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第5章 宇宙太空(4)

2005年,美国宇航局宣布,科学家发现了我们银河系最大恒星的一颗天然卫星。他们使用专门的仪器,首发获得了该恒星存在卫星的准确证据,这颗恒星位于厄塔船底星座,是我们银河系中最大的一颗恒星。厄塔船底星座距离地球7500光年,其质量是太阳质量的100倍,科学家们认为,处于该星座轨道上的恒星和它的卫星能解释许多有关厄塔船底星座的特性。

天然卫星的命名

卫星除了有各自不同的编号,人们还用西方神话人物的名字来给它们命名。而且,有很多卫星的名字都来自莎士比亚的戏剧,比如有一颗卫星叫做Juliet,这个名字就出自戏剧《罗密欧与朱丽叶》。在天文史上,卫星并不是在它们被发现的时候就立刻命名。比如,火星的卫星是在1877年发现的到了1878年它才被命名。1892年发现的阿曼尔提亚(木卫五)一直到1975年才有了名字。

木星的卫星

太阳系中,木星拥有的卫星数目较多,其中较为明亮的是木卫一、木卫二、木卫三和木卫日,连四颗卫星是由伽利略发现的,所以称为伽利略卫星。伽利略卫星环绕在木星附近的轨道上时而位于木星后方。时而又投影于木星表面。而木星的第十四、十五和十六颗卫星则是由“航海家”1号于1979年,1980年发现的。

卫星探测器

卫星探测器是人类发射的,研究卫星形成原因、自身特点等问题的探测器的一种。2011年以后,美国将发射木星卫星探测器——“普罗米修斯”,它将围绕木星的三个卫星运行,研究它们的结构和历史,星体表面的冰层下存在巨大海洋的可能性,以及在星体上允许生命生存的可能性。它装配速度快,能在恶劣的太空环境下可靠地运行10年以上,并能完成多种任务。

八大行星的分类

八大行星按质量、体积、结构组成等特征被分为不同种类,按照行星轨道相对于地球的应置,可以将它们分为地内行星和地外行星;根据行星性质的差异,也可以将行星分为类地行星和类木行星;另外,行星还可以被分为巨行星和远日行星等不同的种类。

地内行星和地外行星

天文学家们把太阳系内的八大行星分为两大类:以地球为基点,一类为地内行星,类为地外行星。地内行星就是运行轨道在地球以内的行星,包括水星和金星,地外行星是轨道在地球以外的行星包括火星、木星、土星、天王星、海王星。从地球上看去,地内行星永远都在太阳附近运动,只能在黄昏或黎明时才能被人类观察到。地外行星就不同了,它们可以运行到远离太阳的地方。

巨行星和远日行星

巨行星包括木星和土星。其中木星是太阳系八大行星中体积最大的一个,它的体积可以容纳一千三百多个地球。土星的体积则是地球的745倍。远日行星包括天王星、海王星,它们距离太阳十分遥远。其中,海王星和太阳之间的距离大约为44.95亿千米,是地球到太阳距离的30倍。

水星、金星、地球火星被称为“类地行星”,它们的外壳由坚硬的岩石构成,核心则由铁等金属构成。类地行星离太阳较近表面温度高,自转周期长,公转周期短且速度快。它们的特点是:体积小、质量小、密度大,卫星少。木星、土星、天王星和海王星为“类木行星”。类木行星离太阳远,表面温度低,自转周期短,公转周期长且速度慢,其特点是:体积大,质量大,密度小,卫星多。

太空探测船

太空探测船是进行星际探索的工具。它是利用火箭发射的自动化飞船,在预定目标处进行探测研究,它可以飞越或登陆目标星,让人类有机会进一步靠近行星、卫星、彗星,甚至是小行星,更加了解太阳系。

天文台

我们通常所说的天文台,部是指利用地面天文望远镜来观测各类天体的天文观测基地和天文研究分析中心。现在全世界已有五百多个天文台,分为光学天文台,射电天文台和红外天文台三种。天文台不但可以用了观测天体,分析资料,还能计算人造卫星轨道等,有助于天文学家揭示宇宙奥秘。

天文台的半圆顶

天文台多设计成圆顶,这样才便于观测。因为天体分布在天空中的各个角落,天文台中的观测仪器又非常庞大采用普通的屋顶,仪器很难随意指向天空中的目标。而把屋顶设计成半圆形再在上面开一个可以开关的天窗,这样就司以方便地进行观测了。外,天文台的圆顶可以自由转动,不管天文望远镜指向天空的任何方向,只要转动一下屋顶,就可以看到观测目标了。

天文台建在哪儿

过去,天文台一般都建在山上,因为那里空气稀薄,气候稳定,大气扰动较小,很利于观测。后来,天文学家又发现,在水边建天文台也有不少优点,那就是水面附近的气温变化不大,更适于科学观测,于是,科学家把二者结合起来,将天文台的最佳位置选在了依山傍水的地方。

着名的格林尼治天文台

格林尼治天文台是个天文学的圣地,它位于伦敦东部泰晤士河畔,始建于15世纪30年代,1675年改建成皇家天文台。1950年皇家天文台迁往新址后,该天文台划归国家惠洋博物馆,设有天文站,天文仪器馆等,展出英国早期的天文观测仪器和天文历史资料等。

光学望远镜

天文望远镜可以说是我们人类观察星空的“第三只眼睛”。它们是通过光学成像的方法使人看到远处的物体,并且显得大而近的一种仪器。即使是用一架极其普通的望远镜来看天空,都要比用肉眼看到的景色壮观。可以毫不夸张地说,没有望远镜的诞生和发展,就没有现代天文学。

折射望远镜

1608年,荷兰眼镜商人李波尔赛偶然发现用两块镜片可以看清远处的景物,受此启发,他制造了人类历史上第一架望远镜。1609年,伽利略制作了一架口径4.2厘米,长约1.2米的望远镜。他是用平凸透镜作为物镜,凹透镜作为目镜,这种光学系统称为伽利略式望远镜。伽利略用这架望远镜指向天空,得到了一系列的重要发现,天文学从此进人了望远镜时代。1611年开普勒又对折射望远镜进行了改进,使之性能得到了提高。现在天文望远镜采用的还是开普勒式的。

世界上最大的折射望远镜

1897年叶凯士天文台建造了一架透镜直径为1.02米的最大折射望远镜。此后再没有人造出更大的折射望远镜来将来可能也不会造出来,因为更大的透镜吸收的光线太多,会将其优良的放大率抵消。因此,今天的巨型望远镜都属于反射望远镜,因为反射镜面很少吸收光线。

望远镜由物镜和目镜组成,接近景物的凸形透镜或凹形反射镜叫做物镜,靠近眼睛的那块叫做目镜。远处景物的光源视作平行光,根据光学原理,平行光经过透镜或球面凹形反射镜便会聚焦在一点上,这就是焦点。焦点与物镜的距离就是焦距。再利用一块比物镜焦距短的凸透镜或目镜就可以把成像放大,这时观察者觉得远处景物被拉近,看得特别清楚。

色差

色差来自色散,即玻璃对光波的不同波长有不同的折射率。色差分为两种,轴向色差(相当于径迹误差)和侧向色差(相当于图像重叠误差)。

反射望远镜

1688年,牛顿制作了第一架反射式望远镜。反射望远镜是利用一块镀了金属(通常是铝)的凹面玻璃聚焦,由于焦点在镜前,所以必须在物镜焦点之前用另一块镜将影像反射出镜筒外,再用目镜放大。反射望远镜没有色差(因不用透过玻璃故无色散)但有其他各类的像差。

最大的反射望远镜

随着天体物理学的迅速发展,不少天文台都建造大口径反射望远镜。1948年在帕洛玛山天文台建成口径5米的反射望远镜。1975年苏联在高加索的泽连丘克斯卡亚的专门天体物理台建成口径6米的反射望远镜,世界上最大的反射望远镜,恐怕要算是帕洛玛山天文台上的海尔反射望远镜。

折反射式望远镜

折反射式望远镜最早出现干1814年,1931年,德国光学家施密特用一块别具一格的接近千平行板的非球面薄透镜作为改正镜,与球面反射镜配合,制成了可以消除球差和轴外像差的施密特式折反射望远镜。这种望远镜光力强、视场大、像差小,适合于拍摄大面积的天区照片,尤其是对暗弱星云的拍照效果非常突出,施密特望远镜已经成7天文观测的重要工具。

射电望远镜

射电望远镜与光学望远镜不同,它既没有高高竖起的望远镜镜筒,也没有物镜、目镜,它只有一架高分辨率的天线和一台非常灵敏的无线电接收机,这就是射电望远镜。射电望远镜就好比天文学家的顺风耳,它接收天体发来的无线电波,并将它记录成一条条曲线,天文学家通过它就能获得宇宙无数“无线电台”发出的信息。

射电望远镜的首创者

1931年,美国人K.G.杨斯基发现了来自银河中的射电辐射。从杨斯基宣布接收到银河的射电信号后,美国人G.雷伯潜心试制射电望远镜,终于在1937年制造成功。这是一架在第二次世界大战以前全世界独一无二的抛物面型射电望远镜。它的抛物面天线直径为9.45米在1.87米波长取得了12度的“铅笔形”方向束,并测到了太阳以及其他些天体发出的无线电波。因此,雷伯被称为是抛物面型射电望远镜的首创者。

坐落在波多黎各的阿雪西沃天文台拥有世界上最强大的射电望远镜之一。这个巨大的望远镜正好镶嵌在一个死火山口上,直径达305米。随着地球的转动,望远镜扫射天空,捕捉来自宇宙的各种信息。

射电望远镜的结构

射电望远镜通常按天线的结构,分成几个类型:抛物面天线射电望远镜射电干涉仪,甚长基线干涉仪和综合孔径系统等。结构主要由定向天线或天线阵、馈电线、高灵敏度接收机和记录仪或示波器等部分组成。天线阵将收集到的天体电波,经过馈电线送到接收机上。这架接收机同日常收音机的原理相似实质上也是个放大器,它首先将微弱的天体电波高倍放大,再进行检波,让高频能量转变为低频形式,最后送到记录仪器上记录下来,或在示波器上显示出来。为了要确定天体电波的强度必须加一个强度已知的比较源,如噪声发生器或石墨热源,适当时将比较源信号输入接收机,以便比较。

超长基线射电望远镜巨阵

美国国家射电天文台的超长基线射电望远镜巨阵(VLBA)位于新墨西哥州国立无线电波天文观测台,建有半径选20千米,由27座25米高的碟型天线组成的Y型巨大阵列(VLA),可模拟镜面选直径36千米大的无线电波望远镜。

奥兹玛计划

20世纪60年代,人们终于开始尝试接收地外文明世界发出的无线电信号,地点设在美国西弗吉尼亚州西部绿岸镇附近的国家射电天文台。当时的工作由美国射电天文学家雷克负责组织,并于1960年4月11日正式开始实行,命名为“奥兹玛计划”。这是一个被动式收听地外文明之音的计划。“奥兹”是童话故事中的一个地名,那是一个非常奇异、非常遥远和难以到达的地方,在那里居住着位名叫“奥兹玛”的公主。该计划的含义是“寻找遥远的地外文明”,目的是搜索“外星人”的来电。奥兹玛计划在3个月中,累计监听150小时,最终未获得任何有价值的记录。虽然如此,这毕竟开创了人类寻找地外智慧的新纪元。

甚大射电望远镜阵列

位于新墨西哥州索科洛镇的甚大阵是世界上功能最强大的干涉望远镜。由27个直径24.6米,重23吨的天线构成的“Y”字形射电望远镜阵列最早兴建于1975年从它投入应用后,“整个星空一下子变得清晰了”。甚大阵射电望远镜的功能极为强大,它能够看到161千米以外的一个发射无线电信号的高尔夫球大的物体。

太空天文望远镜

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