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6.E：天文仪器（练习）

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    为了进一步探索

    文章

    • Blades，J.C. “最后一次修好哈勃。” 天空与望远镜（2008 年 10 月）：26。 在最后一次航天飞机服役任务以及哈勃当时能够做的事情中。
    • Brown，A. “盖亚将如何绘制十亿颗星星的地图。” 天文学（2014 年 12 月）：32。 对超过一定亮度的所有恒星进行光度测量和光谱学的任务进行了很好的回顾。
    • Irion，R. “黄金时段。” 天文学（2001 年 2 月）：46。 关于如何分配主要研究望远镜的时间。
    • 杰迪克、彼得和罗伯特。 “即将到来的巨型空中巡逻队。” 天空与望远镜（2008 年 9 月）：30。 关于用巨型望远镜持续观测天空。
    • 拉齐奥，约瑟夫等 “收看宇宙：21 世纪的射电天文学。” 天空与望远镜（2008 年 7 月）：21。 关于 ALMA 和平方千米阵列。
    • 罗威，乔纳森。 “镜子，镜子。” 天空与望远镜（2007 年 12 月）：22。 在亚利桑那州的大型双筒望远镜上。
    • 罗威，乔纳森。 “下一道曙光：明天的怪物望远镜。” 天空与望远镜（2008 年 4 月）：20。 关于在地面上安装超大型望远镜的计划。
    • 梅森、托德和罗宾。 “帕洛玛的大眼睛。” 天空与望远镜（2008 年 12 月）：36。 在 Hale 200 英寸的望远镜上。
    • 苏宾斯基，雷蒙德。 “谁真正发明了望远镜。” 天文学（2008 年 8 月）：84。 历史简介，重点介绍汉斯·利珀希。

    网站

    视频

    协作小组活动

    1. 大多数大型望远镜获得的观测项目提案比一年中可用的夜间观测时间要多得多。 假设你的小组是望远镜时间分配委员会，向天文台主任报告。 你会用什么标准来决定如何在望远镜上分配时间？ 你可以采取什么措施来确保你的所有同事都认为这个过程是公平的，人们还会在未来的天文学会议上与你交谈？
    2. 你们的小组是一个由紧张的天文学家组成的委员会，他们即将向你们的欧洲小国的政府部长提出建议，与其他国家合作，在智利安第斯山脉干燥的高沙漠中建造世界上最大的望远镜。 你预计政府部长们会对支持这个项目持怀疑态度。 你会提出什么论据说服他们参与？
    3. 我们在上一次活动中会见的政府部长要求你起草一份清单，列出在智利山区（而不是欧洲的山）安装世界上最大的望远镜的利弊。 你的群组会在每列中列出什么？
    4. 你的小组应该讨论并列出大型可见光望远镜和大型射电望远镜的观测环节可能有哪些不同之处。 （提示：请记住，由于太阳在许多无线电波长下不是特别亮，因此通常可以在白天使用射电望远镜进行观测。）
    5. 天文学面临的另一个 “环境威胁”（除了光污染）来自地面通信向以前为射电天文学保留的 “信道”（波长和频率）溢出。 例如，对手机的需求意味着将有越来越多的无线电频道用于此目的。 来自宇宙无线电源的微弱信号可能会被尘世对话的海洋淹没（翻译成无线电波并发送）。 假设你的小组是一个国会委员会，既有射电天文学家的游说，他们想为天文学节省一些明确的渠道，又有那些将通过扩大手机使用量来赚很多钱的公司。 什么争论会让你走向双方？
    6. 在夏威夷莫纳克亚岛建造新的三十米望远镜的场地投入使用时，一群夏威夷本地人宣布反对该项目，因为天文学家在夏威夷原住民认为是圣地的山上建造了太多望远镜。 你可以在 http://www.nytimes.com/2015/12/04/sc...cope.html 上阅读更多关于这场争议的信息？ _r=0 然后在 http://www.nature.com/news/the-mount...escope-1.18446。 一旦你的小组掌握了事实，就讨论争议中双方的主张。 你认为应该如何解决这个问题？
    7. 如果你能建议使用大型现代望远镜，你会想知道什么？ 你会用什么望远镜，为什么？
    8. 光污染（夜空中溢出的光线使人们难以看到行星和恒星）曾经是天文学家最关心的问题。 现在，环境保护主义者和担心全球变暖的人也担心夜间的光线溢出。 你的团队能否想出一些非天文学的理由来反对光污染？

    查看问题

    1. 现代天文仪器的三个基本组成部分是什么？ 用一到两句话描述每一个。
    2. 命名电磁辐射容易到达地球表面的两个光谱窗口，并描述每个窗口目前使用的最大孔径望远镜。
    3. 列出目前在以下每个电磁频谱波段中使用的最大孔径单望远镜：无线电、X 射线、伽玛射线。
    4. 当天文学家讨论望远镜的孔径时，他们说越大越好。 解释原因。
    5. 帕洛玛天文台的胡克望远镜直径为 5 m，而 Keck I 望远镜的直径为 10 m。在相同的时间内，凯克望远镜能比胡克望远镜收集的光多少？
    6. “反射” 和 “折射” 望远镜是什么意思？
    7. 为什么世界上最大的可见光望远镜是用镜子而不是镜头制成的？
    8. 将眼睛、照相胶片和 CCD 作为光探测器进行比较。 每种方法的优缺点是什么？
    9. 什么是电荷耦合器件（CCD），它在天文学中是如何使用的？
    10. 为什么在红外波长下很难观察？ 天文学家为解决这个难题做了什么？
    11. 无线电和雷达观测通常使用相同的天线进行，但除此之外，它们是截然不同的技术。 根据所需的设备、使用的方法和获得的结果种类，比较和对比无线电和雷达天文学。
    12. 回头看看\(6.4.2\)《天鹅座人物 A》，再读一遍其标题。 至少在多少年前，图像边缘的巨型叶片中的材料必须从中心喷出？
    13. 天文学家为什么要在地球轨道上放置望远镜？ 频谱的不同区域有哪些优势？
    14. 哈勃太空望远镜有什么问题？它是如何解决的？
    15. 描述射电天文学家用来获得与使用可见光的天文学家所能达到的分辨率相当的分辨率的技术。
    16. 天文学家正在为未来在地面上计划什么样的可见光和红外望远镜？ 他们为什么要在地面上而不是在太空中建造它们？
    17. 描述一下天文学家计划将来发射到太空的可见光或红外望远镜。

    思想问题

    1. 如果镜头使用光圈隔膜（覆盖其周边的设备）“停下”（光圈缩小，从而减少了通过镜头的光量），镜头产生的图像会怎样？
    2. 理想的天文探测器的特性是什么？ CCD的实际特性在多大程度上接近这个理想？
    3. 几十年前，威尔逊山和帕洛玛天文台工作人员中的天文学家每年各获得大约60个晚上的观测计划。 如今，一位天文学家感到幸运的是，每年能在大型望远镜上度过10个晚上。 你能提出一些改变的原因吗？
    4. 世界上最大的天文台综合体位于莫纳克亚岛，这是地球上最高的山峰。 天文学家在选择天文台地点时会考虑哪些因素？ 别忘了实用的。 例如，天文学家是否应该考虑在德纳利（麦金莱山）或珠穆朗玛峰上建造天文台？
    5. 假设您正在寻找可见光天文台、红外天文台和无线电天文台的地点。 每个人的主要卓越标准是什么？ 哪些网站实际上被认为是当今最好的网站？
    6. 射电天文学涉及的波长比可见光的波长长得多，许多轨道观测站已经探测了宇宙中波长非常短的辐射。 你预计什么样的物体和物理条件会与很长和非常短波长的辐射发射有关？
    7. 位于海边的一所大学的院长（他不是大学理科专业）提议在校园内建造一台红外望远镜，并在一个漂亮的加热穹顶中进行操作，这样天文学家就可以在寒冷的冬夜里感到舒适。 批评这个提议，给出你的理由。

    自己搞清楚

    1. 一台 10 米望远镜的面积是多少（以平方米为单位）？
    2. 在整个天空中，肉眼可以看到大约 9000 颗恒星（想象一下，你可以看到整个地球以及北半球和南半球），天空中大约有 41,200 平方度。 每平方度可见多少颗星星？ 每平方弧秒？
    3. 从理论上讲（也就是说，如果看不成问题），望远镜的分辨率与其直径成反比。 ALMA 在最长基线上运行时的分辨率比阿雷西博望远镜的分辨率好多少？
    4. 在光天化日之下，您的瞳孔大小通常为 3 mm。 在黑暗环境中，它会膨胀到大约 7 mm。 它还能聚集多少光？
    5. 直径为8米的望远镜所能收集的光比你完全适应黑暗的眼睛在7毫米处收集的光要多得多？
    6. 凯克望远镜（带有直径为10米的镜子）比镜子宽度为25厘米（0.25米）的业余望远镜能聚集多少光？
    7. 当人们发现反射望远镜中间有第二面镜子，可以将光线带到可以安装大型仪器的可触及的焦点时，他们常常会感到困扰。 “你不会失去光线吗？” 人们问。 好吧，是的，你知道，但是没有比这更好的选择了。 你可以估计这种安排会损失多少光线。 Gemini North 望远镜的主镜（图底的那个\(6.1.5\)）直径为 8 m。 顶部的辅助镜直径约为 1 m。 使用圆形面积的公式来估计有多少部分光被辅助镜阻挡。
    8. 望远镜现在可以在温暖的房间里远程操作，但是直到大约 25 年前，天文学家还在望远镜工作以引导望远镜，使其始终指向正确的位置。 在大型望远镜中，比如帕洛玛 200 英寸望远镜，天文学家坐在望远镜顶部的笼子里，副镜就在那里，如图所示\(6.1.5\)。 为了计算的目的，假设这个笼子的直径为 40 英寸。 多少部分的光被遮挡了？
    9. HST的建设成本约为17亿美元，发射航天飞机的费用为3亿美元，每年的运营成本为2.5亿美元。 如果望远镜使用20年，每年的总成本是多少？ 每天？ 如果望远镜只有 30% 的时间可以用于实际观测，那么天文学家在这台仪器上进行观测的时间每小时和每分钟的成本是多少？ 在美国，人均费用是多少？ 你对哈勃太空望远镜的投资值得吗？
    10. 詹姆斯·韦伯太空望远镜（带有直径为6米的镜子）比哈勃太空望远镜（直径为2.4米）能聚集多少光？
    11. 帕洛玛望远镜的 5 米镜重 14.5 吨。 如果一面10米的镜子的厚度与帕洛玛的镜子相同（只是更大），它的重量会是多少？