作者：马冬林、莫言、谈昊、史永杰、李忆童   时间：2019-04-17

望远镜设计

望远镜发明距今已有400余年的历史，在1608年，一位名叫汉斯·里帕席的荷兰人在一次偶然的机会发明了望远镜，并将其献给了荷兰政府，用做了战争装备，试荷兰海军能够先一步发现敌方船只。1609年，当伽利略制得知这个消息后，凭借自己的高超本领，制造出了自己的望远镜，并将眼光投向了太空，成为了用望远镜观察天体的第一人。他的重大发现吸引了一大批科学家进行天文观测以及望远镜的研制工作。其中，开普勒对伽利略望远镜进行了改进，并且凭借自己的望远镜开展了一系列的天体观测活动，正是因为伽利略使用望远镜的不断探索，对后世产生深远影响的行星运动的三大定律才得以提出。伽利略与开普勒望远镜均属于折射式望远镜，虽然已经取得了天文观测的突破，但是由于折射望远镜本身的缺陷使得色差无法被消除，而且镜身很长，不便于操作。在1668年，牛顿发明了人类历史上第一台反射式望远镜，与此同时，一位对望远镜设计产生巨大影响的法国天文学家同样发明了属于自己的望远镜——卡塞格林望远镜。直到现在，凭借着卡塞格林望远镜优异的性能，仍然被到广泛地使用。随着天文观测的需要，需要望远镜拥有更高的放大倍率，而望远镜的放大倍率则由其口径决定，所以为了使望远镜放大倍率得到进一步提高以满足观测需要，在望远镜进行设计时，设计师会不断加大望远镜的口径，进入20世纪后，科学技术取得了许多重大的突破，很多革命性的技术也被运用到望远镜上，例如可以补偿重力变形的主动光学技术，镜面拼接技术等，望远镜的性能进一步提高，望远镜做到了10米乃至更大的口径成为可能。目前著名的望远镜主要有口径为10m，采用镜面拼接技术的Keck望远镜；南非的SLAT望远镜；由四台口径为8米望远镜组成的欧洲南方天文台的甚大望远镜（VLT）；为了有效克服大气的影响，放置在大气层外的著名哈勃望远镜。

KECK望远镜

自从1990年哈勃空间望远镜成功发射，1993年和1996年两架10米口径的地面光学红外望远镜 KECKⅠ和 KECKⅡ先后投入观测,天文观测进入一个地基与空基并驾齐驱，协同发展的时代。如今，地基已有14架口径，8米至10米的地面光学红外望远镜建成投入观测。基本都是视场30角分以内的精测望远镜。哈勃空间望远镜和这些8-10米口径的望远镜，已经做出许多激动人心的重大天文发现，使人类对宇宙的认识进入到一个崭新的阶段，这些观测成果又促进了人类对更大口径空间和地面望远镜的需求，同事牵引着大型光机电系统先进制造技术，以及相关材料、软件控制以及数据存储处理等方面的技术发展。随着国内外多台10米级天文望远镜的研制成功，研制大型望远镜的多方面关键技术也均得到了发展。展望未来的10-20年，随着美国新一代詹姆斯韦伯太空望远镜（6.5米，2018年发射），以及地基大口径综合巡天望远镜LSST计划2019年开始运行，人类探索宇宙的科学驱动向着宇宙的纵深发展，对望远镜探测暗弱遥远天体目标的能力提出了更紧迫需求。经过十多年的筹划和预研，目前美国和欧州发达国家，已启动建造新一代30米级地基巨型光学-红外望远镜，分别是采用合成孔径技术的24米口径巨麦哲伦望远镜（GMT）、使用分块镜主镜拼接技术的三十米望远镜（TMT），以及39米口径欧洲极大望远镜（E-ELT）。

自适应光学与主动光学

天文光学仪器（光纤成像光谱仪）

标准多模光纤在经过校准步骤后可以作为光谱仪进行使用。与传统的基于光栅的光谱仪相比，基于光纤的光谱仪可以具有更轻的重量，更小的尺寸和更低的成本，同时可以在光谱分辨率和效率方面提供最先进的性能，可以实现大带宽，特别是对于稀疏光谱的检测，且光谱仪的操作带宽范围可以进行调整。通过使用1m长的多模光纤，可以在100nm带宽内达到0.4nm的光谱分辨率；通过使用20m长的多模光纤，可以在1nm带宽内达到8pm的光谱分辨率。光纤光谱仪在尺寸和成本的显着降低使其可以实现一系列新的光谱应用

光纤光谱仪示意图