天文望远镜的制作 - 请问天文望远镜的制作过程？

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请问天文望远镜的制作过程？

1. 回答人: 匿名时间: 07-28 14:17:06

我以牛顿式反射式天文望远镜制作为例：

牛顿式反射式天文望远镜制作讲义(文字部分)
讲义编写:台大物理吴俊辉,王绍权,陈宣槐,黄郁升
网址:http://www. phys.ntu.edu.tw/lclab
一,主镜的研磨
研磨的的磨粉大小从46,80,120,240,500,1000到2500,材料是氧化铝.因为镜子的材料BVC较软的缘故,所以磨粉号数可以两倍的速度更换(例:120->240).若是较用较硬的玻璃材料,一次就只能变1.5倍(例:120->180).
A. 工作平台:
因为磨程中多余的水和磨粉会流到桌上,故在桌子一角铺上报纸后再垫上橡皮垫,保护镜子与工具.
B. 研磨方式:
双手掌心的连线通过镜心,四指靠在镜边缘,握太外面或太里面(太上或太下)都不好施力,磨的时候掌心不能超过底下的工具.范围约前后1/6~1/4个直径,不能超过1/3,两手的力量最好一样,边磨边向下施力.前后磨的路径要直,不要左右晃.
C. 一个程序:
先进行一个小程序:前后来回磨4~6次,逆时针旋转镜子约 45度,握着镜子人顺时针转约30度.重复小程序至人顺时针走到底,再继续小程序,唯换成握着镜子逆时针转30度.重复至人逆时针走到底,即完成一个程序.
D. 程序与程序间:
工具逆时针转约45度.若感觉已无摩擦力,则要加磨粉和
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水.把镜子拿离工具时,要注意不能让工具边缘磨到镜子中心,要注意:致命的刮痕都是在拿镜子的时候造成的.
E. 加磨粉:
磨粉一汤匙,用水将粉充分喷湿,喷散.镜子放上工具后,镜子的圆心绕工具的圆心绕几圈,使磨粉均匀后在开始磨.用奶粉的汤匙舀磨粉有异常的妙用,汤匙底部有小洞,可以慢慢的让磨粉流出来,这样便可以均匀且少量的洒在镜面上.当工具和镜面接触良好时,磨粉便要慢慢减少,因为颗粒越小的磨粉越容易粘成大的团块,易刮伤镜面
F. 要注意干的磨粉:
干的磨粉颗粒会凝结变大,会严重刮伤镜子,磨镜时不能使手上和镜子边缘干的磨粉掉到工作范围内.手脏不应搓手,而用水桶洗手的方式.
G. 测试曲率的方法:
三角仪的半径是2公分,测的时候要稍微移动位置,测到当地最高的值才是正确的(因三角仪的圆周一定是靠在镜面突起的部分).磨到2500的磨粉后,要用Ronchi test(做法见上学期报告)才能看出差别,因三角仪的精确度只有0.01公分.表面的均匀程度可用肉眼或辅以手电筒即可观察出来,换另一号磨粉前需要将表面都磨制均匀.
H. 修正曲率方式:
磨镜时的位移若小一点(1/6以下)是均匀的磨到整个镜面,同时改变整个镜子的曲率;大一点时(1/6~1/3)则是重点磨深,局部影响曲率.镜子在上工具在下时研磨到镜子中央,相反则研磨到边缘.例如镜子在上时用大的位移则会让中央部份磨深.依2照三角仪或Ronchi test测定的镜子曲率,来作不同的修正.
I. 环境的清洁:
换磨粉之前,或是前一次工作相隔时间长,就必须作清洁的工作.地板,磨镜的桌子,柜子都用抹布和除尘拖把仔细清过一遍,不能有前次的大磨粉残留,会刮伤镜片.镜子,工具和垫子也都用牙刷,牙膏仔细刷洗过.
用空罐子把磨粉分装,从小的开始再装大的,因为大磨粉里参有小磨粉也不会刮伤镜片.分装好的磨粉不要全放在一起,分开放置不同的柜子较不易污染.柜子还需要一个塑胶布来挡住,以免有外来颗粒入侵.使用时要用更小的药罐先分装,不要重复接触大罐子,使表面有磨粉的机率增加. 厨房纸巾和静电布要收藏在箱子里,要用时一次拿一张,以免沾上磨粉.换磨粉时最好也换一卷纸巾.
J. 防止镜边缘破碎:
用炒菜锅乘水和46号磨粉把镜子的边缘磨掉约4mm,用完后磨粉和剩下的水都不须清干净,这样湿润的磨粉较不易飞散,再直接放到测试桌下面的纸箱内收妥.要随时注意边缘会不会太尖,以防碰撞而破碎.
K. 若工具和镜子吸住推不开:
研磨时要随时注意水是否太少,不然工具和镜子间的摩擦力和吸附例会太大以致于分不开.解决办法有很多种.若从透明的工具看进去,中间的水还没有干掉,表示转不开是由于周围干掉,可从上面对工具中间加压,把中央有水的部分压开,分散附着力,同时在用手转(不能用扳开的方式,以防危险),就可以转开.若还不行,就表示整个水分都快干掉的,可以把镜子和工具一起放到约五十度热水中,利用两者膨胀系数的不同(BVC几乎膨胀系3数为零),即可拆开.
L. 刮痕:
通常是干掉的磨粉或是前一程序的残留磨粉造成的.当磨粉很细时,会飘散到空中,所以清洁工作要很彻底,甚至连身上都需要先用除尘纸擦过.若有刮痕,可用手电筒观察其深度,通常可以在下一个阶段的磨粉可以被淡化,但无法消除.只要不是太严重,事实上对光学表现不会影响太大.所以通常不会为了一条刮痕再增加该磨粉的磨程时间.
二,主镜的抛光
抛光通常和研磨一样需要很多个磨粉的流程,但这次我们只有用一种大小的氧化铯,所以花的时间会较长.此外,原来工具的玻璃材料对抛光来说太粗糙,所以要在原来工具的表面在铺上一层沥青.
A. 氧化铯磨粉:
因氧化铯比奶粉还要细,会粘着任何容器,所以不易用汤匙拿取.因此把它和水1比4溶在装西红柿酱的瓶子里,直接用磨粉水的形式代替分别加磨粉和水,使用时要先摇晃均匀,使瓶子底部没有磨粉沉淀.
B. 沥青工具的制作:
我们用有把柄的锅子和高山瓦斯炉将沥青融化.融化的沥青很像麦芽糖(这次用的是比较高级的沥青,外表是黄色的.沥青是混合物,其中成分的比例会影响他的软硬度和色泽),加热要用非常小的火,一来因为沥青的熔点很低,二来加温太高会产生非常多气泡,使液体成分蒸散而改变成分比例.表面的一层泡沫可
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以用汤匙挑掉,一边加热一边要用筷子将底部融化的跟上层未熔的搅拌.
工具的边缘用厚胶带贴一圈,高出表面3公分左右,再把沥青倒入,量约1公分厚才足够,用筷子把气泡挑掉.约五分钟后(是沥青干的程度),用铁棍将表面压成格子状,把镜子表面涂满氧化铯溶液(镜子要稍微用吹风机加热,以免镜子和工具的温度相差太多让沥青瞬间凝固),压到工具上,人再压上去约15分钟,将沥青压成和镜子曲率一样.镜子拿开后用磨粉的附着状况判断曲率(通常是中央没被压到,所以中间会没有粉红色的磨粉黏着),曲率未到可放到热水中加热工具,然后再压一次. 压好后工具的边缘用榔头敲掉,使沥青的面积小于镜子,压的时候才不会有大于镜面的部份压不到而突起.沥青碎片可稍微清一下,但因质地很细,就算有残留也不会磨伤镜子.
C. 工作平台:
防滑垫因为有弹性会抵销力量,所以要换成用厚木板垫底,上面作四个木块刚好夹住工具,再用两个C型夹把木板固定在桌角.木块的高度要小于工具的,这样工具上的镜子才能有位移.工具和木块间的空隙用小的锲型木块塞住,磨的时候才不会前后动或是转动.
D. 抛光方式:
用氧化铯抛光时,附着力明显大于以前任何一种磨粉,非常难移动镜子.磨粉水很不容易流失,因为有沟槽的关系,所以就算磨一整圈也不用加磨粉水.最好都以镜子在上的方式抛光,这样若有大颗粒的东西才容易从工具的勾槽流掉,镜子在下容易刮伤.此时的位移只需要1/6,因为是整体抛光的关系,不用大位移来加强局部.因为镜子在上,所以边缘会比较难磨到,用直线来回磨几次后可改为W行的磨法,增加边缘磨的机会.
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E. 沥青工具的校准:
隔一两天以上重新要磨之前都需要再校准工具的曲率,把工具放到热水加热,再用人的重量压20分钟.但施压的人不可左右晃动,否则工具的边缘曲率会太大超过预期,这样抛光的时候,边缘会接触不到,只有镜子中央被抛光.
F. 测试曲率的方法:
一开始可用Ronchi test测镜面和目标球面相差多少,再改变工具和镜子的位置,或是位移的大小来修正.最后用W型磨法抛物面化后(抛物面化只要约半小时,因球面和抛物面相差甚少),可用Foucault test测其抛物面化的程度.
三,一般预期工作成果
以口径32cm的镜片为例,主镜研磨和抛光的过程,研磨需约27个程序(46磨粉-3次,80磨粉-9次,120-7,240-2,500-2,1000-2,2500-2),抛光约20个程序,各需18到20个小时,因此实际的磨镜时数近40个小时可完成(不包含所有准备与清洁时间).镜面可能会有几处刮痕,但应不影响未来的整体表现.整体镜面的误差可用Foucault test的软体来计算,一般若控制在1/8个可见光波长以下,已算是非常优良的表现,本实验室的技术可达到1/20个可见光波长
的准确度约为25奈米.之后主镜镜面蒸镀时,镀铝约100 ~200nm两层,和一层二氧化硅作为保护.
望远镜本体:
大部分采用铝门窗的铝制材料,座台使用Dobsonian的设计,目镜座则用Crayford的设计,斜镜架,目镜架,主镜架都有三点微调6机制,可以调整斜镜目镜与主镜的平面倾斜度,以调整光轴.
望远镜能力
D(口径) = 31.1cm
F(焦距) = 146.75cm
F-ratio(焦比)= 4.72
P(集光力)= 1974
M(极限星等)= 14.7
FOV(视场)= 0.35度
解析力 = 0.41角秒
极限倍率 = 约44倍 ~ 550倍
适合搭配的目镜约33mm-3mm
注:关于制作过程之图片资料,可由以下网站下载:
http://jhpw.phys.ntu.edu.tw

2. 回答人: 匿名时间: 07-25 21:30:05

详细制作过程如下：

材料：
1、100度老花镜片1个
2、50mmPVC管一个，长度1米
3、现成的天文望远镜目镜一个，也可以是显微镜的目镜
4、王老吉罐1个
5、纸板、胶带、双面胶等等

过程：

1、将王老吉罐的上下剪开，下面口全部剪掉，上面口剪出直径50mm
2、老花镜片的外径为65mm，PVC管外径为50mm，所以用纸做2个外径65mm内径50mm的圆环，用双面胶贴住

3、将2个纸板做的圆环上下粘贴在老花镜上，即做固定镜片用，又做遮挡边缘光线用
4、将圆环粘贴好的镜片放入王老吉罐内，从底部放入，镜片凸面朝罐底部，（放的时候需要积压底部边缘，直接放不进去）

5、将50mmPVC套入王老吉罐口，物镜部分基本制作完成
6、拿来一些纸板，卷成筒状，包住目镜，并放入PVC管另一头，一个简单的天文望远镜制作完成

7、纸板卷筒部分可以滑动，当成简单的调焦筒
最后可以做一些美化工作，比如外表喷漆，还可以做一个支架便于架设和观星。

3. 回答人: 匿名时间: 07-18 11:06:29

建议你还是购买比较好一些，下面是一个简单的制作。
一个凸透镜和一个凹透镜可以做最简单的伽利略式望远镜。凸透镜做物镜凹透镜做目镜。可以去眼睛店购买两片镜片，一片老花镜（凸透镜）一片近视镜（凹透镜），老花镜直径可在10-15厘米，近视镜可在5-8厘米，可以请眼睛店师傅帮你打磨。买几张牛皮纸用直径与镜片相同的木棒或水管裹两个镜筒，内部用墨汁涂黑，把两片镜片固定好后，两个镜筒接起来在同一条轴线上，观察时来回移动两镜片之间距离就行

4. 回答人: 匿名时间: 07-17 13:59:38

我就自制过的，可以给你讲一讲。首先去眼镜店买一个未加工的老花镜片，十元左右，圆形的。要100度的，这样它的焦距是1米。再去买一个高倍数的放大镜，就是那种直径特别小的，一两厘米的。特别是有那种集邮放大镜，就很合适。一般焦距在十厘米以内。然后把焦距一米的放前面，小放大镜放后面，两者距离为两镜片焦距之和。自己用硬纸板作一个镜筒就行了。然后在距离目镜（即小放大镜）为目镜焦距的位置看。倍数等于物镜（就是放在前面的那个老花镜片）焦距除以目镜焦距。
光学望远镜的倍数是有理论极限的，等于物镜口径（即直径，以毫米为单位）除以2.3，尽管通过使用更长焦距的物镜和使用更短焦距的目镜可以使倍数无限增大，但如果超过了理论极限，物象就会变模糊，也就没有意义了。所以天文台的望远镜都要使用特别大的物镜。而我们自制的没有更大的物镜，所以一般只能达到30倍左右，而天文爱好者买的，一般也就这个倍数了，买的比这个也好不了许多，只是有了很多专用设备，例如赤道式支架等。如果纯粹是看的话，自制的也就差不多了。
这是我自制的，三十倍：http://hiphotos.baidu.com/xinh/pic/item/2861a2ec8c09aa3c27979180.jpg

5. 回答人: 匿名时间: 07-03 15:36:54

用液体制作天文望远镜

伽利略望远镜与开普勒望远镜
世界上第一架天文望远镜是意大利科学家伽利略于1609年发明的，当时只能将物体放大3倍。后来这架望远镜经过伽利略不断改进，能将物体放大30倍。他用这台望远镜观测天象，获得了月球表面的环形山、太阳黑子、金星盈亏等重大发现。他的天文望远镜是用荷兰人利比斯赫设计的水晶透镜制造的，镜筒的一端为凹透镜，另一端为凸透镜。
后来，德国天文学家开普勒又发明了一种天文望远镜，是用两块凸透镜组合起来的。用开普勒望远镜观看远处天体时，影像是上下颠倒的实像。这对天文观测没有太大的妨碍，只要记住影像是颠倒的这一点，并在镜筒的实像位置上划一个十字线，研究天体就不会有什么差错。
不管是伽利略望远镜还是开普勒望远镜，都是利用光折射成像原理制成的折射式望远镜。这些望远镜会出现一个共同的缺点——球差和色差。球差是因为透镜边缘和中心厚度不一样而造成的，从透镜不同地方透射出来的光线不能聚在同一焦面上，造成天体图像变形。色差是指因透镜的色散而造成望远镜所观测的天体图像上存在无关的颜色。另外，折射式望远镜的口径越大，镜筒就越大，给望远镜的安装和使用带来不便。

牛顿的反射式望远镜
为了克服折射式望远镜的缺点，英国物理学家牛顿用凹面镜代替凸透镜聚光，再使光线通过凸透镜成像，这就是历史上第一台反射式望远镜。他用这台望远镜清楚地看到了木星的卫星及金星的盈亏。
牛顿的第一台反射式望远镜内的凹面镜，直径只有12.7厘米，其观测范围很有限。而天文望远镜的目的是要观测和收集遥远的天体发出的光线并使其形成影像。为了对天体作更加仔细的研究和观测更暗弱的天体，最重要的手段就是增大望远镜的口径。因此，现代反射式望远镜的口径越做越大。1795年，英国制造了一台口径为1.30米的反射式望远镜，它的反射式望远镜和凸透镜之间的距离达13米，质量达1吨。自那以后，美国和苏联相继制成口径更大的反射式望远镜。如美国在帕洛马山天文台安装了一台口径为5米的大型反射式望远镜；苏联在高加索的一个天文台安装了一架口径达6米的反射式望远镜。
望远镜的口径做得越大，天文学家可观测到的天体就越多，并且观测到的细节也越来越丰富，甚至可观测到围绕其他恒星运行的行星。但是凹面镜越造越大，其镜面的加工难度也越大。大型反射式望远镜的加工难度可以从加工凹面镜的过程得到证明。生产一面直径为3.58米的凹面镜，要用45吨玻璃。工人们先将玻璃熔化，然后缓缓注入一个碟子形的模子里，模子直径达8米。当温度为1400℃的液体玻璃全部注入模子后，再将模子移到一个转台上，以每分钟6圈的速度转动，利用离心力使熔化的玻璃布满碟子的内表面，待玻璃冷却到800℃后，连同模子放进一个巨型炉中，使直径8米多、厚度17厘米的玻璃碟在3个月内逐渐冷却。如此缓慢的冷却是为了防止产生内应力，以免玻璃碎裂。此后，玻璃碟还要经过长达8个月的热处理，才能进行研磨抛光。研磨后，在凹面上镀上一层铝，接着在中心钻一个直径约1米的孔。经过这一系列工序，才能得到一块质量为23吨、直径为3.58米的反射凹面镜。整个加工过程要花费两年时间。

液体望远镜的问世
因为制造一面巨型反射凹面镜特别费事，所以科学家们开始探索减轻反射凹面镜重量和简化制造工艺的途径，有些科学家就提出用水银来制作望远镜的想法。1987年，一批加拿大的天文学家终于制造出一架口径为1.5米的水银液体望远镜。制作水银反射式望远镜特别简单，水银反射式望远镜的凹面用45秒的时间就可以成形。技术人员先把水银注入一个抛物面形的盘子中，使其覆盖盘子的大部分表面。然后旋转盘子，使水银在离心力的作用下散开，形成一层1～2毫米厚的抛物面薄膜。由于水银有较大的表面张力，制作完成的水银表面上有时会出一些小孔。当出现这种情况时，可以重复操作一次。一般的操作人员经过几天的实际练习，都能“旋转”出完全没有小孔的光洁如镜的水银薄膜凹面镜。这种水银反射式望远镜的价格比玻璃反射式望远镜便宜得多。目前，加拿大的天文学家正在筹建口径为5～15米的巨型水银反射式望远镜。他们的长远目标是建造口径为30米的大型水银反射式望远镜，以便观测更远处的天体。
天文学家下一步的目标之一就是要制造口径为20～100米的超大型反射式望远镜，而用玻璃制造这样大的单镜面反射式望远镜几乎是不可能的。但是，由于水银反射式望远镜具有成本低和重量轻的特点，利用水银则完全可能制造出超大口径的反射式望远镜。一些天文学家正在制作口径为12米的水银反射式望远镜，然后用18台这种水银反射式望远镜组成一个望远镜阵列，这个阵列就相当于一架口径为50米的大型反射式望远镜。

水银反射式望远镜的弱点
水银反射式望远镜的最大弱点是只能垂直观测上方的一小块天空，不能倾斜，否则水银就会溢出，因此观测的天空区域狭窄，就像“坐井观天”。后来，天文学家又制造出了可以旋转的水银反射式望远镜，这样不仅能观测正上方非常狭小的天空，而且在天体经过水银反射式望远镜上方时望远镜还可以通过旋转跟踪天体半小时。对水银反射式望远镜而言，这是一个不小的进展。现在，天文学家甚至能通过改变水银盘的旋转速度，改变水银反射式望远镜的焦距。
水银反射式望远镜的另外一个缺点就是会挥发出有毒的水银蒸气。在镜面开始形成时，水银蒸气量较大，操作人员应戴上防护面罩。但几小时后，在表面形成一层氧化膜，水银的蒸发量就会大大减少。
水银反射式望远镜还有一个缺点是怕振动和风吹。由于水银形成的是凹面，望远镜微小的振动都会影响其凹面的精度，因此，水银反射式望远镜需要安装在混凝土底座上，并和周围的建筑物隔离。

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