俄罗斯戈贝士望远镜问题

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俄罗斯戈贝士望远镜问题,第1张

俄罗斯戈贝士望远镜问题
导读:俄罗斯贝戈士(baigish)8×30、10×40、12×45和15×50这四种望远镜,是目前市场上销量最大、最受欢迎的俄罗斯全金属望远镜。这主要源于其优异的质量和低廉的价格。它们采用高品质的光学玻璃及优质的镀膜,镜体采用全金属结构,成像清

俄罗斯贝戈士(baigish)8×30、10×40、12×45和15×50这四种望远镜,是目前市场上销量最大、最受欢迎的俄罗斯全金属望远镜。这主要源于其优异的质量和低廉的价格。它们采用高品质的光学玻璃及优质的镀膜,镜体采用全金属结构,成像清晰明亮,密封性好,具有一定的防水、防雾、防尘、防撞功能,能满足一般自然条件下的观测需要。它们与德国蔡司系列师出同门,其外观雅致,造型经典,身量精悍,重量适中,手感舒适,注重实用,具有儒将风度,因而倍受消费者追捧,是目前军用级望远镜当中无出其右的领军品牌。

今天,作为淘宝网上五台山望远镜旅游户外用品商城的一名成员,我根据多年的赏玩经验,把这个性价比极高的俄罗斯贝戈士系列望远镜的“儒将气质”挖出来,希望大家对它有一个全新的认识。

一、出身名门的贵族血统。由于俄制军用望远镜的外型多年一贯制,我们会发现它和中国战争影片中指战员使用的望远镜极其神似,这不是偶然的。解放战争时期我国军队使用的望远镜基本进口或仿制德国,而俄罗斯正是继承了前苏联在二战后获得的德国光学技术资料和设备才在此领域有了质的飞跃,所以两者一脉相承。贝戈士(baigish)是俄罗斯著名的军用望远镜品牌,它出自前苏联著名的老牌望远镜生产厂家,早在二战时期,就生产供应军队,它承袭了德国卡尔蔡司军用望远镜的传统造型及工艺,可以说是出身名门的经典之作。

在这里也许有人会说贝戈士望远镜不是军用望远镜,是民用望远镜,对此我想作一澄清。首先我想澄清“军用望远镜”的概念。把这个概念澄清了,也许会避免一些人的误解。目前,大家比较认可的军用望远镜包含两类:一类是按军用望远镜标准生产的制式军用望远镜,它为国内外军队装备,是真正意义上的军用望远镜,由于各国对现役装备都有严格的管理制度,所以这一类商品主要以退役的二手装备为主。另一类是按军用望远镜标准生产的非制式军用望远镜,它由正规军工厂生产,达到军用标准但没有装备军队的望远镜。这两类望远镜都是大家认可的军用望远镜。也就是说是不是军用望远镜,不是按是否为部队装备来衡量的,而是以是否达到了军用标准来衡量的。从这个意义上说,我个人认为贝戈士望远镜是“准军用望远镜”,或“军用级望远镜”,当然简称其为军用望远镜也不为过。

二、坚固耐用的金属身躯。贝戈士(baigish)系列望远镜都有一副“金种罩铁布衫”般的全金属身躯,这一点很重要。有些人说只要望远镜的光学性能好就好了,壳子是金属还是塑料无所谓,其实大错特错。只有金属壳才能保证望远镜内部的光学镜片稳固,才能经受得起高温、低温、摔打等恶劣环境的考验。比如夏季的零上50度的高温曝晒,冬季的零下40度的低温严寒,这是塑料型望远镜所无法承受的。再比如抗摔打能力,这是塑料型望远镜所远远无法比拟的。正因为贝戈士望远镜有坚固的金属壳,使得它可以适应各种环境,有着超长的寿命,在正常使用下可达50年以上,因而具备隔代传世的可能,也就是说爷爷手里的贝戈士望远镜可以传到孙子手中。塑料型望远镜要传之后世简直是不可能的。如果50年后见到贝戈士可以说是理所当然,如果50年后能见到塑料型望远镜那简直是奇迹。

三、非常实用的四种倍率。大家知道,望远镜之所以有各种倍率,是为了适应各种不同的用途,而贝戈士系列望远镜具有8倍、10倍、12倍和15倍4种倍率,正好可以满足各种不同用途的需要。8×30和10×40可以适合各种常规使用,特别是贝8由于视野宽广,尤其适合看大场面的东西。而12倍和15倍这两种高倍望远镜则更适合远距离观测使用,近距离观测则由于视场小、心跳抖动等影响反而不太合适。

四、通透性强的高级棱镜。望远镜棱镜一般采用两种光学玻璃:Bk-7和Bak-4。Bk-7比较廉价,常用在低档的望远镜上,较高级的望远镜则采用Bak-4。将望远镜对着明亮背景,离望远镜一尺距离从目镜端望去,观察它的出瞳亮斑,如果亮斑是一个清晰明亮的圆斑,就是Bak-4玻璃制造的;而用Bk-7玻璃的望远镜,出瞳亮斑的四周是模糊不清的,亮斑好像被切成四方型。和蔡司、62等军用望远镜一样,贝戈士采用了苗条、精瘦的棱室,这使得它非常易于握特。而高级BAK-4棱镜的使用,使得望远镜通透性很强,具有良好的光学效果。

五、精确可靠的测距分划。俄罗斯贝戈士(baigish)系列望远镜有两类:常规型和测距型。常规型由于没有分划线,看东西没有分划线的干扰,适合于旅游等一般用途。而测距型则可满足有测距偏好的望远镜爱好者的需要,特别是贝戈士10×40特测型,双眼调焦,采用了最新的测距曲线,可以直接读出观测物体与自己的概略距离。这不仅在军事上很有用,而且在民用的很多领域也很实用。但价格要比常规型贵很多,适合于兜里银子多的发烧友选购。

六、增透效显的暗紫镀膜。使用街头亮闪闪红膜的假俄罗斯望远镜可以说是对眼睛的强奸,它使光线急剧损失,色彩还原出问题,还容易出现难受的“眩光”和“鬼影”,而最好的镀膜可以让你几乎看不见镜片的存在。俄罗斯贝戈士(baigish)系列望远镜的镀膜就十分优异,无论是从物镜还是目镜看上去,镀膜呈暗紫色,感觉其反光极弱,看上去有一种往深井中观看的感觉,而夜间观测发光物体时,它的“眩光”和“鬼影”极弱,说明它在消除反光、杂散光方面做得相当不错。

七、两种调焦的密封设计。在望远镜的调焦方式上一般有两种:一种是中调式,通过中间调焦手轮和右眼的调焦旋纽来调节,使用快速方便,为当前大部分望远镜所采用,但密封性稍差;另一种是双调式,左眼右眼都需要调节,调焦速度相对较慢,但望远镜密封性好。贝戈士四种倍率望远镜一般均采用调焦方便的中调式,但10X40特测型则采用双眼调焦的方式,大家可根据自己的喜好进行选择。

八、分辨率高的观测效果。它的物镜采用了消色差双胶镜片,棱镜为高级BAK4棱镜,再加上有意偏黄的设计,使得它无论是在刺眼的阳光下、雪地里,还是光线微弱的暗夜中,都有出色的光学表现和令人叫绝的观测效果。

九、明珠贱卖的低廉价格。原苏联光学工业举世闻名,生产厂家大多是军工厂,各种望远镜品种齐全,光学素质极为优异。近些年来,由于中俄口岸的开放,使一些俄产光学器材通过易货方式进入我国,由于易货贸易的特殊性,价格相对很低,仅仅是同等质量日本、德国、美国等国军用望远镜的二分之一、三分之一或更低。这在内行人看来有点明珠覆于黄土的感觉,同时也因此它的升值潜力很大。近10年来,贝戈士望远镜价格一直在上涨,特别是近年来涨价幅度越来越大。为什么涨价?笔者以为,这主要是因为:一是它原来的价格极低,留下了很大的涨价空间,同等质量的世界各国军用望远镜都比它价高;二是它很受市场欢迎,产品供不应求;三是没有同等质量同样价位的替代品出现,如果有替代品出现,它的涨价就会受到遏制,可惜近十多年来一直没有可与之比肩的替代品出现。

尽管俄罗斯贝戈士系列望远镜近年来一直在涨价,但价格相对还是很低的,据笔者估计它还有几百元的涨价空间,因此现在购买升值潜力极大。我觉得它更象是一匹黑马,这时候我们来抢购是非常合适的,这就象是买一支鲜为人知的潜力股,它的升值的巨大空间值得我们去一搏!它的卓越的性能,尤其适用于旅游、探险、远足、户外运动、林业水利等部门户外作业,更是军事迷的绝好收藏品!

那么我们还犹豫什么呢?

点中其中一个三棱镜会影响旁边两个,最上面那个和最下面那个就只能影响它旁边的那个三棱镜。根据这个规律,先点上面第三个,第二三四个会联动。一直点到第一个和第二个朝向一致。这个时候就调整好第一个和第二个,点击第二个,会连动第一二三个,一直点到第三个和第四个方向一致。现在只需调整第一个和第四个就可以了。下面同理

如果望远镜的镜片掉落,可以尝试以下方法进行修理:

1 找到对应位置:首先,需要找到掉落的镜片对应的位置,这通常可以在望远镜的使用说明书或制造商的指导下找到。

2 小心拆开望远镜:将望远镜小心地拆开,以便能够接触到掉落的镜片。

3 清理镜片座:使用适当的工具清理镜片座,以确保镜片能够正确地安装。

4 安装镜片:将镜片安装在正确的位置上,并确保它牢固地固定在望远镜中。

5 测试望远镜:在将望远镜装好之后,进行测试以确保它能够正常工作。

请注意,修理望远镜需要专业的技能和工具,因此建议将望远镜送至专业维修望远镜的机构进行修理。

《亚瑟和他的迷你王国》 Arthur et les Minimoys (2006)

又名: 亚瑟和迷你王国 / 亚瑟和迷你墨王国 / 亚瑟的奇幻王国:毫发人的冒险 / 迷你魔界大冒险

世界上第一个望远镜是汉斯·李波尔发明的。

一次,两个小孩在李波尔的商店门前玩弄几片透镜,他们通过前后两块透镜看远处教堂上的风标,两人兴高采烈。李波尔赛拿起两片透镜一看,远处的风标放大了许多。

李波尔赛跑回商店,把两块透镜装在一个筒子里,经过多次试验,汉斯·李波尔发明了望远镜。1608年他为自己制作的望远镜申请专利,并遵从当局的要求,造了一个双筒望远镜。据说小镇好几十个望远镜眼镜匠都声称发明了望远镜。

扩展资料

望远镜用于观察远距离物体的目视光学仪器,能把远物很小的张角按一定倍率放大,使之在像空间具有较大的张角,使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变清晰可辨。所以,望远镜是天文和地面观测中不可缺少的工具。

它是一种通过物镜和目镜使入射的平行光束仍保持平行射出的光学系统。根据望远镜原理一般分为三种。

一种通过收集电磁波来观察遥远物体的电磁辐射的仪器,称之为射电望远镜,在日常生活中,望远镜主要指光学望远镜,但是在现代天文学中,天文望远镜包括了射电望远镜,红外望远镜,X射线和伽马射线望远镜。天文望远镜的概念又进一步地延伸到了引力波,宇宙射线和暗物质的领域。

日常生活中的光学望远镜又称“千里镜”。它主要包括业余天文望远镜,观剧望远镜和军用双筒望远镜。

常用的双筒望远镜还为减小体积和翻转倒像的目的,需要增加棱镜系统,棱镜系统按形的方式如果式不同可分为别汉棱镜系统(RoofPrism)(也就是斯密特。别汉屋脊棱镜系统)和保罗棱镜系统(PorroPrism)(也称普罗棱镜系统),两种系统的原理及应用是相似的。

-望远镜

哈勃“继任者”韦伯太空望远镜终于成功发射

 哈勃“继任者”韦伯太空望远镜终于成功发射,20个国家持续25年的投入和数万名科学家的倾力合作,造就了这个史上制造单价最贵的航天器。哈勃“继任者”韦伯太空望远镜终于成功发射。

哈勃“继任者”韦伯太空望远镜终于成功发射1

 2021年12月25号,晚7:20,詹姆斯·韦伯望远镜在法属圭亚那库鲁航天中心,由阿里亚娜火箭发射升空。

 韦伯望远镜,在推迟了N次发射以后,终于升空了。

 这个望远镜实在是太难搞了,研制复杂,组装复杂,轨道维持都不容易。

 望远镜最重要的两个指标,一个就是看得清楚,还有一个就是看得远。

 但是呢,测量距离要两个点三角测量,望远镜一个点没有办法分辨物体的远近,只能看到一个视张角。

 就比如说,太阳跟地球的距离是15亿公里,但是月亮距离地球只有38万公里,两个看起来是一样大,就是因为视张角是一样的。

 用视张角表示的望远镜分辨率,又被称为角分辨率。

 哈勃望远镜,它的角分辨率就是50角秒。

  望远镜的角分辨率。

 望远镜的角主要是望远镜的口径所决定的。

 在科学计量上,角度的划分是这样的,一个圆周360角度,1角度等于60角分,1角分等于60角秒,1角秒等于1000毫角秒。

 天文学家用来计算望远镜分辨率的道斯极限公式,R=116/D。

 116是一个和观测光线波长有关的值,R是角分辨率,单位是角秒;D是望远镜镜头直径,单位为厘米。

 韦伯望远镜主镜张开直径有65米,如果按照这个公式,比哈勃望远镜的分辨率要高了三倍。

 但是,实际上望远镜的光线聚焦方式,也会影响望远镜的清晰度。

  为什么詹姆斯韦伯望远镜长得很奇怪,像一把大伞?

 我们知道,光线聚焦有两种方式,一种就是通过透镜来折射,还有一种是通过镜片反光聚焦。

 所以望远镜分成折射式望远镜,以及反射式望远镜。

 折射式望远镜,镜片有一定厚度,对光线有一定的衰减,所以对清晰度有影响。

 反射式望远镜不会造成光线的衰减,是比折射式望远镜更好的一种望远镜。

 詹姆斯·韦伯望远镜就是一个反射视望远镜,它张开以后像那个伞面一样的,就是它的反射镜。

  屡次推迟发射到底是为什么?

 詹姆斯韦伯望远镜从1996年开始研制,原定于2007年发射。

 因为整个研制过程太复杂了,中间出了很多问题,所以一直推迟到现在。

 原定研制计划预算是5亿美元,后来屡次增加投资,最终完成时耗资96亿美元。

 为了降低望远镜主体的重量,它的主反射镜使用的材料是金属铍。

 为了完美反射光线,抛光精度要达到10纳米。而且为了控制主镜在工作时产生的畸变,在主镜的背后还有7个电子仪器来测量、调控组镜的曲率。

 铍的价格非常昂贵而且有剧毒,所以在制造的过程中必须有防护,而且要非常仔细操作。

 但铍的物理性质很好,密度只有185,比强度是所有金属材料中最高的。比强度的排名来说,铍第一,其次才是钛,再次才是铝,最后才是钢。

 为了把这个反射镜装进卫星的整流罩里,设计成了18块可以折叠的形式,到太空中以后再张开。

 但是在地面上的时候它是18块分开测试的,由于没有办法完全模拟在太空中展开的情况,所以这个测试也用了很久。

 原定今年10月份就要发射的,后来屡次推迟。

 原因就是这次发射必须慎之又慎,必须一次性成功,如果再出问题就没有办法维修了。

 詹姆斯·韦伯望远镜定点位置在地球和太阳之间的拉格朗日二点,这个点距离地球有150万公里。

 哈勃望远镜就是因为出了点问题,第1次发射到太空上的时候,看星星是模糊的,变成了一个近视眼。

 后来派航天飞机去修了几次,才把它修好,但是哈勃望远镜距离地球只有570公里。

 载人宇宙飞船目前还没有办法飞到距离地球150万公里的地方。

  为什么要距离地球这么远?

 詹姆斯·韦伯望远镜有两大主要任务,一个是观测宇宙的边缘,另一个是寻找围绕恒星运行的行星。

 这两个观测任务都是在寻找比较暗的光线,也就是说在红外波段的光线,为了收集到更多红外光线,还在反射组件上面镀了一层黄金,所以看起来是金黄金黄的。

 我们知道在宇宙的边缘,由于宇宙的高速扩张,138亿光年远的星系都在做远离地球的运动,远离的速度已经接近光速,星体发出来的光线因为红移的原因,变得非常的暗淡。

 在宇宙的边缘,隐藏着宇宙大爆炸不久后宇宙的真面目。

 宇宙大爆炸到底是不是真的?还是只是人类的臆想?这是人类最想了解的内容之一。

 詹姆斯·韦伯望远镜,就肩负着揭开这个秘密的使命。

 接收幽暗光线的仪器必须非常灵敏,而且要冷却到接近于绝对零度。

 所以,詹姆斯韦伯望远镜必须远离地球这个热源,同时还要屏蔽掉太阳的热量,所以望远镜的主体要躲在一个巨大的遮阳伞后面。

 詹姆斯·韦伯望远镜的观测波段主要在06-283微米的频段。采用了一系列先进的措施以后,它的观测精度可以达到10倍的哈勃望远镜的精度。

 望远镜定点在拉格朗日2点,正好和地球同步围绕太阳运转,可以保持和地球恒定的通信距离。

  围绕拉格朗日二点的轨道也很特殊。

 拉格朗日二点是一个不稳定的平衡点,望远镜只能围绕拉格朗日二点做圆周运动,这个轨道被称为晕轨道。

 我们国家发射的嫦娥4号降落在月球背面,就是靠运行在地球、月亮拉格朗日二点的鹊桥中继卫星,进行中继通信的。

 鹊桥中继卫星也是在一条轨道上。

 这个轨道是一个非常复杂的三维曲面,必须不停进行轨道维持。

 以前发射的所有望远镜都不用做这么复杂的轨道维持。

 所以,这100亿美元一旦打出去,要么就是100%成功,要么就是打了水漂,所以慎之又慎。

 用一句打牌时的术语,就是梭哈了,全靠这一把。

哈勃“继任者”韦伯太空望远镜终于成功发射2

 2021年12月25日,这注定是人类航天史的历史性时刻——在推迟发射14年后,被人们称为“鸽王”的詹姆斯·韦伯太空望远镜,终于搭乘欧空局阿里安5-ECA火箭成功升空,开始了它前往150万千米外“日-地拉格朗日2点”的旅途。

 韦伯望远镜升空(来源:NASA)

  迄今为止全世界最贵望远镜,究竟有多贵?

 20个国家持续25年的投入和数万名科学家的倾力合作,造就了这个史上制造单价最贵的航天器。

 有多贵?

 目前,包括后续的运营和科研费用,詹姆斯·韦伯太空望远镜(以下简称为詹姆斯·韦伯)的总经费预计已超过100亿美元。

 考虑到它的质量仅为65吨,也就意味着它的单价超过人民币10000元/克,是黄金单价的20余倍!

 詹姆斯·韦伯看起来犹如一艘太空战舰(来源:NASA)

 詹姆斯·韦伯究竟有什么样的特殊使命,能让这么多国家倾注如此大的人力、物力、财力在它上面?它又能为人类带来什么呢?

  贵有贵的道理——韦伯的观测能力远超前辈

 宇宙是个充斥着各种电磁波和高能粒子的喧闹世界,那里既藏着遥远的历史,也昭示着人类乃至太阳系的未来。

 对于望远镜来说,可见光到红外线频段是观测的重点,尤其是追踪宇宙大爆炸后残留的红外线,它们已经在宇宙中传播了138亿年,蕴藏着宇宙最初的奥秘。

 然而,地球大气层、磁场、人类活动等因素,却使得地球成了一个典型的“信息茧房”。在广阔的电磁波频段中,只有极小一部分能顺利抵达地球表面并被望远镜观测到,其他的则几乎都被屏蔽在外。

 从地球表面观测电磁波的频谱窗口透明度,真正的有效观测的窗口极小(来源:维基百科)

 解决这个问题的办法只有一个:把望远镜送出地球。

 不同望远镜的使命也不同,这次被送出地球的詹姆斯·韦伯的观测波段主要集中于波长为06-283微米的橙色光到红外线频段,它的更大口径和一系列新技术带来了远超前任哈勃、施皮茨、赫歇尔等知名太空望远镜的观测能力。

 例如,它能够看到更暗更古老的天体,甚至可以追踪到宇宙中第一批星系形成的痕迹,投入工作后将会极大提升人类红外天文学的相关研究。

 前所未有的造价和划时代的意义,也让这个望远镜“荣幸”地以NASA(美国国家航空航天局)第二任局长詹姆斯·韦伯命名。詹姆斯·韦伯于1961-1968年在任,领导了NASA最辉煌的阶段。在这一时期,NASA曾获得空前绝后的资金支持,不仅推动了水星计划、双子座计划、阿波罗登月计划、先锋计划、水手/旅行者计划等一系列大型项目的开展,也为美国在航空航天领域的人才技术优势打下坚实基础。

  造价100亿美元,这些钱都花在了哪里?

 虽然100亿美元看起来很多,但实际上对于研制詹姆斯·韦伯这样的顶级望远镜的项目来说,并不能说非常宽裕,至少不是大家想象中的想怎么花就怎么花。没办法,前沿科学研究就是这么“烧钱”。

 为了获得更好的观测能力,詹姆斯·韦伯在各项方面都进行了升级、更新,可以说每笔钱都用在了刀刃上。

  1、更大口径的镜片

 光学和红外望远镜的核心是镜片,其口径与观测能力成正比,但也需要更高成本。相比此前最大的哈勃望远镜,詹姆斯·韦伯的镜片口径从24米提升到了65米,集光面积也从45平方米攀升到了254平方米。

 需要注意的是,口径增加带来的整体难度和造价提升并不是线性增长关系,光是这一项,就直接决定了詹姆斯·韦伯的预算远超哈勃。

 人类、哈勃望远镜主镜和詹姆斯·韦伯主镜的大小对比(来源:NASA)

 镜片太大,几乎很难整体制造,不仅失败风险大、材料成本极高,也势必带来整体质量和体积的攀升,甚至远超人类现有火箭的发射能力。因此,詹姆斯·韦伯的镜面设计选择了拼接方案,由18面一模一样的六边形组成,发射时折叠起来,进入太空后再拼接到一起。

  2、堪称“鬼斧神工”的镜面材料

 詹姆斯·韦伯在制造、发射和工作时要面临截然不同的温度环境。特别是它的核心器件工作温度已非常接近绝对零度,对镜面材料的要求极高,因此需要同时具备抗弯刚度高、热稳定性好、热导率高、反射率高、密度低、温度形变小、性质不活泼等特点。

 而在精度要求上,最后镜片成型的制造加工精度要达到10纳米级别,这个要求所允许的误差相当于一张A4纸厚度的万分之一!而且在进入太空后,整体拼接和镜片姿态控制的精度也要达到同等水平。

 综合上述要求,詹姆斯·韦伯的镜片主要材料选择了碱土金属铍,10纳米几乎就是几十个铍原子并排摆在一起的宽度,这是接近“鬼斧神工”级别的制造加工工艺要求。

  3、一把屏蔽热量的“太阳伞”

 远离地球,不代表能彻底摆脱地球的干扰,詹姆斯·韦伯还要面对太阳光和地球反射光/热辐射的干扰。为此,它需要背上一个大大的“太阳伞”来屏蔽热量,并使用主动冷却系统维持核心部件接近绝对零度的工作环境。

 遮阳板总共有五层,都要精准打开(来源:NASA)

 按照设计要求,这把伞需要提供300摄氏度以上的温度屏蔽效果。这相当于一面是高温油炸,另一面却是冰天雪地。它的每一层材料主要由聚酰亚胺、硅膜和铝膜构成,首层最厚也仅为50微米,比人类头发丝直径还小,而中间层仅为25微米。

  更大的难度还在后面——这把“太阳伞”如何顺利展开?

 “太阳伞”每一层的面积约300平米,在发射时会被塞进火箭里剧烈振动,进入太空后要在激光引导下让100余个小型拖车带着逐层展开。难度可想而知,这无疑是人类历史上最厉害的一个遮阳板。

 整体来看,詹姆斯·韦伯需要的都是最先进的科技,且各种研发都是“孤品”,它既没有备份,也不会量产,必须保证100%成功率。除此以外,还要经过一系列极高成本的测试和维护。这些因素累加在一起,让它的预算迅速攀升到了100亿美元级别。

 詹姆斯·韦伯的官方海报(来源:NASA)

  看似“咕咕咕”,其实是必须一次成功的魄力

 我们都知道,哈勃望远镜虽然远在太空中,但也仅离地球表面大约575公里,可以说“紧挨”着地球。那詹姆斯·韦伯为什么不能像哈勃望远镜一样,在离地球近一些的地方工作呢?

 这是因为地球和所有的物体一样都是热源,在源源不断往外反射阳光和辐射红外线,否则就会持续变暖。因此,即使在太空中,地球附近不可避免地存在逃逸的空气分子和星际尘埃,对太空望远镜依然有一定影响。对于更加精密的詹姆斯·韦伯来说,这些影响尤其明显。所以,它必须想尽办法远离它的诞生地——地球。

 然而,“逃离”地球后,并非就万事大吉了。进入错综纷繁的引力世界,航天器将受到太阳、地球、月球,乃至宇宙万物的引力影响,这使得它的轨道很难稳定下来。对于质量和体积都很大的望远镜而言,频繁地通过发动机工作维持轨道,不仅会导致发射时必须携带大量推进剂,也会极大地影响观测质量。

 因此,必须要在上述要求中找到一个平衡。权衡利弊后,科学家们选择了日-地引力平衡的拉格朗日2点作为詹姆斯·韦伯的工作地点。这里距离地球150万公里(月球距离地球不过38万公里),远离了地球这个热源和灰尘源的干扰,温度也低达零下220摄氏度以下,可满足望远镜的整体工作温度环境要求。此外,在“日-地拉格朗日2点”,太阳和地球两大引力源和谐共处,共同牵引附近的航天器围绕太阳稳定运动,航天器所需要的轨道维持成本极低。

 不过,这给詹姆斯·韦伯带来了另一大挑战:这么远的距离,一旦它出了任何问题,人类是不可能去维修的。这也意味着它变成了“一锤子买卖”,要求一次性成功,不能有任何失误。

 这和哈勃望远镜形成了鲜明的对比。当年哈勃升空后出现了一系列问题,于是在1993-2009年间,人类通过五次极其昂贵的航天飞机任务不断维护并提升哈勃,才使得它获得了今天举世瞩目的成就。

 如今,航天飞机已经彻底退役,人类也失去了在太空中维修大型航天器的能力。不过,即便航天飞机再次出山,也不可能前往“日-地拉格朗日2点”。毕竟,哈勃的工作地点距地球不过几百千米远,这和詹姆斯·韦伯与地球之间的150万千米的距离,是完全不同的概念。

 某种程度上,这也是詹姆斯·韦伯鸽了又鸽的重要原因——一旦发射,承受不起一点失误。

 为哈勃太空望远镜,NASA总共进行了六次航天飞机任务,付出了巨大代价(来源:作者自制)

 所以,对于负责火箭发射的欧空局而言,这次的成功毫无疑问是令人兴奋的,发射团队紧绷了数年的神经终于可以好好放松一下了。毕竟这是个100多亿美元的“一锤子买卖”,背后有着无数人几十年的努力付出。

  在探索宇宙的路上,又迈出了新的一步

 詹姆斯·韦伯的漫长研发史,是人类最顶级智慧的结晶。现在,它终于顺利升空前往遥远的目标工作地点。也许很多人会关注它的经费,感慨前沿科学研究的“烧钱”,但是,我们更应该认识到,我们为前沿科学付费,其实是在为人类上下求索的决心与梦想付费,如此看来,这价格也不能说是昂贵。

 未来,詹姆斯·韦伯会给人类带来什么?可以预知的是,它能更容易探寻到宇宙的边界和最初的奥秘;无法预测的是,科学家们将在它的数据里获得何等惊人的发现。它是人类梦想向宇宙深处的又一次延伸,是人类好奇心与探索精神的承载,是人类在探索世界的路上迈出的新的一步。让我们祝福它远航的路上一切顺利,期待它带来新的发现与启迪!

哈勃“继任者”韦伯太空望远镜终于成功发射3

 刚刚,詹姆斯·韦伯空间望远镜(James Webb Space Telescope,JWST,根据国家天文科学数据中心,其标准译名为“韦布空间望远镜”)发射升空。号称世界上最可靠的重型运载火箭之一的阿丽亚娜5型火箭(Ariane 5)徐徐升起,借助法属圭亚那库鲁航天中心低纬度带来的高自转速度,载着JWST飞向属于它的太空。

 随着JWST一起上升的,还有无数天文学家、天文爱好者激动的心情。JWST的发射时间从2007年一直拖延到现在,近百亿美元的耗费也远远多于当时5亿美元的预期。对不少读者而言,“詹姆斯·韦伯”这个名字似乎很早就在记忆中出现过了。JWST的建设也的确算得上一场漫长的征途。

 哈勃空间望远镜(HST)是1990年发射的,但在美国空间望远镜研究所(Space Telescope Science Institute,STScI),对哈勃继任者的讨论从198 9年就已经展开了。1996年,他们认为下一代望远镜应该是主镜直径4米以上的红外望远镜。2002年选定科学团队,2004年开始建造,2005年选定发射场,2011年18片主镜制造完毕,2013年开始制造遮阳板,2015年组装光学组件,2017年进行测试,2018年整体组装测试,最终在2021年发射。但对那些一直在等待的人来说,这一切都是值得的,JWST夸张的参数也足以让它配得上哈勃继任者的称号。

  哈勃继任者

 JWST主镜口径达到65米,由18片铍镜片拼接而成,每片直径132米,仅重20千克。选用金属铍为主镜材料,是因为铍质量较轻且强度较大,并且在低温环境下仍能保持形状。一般的镜子应该能完全还原物体原本的颜色,但JWST的镜片明显是**的,这是因为它在镜面上镀了700个原子厚的金,这样能提高镜片对红外线的反射能力,JWST主要观测的就是红外线。严格来说,JWST观测的波长范围从橙色的600纳米一直延伸到远红外的285微米。

 JWST和哈勃,斯皮策观测波段的对比(来源:webb space telescope media kit/NASA)

 观测红外线是件麻烦事,因为黑体辐射,所有300开尔文左右的物体都在发射红外线。所以必须对望远镜进行冷却。在太阳系内,最大的热源就是太阳,必须把主镜和太阳隔绝开来,于是科学家为JWST设计了5层遮阳板,每层大小约为21米×14米,厚度却仅有几十微米:最外侧为50微米,其余4层为25微米。面向太阳的一侧,遮阳板温度高达125℃,而主镜一侧的温度可以低到-235℃。按常见防晒产品的标准来算,这5层遮阳板的SPF系数高达100万,能将太阳辐射的影响降到原来的百万分之一。

 之所以要克服这么多困难在红外波段观测,是因为来自早期宇宙的光在经过百亿年的红移后,早就变成了红外线。在波长相同的情况下,望远镜口径越大,空间分辨率也就越高,在光学波段,JWST的分辨率高达01角秒;65米的口径同时带来了前所未有的灵敏度,理论上,它能探测到地月距离那么远的一只大黄蜂的发出的红外线。除了传统的相机,JWST还搭载了光谱仪和星冕仪,能让它获得更多科学数据。为了到达拉格朗日点L2点附近避开地球、月球光线的干涉,获得最优的观测环境,整个望远镜的重量被限制到了62吨,和一辆中巴车相当。

  可折叠望远镜

 当然,想把望远镜发射到天上,仅仅减轻重量是不够的,没有火箭能装得下这么大的结构,JWST必须是可折叠的,这带来了更多困难。JWST的主镜、副镜、5层遮阳板,还有老生常谈的太阳能板,都是可折叠的。

 JWST折叠放置在阿丽亚娜5整流罩中的示意图(来源:webb space telescope media kit/NASA)

 从打包状态到完全展开是一个复杂的过程。发射不久后,JWST就会打开太阳能板获取能量。在这之后,JWST还会修正几次轨道,因为阿丽亚娜5并不能直接把它送到L2点附近轨道,那样会将望远镜的光学组件暴露在阳光下造成损害。在发射25天后,JWST展开两个遮阳板支架,然后望远镜的可展开塔组件(Deployable Tower Assembly)会展开,将JWST的光学部分和其他部分分离开来,为5层遮阳板提供空间。全部5层遮阳板会在发射后一周内展开。副镜和主镜会在第二周内展开。发射29天后,JWST将进行最后一次机动,驶入L2点轨道,该轨道在月球轨道之外,距地球大约150万公里,在地球引力的帮助下,JWST将绕着太阳一起旋转。

 在那之后,JWST仍不能开始工作,它要开始漫长的冷却。遮阳板的暗面大约会在那之后3周冷却到40开尔文左右,而JWST的MIRI设备还需要额外制冷剂冷却到7开尔文。在那之后望远镜将会对变形过程中产生的误差进行修正,主镜和副镜会在发射4个月后完成调试,那时它们位置排列的误差会小于观测波长,仅有几纳米。在经过几个月的调试、测试后,JWST将会在发射约半年后开始正式科学观测,为我们揭开宇宙早期的秘密。

  科学目标

 JWST能帮人类寻找宇宙中第一批形成的星系,揭开宇宙黑暗时代之后再电离时代的秘密。因为红移的作用,在宇宙中选择不同波长的光进行观测,就好像坐上了时光机,JWST将观测波长缩短,就能观测宇宙的不同阶段,研究星系、恒星是如何在宇宙百亿年的历史中演化的。它还能帮我们分析地外行星的大气成分,为太阳系中其他成员拍下更清晰的照片。

 这些科学目标听上去似乎就是哈勃的工作,这也正是JWST被称为哈勃继任者的原因之一。哈勃空间望远镜革新了全人类对宇宙的认知,为我们带来了数不胜数的震撼照片,而JWST能看到更深的宇宙,能穿透茫茫的时空,将隐藏在宇宙尘埃背后的秘密悉数揭开。就像哈勃、开普勒、TESS这些为人类作出伟大贡献的望远镜一样,JWST的数据将会存储在米库斯基空间望远镜数据库(Mikulski Archive for Space Telescopes,MAST)中,向全人类公开。

 JWST复杂的结构带来的是前所未有的技术难度,北美和欧洲共14个国家的数千名科学家,工程师和技师,他们为JWST忙碌的时间超过了4000万小时,他们在JWST上实现的技术突破更是数不胜数:热开关,轻质低温镜片,制冷技术,红外传感器……任意一个组件背后凝结的汗水都不可计数。

 但复杂的结构带来的是极高的出错概率,在测试过程中,JWST被发现有344个点位可能出现故障。发射之后,JWST的轨道位于月球轨道之外,人类根本没有对其进行修复的可能。这也是为何面对JWST,所有人都是慎之又慎,这几个月来JWST的发射时间也从12月初慢慢推迟到了圣诞节当天。这是一个浪漫的巧合,因为对那些热爱星空的人来说,JWST就是最好的圣诞礼物。

 哈勃太空望远镜 来源:NASA

  “鸽”了14年

 詹姆斯·韦伯太空望远镜以NASA早期管理人员之一詹姆斯·E·韦伯(James E Webb)的名字命名,他在1960年代监督了阿波罗计划。早在2002年,差不多20年前,韦伯的名字就首次被用于"下一代太空望远镜",这个计划最初预算为5亿美元,并准备在2007年发射。但由于各种原因,2019年8月28日才组装完毕,升空日期一直“鸽”到了14年后的今天,比这台红外线空间望远镜的预计寿命还要长。原先,“韦伯”的预算费用是5亿美元,现在已经花了966亿美元,四舍五入就是100个亿,项目严重超支,堪称不折不扣的“鸽王”。

 1、按最初计划,韦伯望远镜本应在2014年升空,但后因预算等问题推迟。

 2、2017年9月,美国航天局表示,詹姆斯·韦伯太空望远镜的发射窗口将从2018年的10月推迟至2019年的3月至6月之间。声明解释说,韦伯望远镜及其遮光板的体积和复杂性超过多数探测器,比如仅遮光板释放设备就要安装100多个,振动测试也要用更长时间,所以推迟到2019年春季从法属圭亚那库鲁航天中心用欧洲的阿丽亚娜5型火箭发射升空。

 3、2018年3月28日,美国航空航天局再次宣布韦伯在2020年之前不会发射升空。

 4、2018年5月6日,受一系列技术问题的困扰,JWST的最新发射日期已经被推迟到2020年。

 5、2018年6月29日,据国外媒体报道,哈勃望远镜的“接任者”詹姆斯·韦伯望远镜将推迟至最早2021年3月30日发射。

 6、2021年10月12日,詹姆斯·韦伯空间望远镜成功抵达位于南美洲的法属圭亚那,计划12月18日在欧洲航天局阿丽亚娜5号火箭上发射升空。

 7、2021年11月22日,NASA再次宣布詹姆斯 · 韦伯太空望远镜的发射时间从12月18日推迟到了22日。

 8、2021年12月15日,由于需要解决韦伯望远镜和阿丽亚娜五火箭之间的通讯问题,发射推迟不早于12月24日(来来回回好像有两次)。

 9、2021年12月22日,詹姆斯韦伯太空望远镜JWST通过发射准备评审,但是,由于天气原因,发射推迟到12月25日。

1 大陆一位老红军托美籍华人薛华菁女士带给台北旧友奇异的礼物——望远镜。表达了渴望台湾回归大陆,渴望大陆与台湾统一的美好愿望!

2 “飞机平稳地行进在一片湛蓝的海洋上空。薛华菁无意中把望远镜举到眼前,啊!大陆在延伸,孤岛在漂移,海峡两岸的距离缩得那么小……倏地,她灵犀的光花一闪,想到孤岛上的那位将军,不正需要这架望远镜么?”

结尾这段话,通过薛华菁的见闻感,深刻表达了渴望台湾回归大陆,渴望大陆与台湾统一的美好愿望!意味深长。

天文台和望远镜的功劳

16世纪,尼古拉·哥白尼提出了日心说挑战托勒密的地心说,正当他们争执不下的时候,丹麦天文学家第谷认为,要解决这个问题,就要创立一个满意的星体运行理论,精确掌握星体的运行位置。

第谷在哥本哈根海峡的一个荒岛上建立了一座完善的天文台——乌伦堡天文台,并着手改进了仪器设备。他增大了观测仪器的尺寸并将其安装在坚固的基础上,对仪器进行了精密的刻度,从而提高了仪器的精密度、稳定性和长期反复观测读数的可靠性。

德国科学家开普勒仔细整理了第谷留下的观测资料,并进行了仔细的分析,通过多次的探索计算,归纳出了开普勒三定律,很快得到了天文学家们的公认。而开普勒也得到了“天空的立法者”的光荣称号。

1608年荷兰的眼镜匠利佩希在制造眼镜镜片时,把一块凸透镜和凹透镜合在一起往外看,远处的物体变近了,他偶然地造出了第一架望远镜,它的目镜为凹透镜。发明望远镜的消息迅速在欧洲传开。伽利略在1609年发明了世界上第一架能放大32倍的望远镜。牛顿经过多年的研究,于1668年完成了自己的设计,成功地制造了第一架反射望远镜,全长只有15厘米,口径为25厘米,而放大倍数和当时的2米长的折射望远镜相同。1672年,牛顿又制造了第一架更大的反射望远镜,全长为12米,口径为2米。

望远镜的诞生,标志着现代天文学的诞生。它拓展了人类的视野。

1924年,美国天文学家埃德温。哈勃在加利福尼亚州的威尔逊天文台,将一架口径254厘米的望远镜指向仙女座星云。这片云状物立即在望远镜里分解成许多的恒星,使人类认识到,不仅地球不是宇宙的中心,太阳也不是银河系的中心,银河系是直径达10万光年,内有1000多亿颗恒星的大圆盘,这样的巨大星系在浩瀚的宇宙中也只是沧海一粟。地球在宇宙中的地位越来越低,而人类的视线和理性不断地突破新的疆域,投向更高更远的地方。从某种意义上讲,望远镜的发展也就是现代天文学的发展。

我国的LAMOST光学望远镜,两块大镜面的子镜数达到24块和37块,光纤数达到4000根,光谱仪数量达到16台,它的建成打破了大视场望远镜不能兼有大口径的瓶颈,被国际上誉为“地面高效率的大口径望远镜”

2018年8月,(LAMOST)发现一颗奇特天体,它的锂元素含量约为同类天体的3000倍,是人类已知锂元素含量最高的恒星。

2019年3月,(LAMOST)DR6数据集共包括4902个观测天区,发布1125万条光谱。至此,巡天7年的(LAMOST)成为世界上第一个获取光谱数突破千万量级的光谱巡天项目,标志着LAMOST光谱发布正式进入千万量级时代。同时,DR6发布数据中还包括一个636万组恒星光谱参数星表,也成为目前全世界最大的恒星参数星表。

太空天文台

地球被一层大气包围着,来自于遥远星系的光要通过厚厚的大气层才能到达天文望远镜,这就好比潜水员在水下看岸上的物体模糊不清,加之大气中的烟雾、尘埃以及水蒸气的波动、地面的振动和超大镜片受重力作用而引起的形变等,对天文观测都有影响,为了排除以上的干扰,人类试图将天文台建在大气层外的太空中。

1990年4月25日,美国航天飞机将“哈勃”空间望远镜送到离地面575千米的环地轨道上,建造了世界上第一个完整的性能卓越的太空天文台。“哈勃”空间望远镜总长128米,镜筒直径427米,主镜直径24米,全重115吨。

“哈勃”空间望远镜包括全部自动化仪器设备,所携带的最先进设备有6种:

宽视场行星照相机。它灵敏度高,观测波段极宽,从紫外一直到红外,不仅可观测到太阳系行星,还可对银河系和河外星系进行观测,且照片清晰度非常高。

暗弱天体照相机。它是两个既独立又相似的完整天体和探测系统,可探测到很暗的星体。

暗弱天体摄谱仪。可对从紫外到近红外波段的辐射进行光谱分析,又可测算它们的偏振。

高分辨率摄谱仪,能对紫外波段进行分光观测,能观察更暗弱、更遥远的天体。

高速光度计,可在可见光波段和紫外波段范围内对天体作精确测量,可确定恒星目标的光度标准,又进一步识别过去人们观测到的天体情况。

精密制导遥感器,共有3台,分别用于望远镜定向系统和天体位置精密测量定位。

“哈勃”空间望远镜是有史以来最大、最精确的天文望远镜,它上面的广角行星相机可拍摄几十到上百个恒星照片,其清晰度是地面上天文望远镜的10倍以上,其观测能力等于从华盛顿看到16×107m外悉尼的一只萤火虫。“哈勃”空间望远镜所收集的图像和信息,经人造卫星和地面数据传输网络,最后到达美国的太空望远镜科学研究中心,这些极其珍贵的太空图像和宇宙资料,展露了宇宙中许多不为人知的物体与事件,使天文学取得了突破性的进展。它证实了一些理论,也推翻了另一些理论,还发现了一些人们对之毫无准备却需要创立新的物理理论来解释的现象。

“哈勃”空间望远镜已经“退休”,21世纪的太空望远镜研制计划正紧锣密鼓地在全世界范围内展开,21世纪,将有数台大型天文观测设备被送入外层空间,它将是继“哈勃”空间望远镜取得的辉煌成就之后,人类探测太空的又一次大手笔。

美国正在积极筹划研制“詹姆斯·韦伯”太空望远镜,预计在2021年升空

“韦伯”空间望远镜六边形主镜直径达65米,它的视力为“哈勃”的6倍,清晰度却不亚于“哈勃”。

“韦伯”望远镜将被发射到地球公转轨道的外侧距离地球150万千米的太空中绕太阳转动,它将背对地球,同时还保持与地球相同的角速度,永远藏在地球的背面,成为与地球同步绕太阳运行的一颗人造小行星。这就能躲避太空中其他星体的碰撞。

“韦伯”空间望远镜进入预期轨道后将打开它那网球场般大小的“眼罩”,这样可以保证自己不被太阳光灼伤,同时将折叠的巨大镜片逐渐展开。

“韦伯”望远镜带有高精密红外探测装置,专门用来观测那些宇宙深处冰冷黯淡的行星,它肩负着地球人的使命,去探寻“大爆炸”后宇宙诞生早期的第一批星系,去努力寻找宇宙深处的文明。

地下,海底天文台

地下、海底天文台是人类观测宇宙的另一个窗口。

地下天文台没有光学望远镜,也不用射电望远镜,它探测的是一种宇宙中不带电的基本粒子——中微子。中微子质量小,速度快,一般不会和电子及原子核发生相互作用,所以它贯穿能力特别强,几乎能毫无阻碍地穿越宇宙中的任何天体和星际物质,而到达地球;科学家们把天文台搬到地下,目的是利用地表岩石或海水来阻断来自宇宙深处的其他粒子,专门捕获中微子,进行更深层次的天体观察。

地下天文台的主体是一个巨型水糟。中微子穿过水槽时,与水中带电的氢、氧原子碰撞的可能性很小,但如果它与某带电粒子发生了碰撞,带电粒子会从中微子那里得到能量,加快运动速度,并向外辐射被称作杰连科夫光的蓝绿光。当超高灵敏度的光检测仪捕捉到这种极微弱的光后,就能根据其强度、飞行距离,换算出中微子能量的大小,再根据运动方向判断出中微子的来源方向,推断出天体的位置。

由加拿大、美国和英国联合投资建造的位于地下2000米的加拿大萨特伯里中微子观测中心,其中央是一个球形水槽,能装1000吨重水。重水具有捕捉中微子的最理想的特性。这个球体四周有1万部光探测仪,用来记录中微子与重水碰撞时释放的微光。这个地下天文台将于2007年正式运行,有望揭开太阳内部和超新星爆炸等宇宙之谜。

目前全世界已建成或正在建造的地下、海底天文台还有日本东京大学宇宙射线研究所,它建在岐阜县神风矿山离地面约1000米的地下;美国“阿玛姆达”天文台建在南极冰层下2000米深处;美国的“特玛姆特”天文台建在夏威夷海面下4800米深处。它们接受天体信息的本领,是地面天文台所望尘莫及的,将为人类探测宇宙打开新的眼界。

随着科学技术的高速发展,人类的视野会不断向宇宙深处拓展、延伸。