建造口徑更大, 觀測能力更強的望遠鏡, 用它來窺探宇宙的奧秘, 是天文學家們一直以來的追求. 美國太空網近日發表文章, 將正在建設中的歐洲極大望遠鏡稱為張望宇宙的最大眼睛, 其口徑達到39.3米. 但實際上, 相對於口徑, 對於天文學家而言, 有效口徑是一個更有意義的參數. 那麼, 有效口徑和口徑有什麼不同? 哪些因素會影響有效口徑的大小?
'對於大多數天文望遠鏡來說, 口徑和有效口徑相差不大. ' 中科院國家天文台興隆觀測站副研究員範舟告訴科技日報記者, 但對於一些設計結構獨特的望遠鏡來說, 口徑和有效口徑存在較大差別.
口徑通常指天文望遠鏡的物理最大直徑, 有效口徑則指望遠鏡實際有效接收光子的鏡面的等效口徑. '大部分望遠鏡雖然鏡面前會有副鏡和桁架等物體的遮擋, 但由於面積相對較小所以基本可以忽略不計. ' 範舟說. 但是對於一些特殊光學設計的望遠鏡, 有效口徑和口徑會有較大的區別. 比如正在建設中的大型綜合巡天望遠鏡LSST. 雖然它的主鏡鏡面為8.4米, 但是由於特殊光學設計, 其主鏡上中心部分實際上是一個5米的第三鏡, 所以實際的有效口徑只有6.68米.
一般的射電望遠鏡的情況也和光學望遠鏡基本相同. 但有些結構特殊的射電望遠鏡則不然. 比如FAST是目前世界口徑最大的單天線射電望遠鏡. 它如同一隻巨大的眼睛, 鑲嵌在貴州省黔南布依族苗族自治州大窩氹窪地. 這也是它和大多數望遠鏡的不同之處——FAST的 '底座' 整體是不能轉動的.
一般的天文望遠鏡都會帶有一個叫做 '經緯儀' 的設備. 它就像平時的化妝鏡底座一般, 可以讓望遠鏡360度旋轉. 在觀測處於東升西落不斷運動中的星體時, '底座' 就可以托著鏡面隨著星體一起運動, 從而保持追蹤曝光狀態.
那沒有 '底座' 怎麼辦? 這就要說到FAST的4443塊反射面面板. 'FAST對於天體的即時追蹤正是由這些子鏡面組成的拋物面完成的. ' 中科院國家天文台研究員薑鵬表示, 可以把FAST看成一個大碗, 裡面有一面直徑比碗口小的拋物面鏡子隨著觀測目標的位置不斷移動進行跟蹤, 其有效口徑大小為拋物面鏡子的直徑.
'鏡面拼接和控制精度也是影響望遠鏡有效口徑的一個因素. ' 薑鵬表示, 要做到組合的拋物面共焦共相, 看天體更清晰, 看到更加遙遠暗弱的天體, 這需要十分精準的技術把握能力.
目前人類能製造的單面光學望遠鏡最大直徑在8.4米左右, 直徑大於這個數值的望遠鏡都需要多塊鏡面拼接完成. 而在歐洲極大望遠鏡未來的製造調試過程中, 提高其鏡面的拼接精度, 將是發揮其觀測能力的重要步驟.
