望远镜原理 自己制作10000倍望远镜

你还记得那首广为传唱的儿歌吗？《一闪一闪亮晶晶，满天都是小星星》，歌曲诉说着星光的璀璨与天际的奥秘。这首源自英国的儿歌《Twinkle， twinkle， little star》，已有逾200年的历史。它向孩子们传达了这样一个信息——天上的星星，像孩子的眼睛一样闪烁着光芒。

群星闪烁的动画模拟，如同梦幻般的夜空。

星星的闪烁并非眼睛所见的真实情景。其实，是因为大气湍流导致的。天空中空气密度不均，流动时会导致星光发生不规律的折射和散射，给天文观测带来不少困扰。

为了解决大气湍流带来的问题，科学家们绞尽脑汁。他们建造了更大的光学望远镜，尝试用激光监测大气湍流，并通过改进计算方法来进行图像补偿，以提高分辨率。更有甚者，将望远镜放置在更高、更干燥的地方。这些办法都难以从根本上消除空气对天文观测的影响。

激光束监测大气湍流的科技应用，展现了人类对宇宙的探索精神。

一位天文学家莱曼·斯皮策在1946年提出将望远镜发太空中去的设想，此举至少有两大利好：其一，无大气散射，可减小望远镜尺寸获得更清晰的图像；其二，太空中的望远镜可观测紫外线和线等大部分被大气层吸收的光线。

哈勃望远镜的传奇故事

经过数十年不懈的努力，由欧洲航天局和NASA领衔，众多大学科研团队参与，耗资47亿美元（而FAST项目花费仅为6.67亿币）后，哈勃太空望远镜于1990年4月24日由发现号航天飞机携带升空，在距离地面约538公里的近圆轨道上运行。至今，它已花费了惊人的100亿美元。

如今，哈勃望远镜已经升空30周年了。这颗“眼睛”直径达2.4米，理论角分辨率在地面最大光学望远镜之上，远超当时最顶尖的地面望远镜。

望远镜的“眼睛”更大更明亮

更大的物镜意味着更强的聚光能力。对于望远镜来说，其物镜直径越大，收集光的能力越强。单纯追求大并不足够。眼睛大也可能出现“屈光不正”的问题——就像近视眼一样模糊不清。哈勃望远镜也曾遭遇这样的困境。

哈勃通过双反射镜技术将遥远的星光汇聚于一点。

哈勃望远镜的光学工艺要求极高。理论上，主反射镜的精度应控制在10纳米之内，相当光波长的1/65。其加工难度之大可想而知。

精密的光学工艺

遗憾的是，由于一个小小的错误——技术人员在安装一个光学检测透镜时未发现支架两端的塑料保护膜未被移除，导致该透镜在打磨过程现计算数据偏差。这个偏差竟然达到了惊人的2200纳米（人头发丝直径的1/50），与哈勃主镜片要求的精度相差甚远。

NASA在装配前未发现这一巨大误差，导致哈勃失去了在地面纠正错误的机会。

如何纠正“近视”问题

由于哈勃主镜的形状错误，导致其无法正确聚焦光线。为此，科学家们决定为其量身打造一套“近视眼镜”。

光学矫正的重要性

COSTAR系统的设计和安装成为了解决问题的关键。它的主要目的是拦截光线并进行光轴补偿校正，从而保证图像的清晰度。

牺牲与收获

为了腾出空间安装COSTAR系统，科学家们不得不舍弃哈勃的一些其他设备。然而正是这一决策，使哈勃望远镜得以重获新生。

科学容不得半点马虎