[科普中国]-地基望远镜

基本解释

自从有了哈勃太空望远镜后，把所有天文望远镜都叫做地基天文望远镜。(哈勃望远镜是发射到太空上的，是人类有史以来最大、最精确的天文望远镜。）为了区别与太空望远镜，把原来那些建造在地上的天文望远镜叫做地基望远镜。

相关地基望远镜：位于夏威夷的凯克望远镜、美国国立天文台的合称双子座望远镜、夏威夷的昴星团望远镜等。

地基望远镜支座“望远镜支座”的作用是支撑望远镜筒，实现镜筒在瞄准和跟踪过程中的转动。望远镜支座可以分为赤道式支座和地平式支座。1

赤道式支座几乎所有1980年前研制的望远镜，都使用赤道式支座。其原理是，望远镜筒绕着与地轴平行的轴线，按地球自转的反方向旋转，以抵消地球自转。赤道式支座可以实现绕“极轴”(平行于地轴)和“赤纬轴”(垂直于地轴)的运动。

地平式支座地平式支座中，镜筒是通过绕垂直轴(方位轴)和水平轴(俯仰轴)的旋转实现对准的。与赤道式支座不同。支撑俯仰一方位式支座的两个轴系都不随重力改变方向。结构上，这是最坚固、最简单的一种机架。质量(和成本)的显著降低。使得当前俯仰一方位式支座成为标准结构形式，甚至包括中型望远镜。

地基望远镜轴承轴承用于镜筒与支座的定位。在地平式中，减小焦面旋转。在选择轴承时，必须始终考虑三个主要技术性能：刚度、精度和低摩擦。两种轴承技术用于大型望远镜：滚动体轴承和液压轴承。由于大质量需要支撑，使用空气轴承和磁悬浮是不现实的。2

滚动体轴承柱式或球式滚动体轴承，普遍都有市售，有足够的刚度和精度。滚动体轴承已成功运用于4m级望远镜，但其固有摩擦使其不能满足更大望远镜的需求。

液压轴承大多数超大型望远镜依靠液压轴承。液压轴承几乎没有摩擦，且低速时不存在非线性。液压轴承具有高负载能力、结构紧凑、刚度极高，且精度可保证至少不低于滚动体轴承。

尽管液压轴承比滚动体轴承昂贵。但由于轴承、抽油机和管道系统只是总体成本中的一小部分，而液压轴承又具有低摩擦和高刚度的优点，使得液压轴承成为更好选择。

地基望远镜的驱动直到20世纪70年代，绝大多数地基望远镜都用蜗轮系统驱动，因为其较高的减速比和卓越的内在精度。用一台等速电动机就可以实现开环跟踪。蜗轮减速器可以在一台单对蜗轮蜗杆上实现很大的转速比(例如，1/720)，完成一种非常刚性的驱动。而且，由于内在不可逆转性，蜗轮是唯一可以在望远镜失去平衡时，提供绝对安全的驱动类型：望远镜在失衡状态下操作，不论是人为失误还是部件损伤，都不会“飞车”。3

地基望远镜的扰动地基望远镜的扰动来源于内部（即产生自望远镜内部）激励和风。

可见导星时，位于主焦点或卡塞格林结构内的观察者，自身就是内部激励的潜在源。现今，内部激励来源是仪器内的机械运动(滤光轮的运动)、驱动电机的转矩波动、望远镜轴间和电缆间的摩擦。由于望远镜自身转动惯量很大，所以机械运动通常没什么影响。转矩波动和摩擦可以通过对控制系统的合理设计来抑制。

地基望远镜的最大干扰源是风。风危害极大，因为它的功率谱中含有很大的低频（0.1～1Hz)能量，相当接近桁架和主动反射镜系统的谐振频率。

大多数天文台是在高海拔偏僻地区，这些地方的风都很大。为提高观测效率，天文台95%都是在天空晴朗时进行观测。这就导致望远镜需要在相当快的风速条件下进行观测(莫纳克亚山天文台风速高达20m/s)。4

地基望远镜减少背景热辐射地基望远镜自身热辐射，是探测器接收背景热辐射的主要源头，有时甚至是全部来源。望远镜和仪器在红外波段使用时，就需要仔细设计可以被探测器看到的部分，以减少其热辐射。主要热辐射源是镜面光学表面、挡光环(除非望远镜采用无遮挡设计)、仪器中的透镜和滤光片、低温箱的窗口等。5

地基光电望远镜探测地基光电望远镜属无源探测手段，是透镜望远镜与光电探测器的集成设备，主要用于对远距离空间碎片的高分辨率成像和观测。与所有望远镜一样，光电望远镜也存在不能全天候全天时工作(光学不可见期)的应用局限，如不能观测处于地球阴影里的非发光物体，云、雾、大气污染以及城市和满月辉光等都会导致性能的下降，甚至不能观测。6