质量和焦比有关，但是严格的来说它只是针对使用望远镜拍摄那些大个的物体比如说像月球或者是星云。但是望远镜用来拍照或者是观星，成像的清晰程度主要是看望远镜的口径，口径越大成像就越清晰，当你在看那些大个的物体的时候，在目镜中呈现出清晰的图像，仅仅是由于望远镜的口径和放大的倍率足够大，而不是根据望远镜的焦比来定的。大个的物体用低倍率的望远镜观看的时候总是会很清晰，然而望远镜拥有小焦比(通常称为“快”)来拍摄大的物体的时候需要清晰的图像，因此需要很短的曝光时间，。总的来说，使用一个小焦比望远镜的主要优点就是可以用来观看一些宽阔的视野。小焦比望远镜是f/3.5到f/6，中间的为f/7到f/11，大焦比为f/12或者更大的。

13.最近调焦距离

就是在陆地上观察物体或者拍照时的最短调焦距离。

14.视野

你通过望远镜观测天空的时候可以看见的范围就是视野，它是用圆弧的角度来表示的。视野越大你能看见的观测范围就越大，视野角度的计算公式是，所使用的目镜的视野角度除以望远镜的放大倍率所得到的指。例如：如果你使用的目镜视野是50度的，并且使用的望远镜加上目镜的放大倍率是100x，那么望远镜的视野是0.5度(50/100 = 0.5)。 生厂商通常会指定他们的目镜的视场角，总的来说，视场角越大，看到的视野范围也就越大，因次在观测星空的时候看到的也就越多，另外，使用低倍率的天文望远镜比使用高倍率的看到的视野更加广阔。

15. 光学设计像差

这里指出几点关于天文望远镜的光学设计，记住，一个天文望远镜设计出来是用来收集光线并且成像的，在设计光学系统的时候，光学设计工程师必须权衡各种因素才能更好的设计出色的光学系统，最终到达满意的效果。像差会导致图像失真。任何出现像差的可能也许是因为光学设计，也许是因为结构设计和加工，或者两者都有。设计出一套完美的光学系统是不可能的，各种不同的像差的出现归咎于各种望远镜的独特设计。下面我们将大致介绍一下望远镜的各类像差：

色相相差 -- 通常会与折射式望远镜的物镜有关。它是由于物镜在收集光线的时候不能使各种不同的波长（颜色）的光汇集到一个正常的焦点。这样会导致在所观测的星星、月亮、行星周围会出现淡淡的光环（通常是紫色的），这会降低所观测的物体的对比度，这会随着望远镜的口径的增大而增大。复消色差的折射式望远镜能很好的降低色差并且价钱也很贵，这种望远镜中设计精密的消色差球差的玻璃能降低色差。

球面相差 -- 光线穿过玻璃透镜（或者是在平面镜反射）的时候，在同一条轴上从光学中心到焦点不同的光线会产生不同的距离。这就是会使所看到的物体模糊不清，大多数的望远镜设计都是降低色差的。

昏暗 -- 主要会出现于抛面反射镜，主要影响成像物体偏离轴线，尤其是视野边缘的物体，成像看上起就会呈现V形，对于焦比越小的望远镜，看到的昏暗程度越严重。

散光 -- 调焦合适的情况下会出现图像在垂直或者使水平的方向尚被拉长的情况，总的来说是玻璃的质量低劣有关或者是出现准直误差。

场曲 -- 所收集的光线不是集中在同一个面上，中央的视野可能会很清晰，因为是在焦点上面了，但是边缘的图像就不在焦点上。

16.准直程度（Collimation ） 

适当的调整一个望远镜的光学元件，准直程度对于望远镜达到光学的上的优良至关重要。准直度不高将会导致光学像差并且成像扭曲。不仅仅调整一个望远镜的光学元件，更重要的是对于望远镜的结构上的调整也是至关重要的，也就是对于望远镜的镜管和各种结构的准直程度作调整。

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