400年来人们用啥追星？
编者按：
人类对于浩瀚星空的探索从未停止，天文学的观测和研究对现代自然科学的发展做出了巨大贡献。天文学是如此令人着迷，如果有天文学家给你上一堂天文课，相信你能更多地领略天文学的魅力！
从11月3日开始，科学大院将联合上海天文台，每周发布一期“探索天文”视频，跟大院er一起去探索宇宙吧！
1609年，伽利略将望远镜指向夜空，开创了人类使用光学仪器观察宇宙的先河。四百年来，随着科学技术的不断进步，天文望远镜的性能也不断提升，在它的帮助下人们可以洞悉星辰变化，探究宇宙奥秘。
不过，你知道天文望远镜和普通的望远镜有什么样的区别吗？它有什么特点？我们又该如何去使用天文望远镜？
天文望远镜打开了现代天文学研究的大门
1609年，伽利略开始使用自制的望远镜对天体进行观测和记录，这开创了人们使用光学仪器进行天文观测的先河，同时也打开了现代天文学研究的大门。
伽利略
伽利略制作的天文望远镜
伽利略当时所使用的天文望远镜是由一片凸透镜作为物镜，一片凹透镜作为目镜的折射式望远镜，这种望远镜可以呈现一个正立的虚像，在这台望远镜的帮助下一个全新的世界展现在人类面前：看起来如云雾状的银河被分解成为一颗颗恒星；四颗暗淡的卫星围绕着木星旋转；太阳上存在着每天都会发生变化的黑子；金星存在盈亏现象从客观上证明了日心学说。
伽利略制作的望远镜的仿制品（图片来源：汤海明）
光学望远镜的发展过程
一个个发现不仅仅颠覆了过往人类对宇宙的认知，更激发着人们不断探索宇宙的兴趣。1611年，天文学家开普勒改造了望远镜原有设计，创造性地将望远镜的目镜由凹透镜改为一组短焦距的凸透镜。这一改进使得望远镜的成像质量与倍率进一步地提升，望远镜的观察效果也大为改观。而这种设计也成为后来许多折射式望远镜的基础光学结构。位于上海松江的佘山天文台所拥有的四十厘米双筒折射望远镜就属于这种类型。
1987年上海佘山1.56米光学望远镜（图片来源：上海天文台）
随着牛顿制作出反射式望远镜，困扰天文学家们的色差被消除，望远镜也向着更大口径发展。时至今日，世界上最大口径的光学望远镜已经达到了10米量级。这些巨大的望远镜帮助着人们看得更远看得更清晰。
射电天文望远镜的诞生与发展
当无线电技术被广泛应用于军事和生活领域之时，人们发现原来天体也会发射出无线电波。上世纪三十年代，用于观察天体无线电信号的射电望远镜诞生出来，为天文学家们探索宇宙提供了新的视角。
坐落在上海天马山附近的天马望远镜是亚洲最大的可转动射电望远镜，其反射面的直径达到了惊人的65米，整架望远镜在巨大支架的支撑下，总重量达到2700吨。这么一个大家伙落在直径50米的钢制轨道上，而轨道的沉降误差却被严格控制在0.5毫米之内，望远镜在计算机的控制下可以同时在俯仰和水平两个方向上缓慢转动，从而跟踪天体进行连续观测。
上海天马65米射电望远镜（图片来源：上海天文台）
与之相比，位于贵州省的射电望远镜则更为巨大，反射面的直径达到了500米，成为世界上最大的单体射电天文望远镜。
直径500米的“天眼”（图片来源：国家天文台）
射电望远镜不仅可以单独一台进行观测，还可以通过组网的方式进行联合观测。现在，上海、北京、云南、新疆的多台射电望远镜和位于上海天文台的数据处理中心，组成了我国的甚长基线干涉测量网，这个观测网的观测精度相当于一台口径达到3000千米的大型射电望远镜。甚长基线干涉测量技术不仅在天文学研究上发挥了重要的作用，还服务于我国嫦娥探月工程和未来的深空探测项目之中。
中国VLBI网（图片来源：上海天文台）
天文望远镜的构成
天文望远镜不仅限于专业天文台使用，普通人也可以使用小型天文望远镜进行天文观察。
一台小型天文望远镜通常由支架、赤道仪（或地平经纬仪）系统、主镜筒、寻星镜、调焦座、终端等部分组成。稳定的支架是保障望远镜观察精度的基础，通常是一具金属的三脚架。赤道仪系统具有控制望远镜搜寻天体、跟踪天体的功能。赤道仪一般由一套控制器控制，内部的马达带动着望远镜的转动，从而跟踪天体的运动。
（图片来源：veer）
还有一种类型的望远镜采用的是经纬仪系统，控制器控制着仰角和方位角对天体进行跟踪。望远镜的主镜筒是望远镜的光学核心，望远镜的物镜会安装在其中，一台望远镜观测能力的强与弱就是由物镜所决定的。
天文望远镜为啥越来越大？
为什么我们需要把望远镜造的越来越大呢？因为望远镜的口径越大越能收集到暗淡天体发射的光芒，从而使得观察者可以观察到这些原本暗淡的天体，而望远镜的物镜大小还决定了望远镜的分辨率，也就是看清目标的能力。望远镜的口径越大就能将目标天体看的越清晰，比如，一台小口径的天文望远镜只能观察到月球环形山的轮廓，而较大口径的天文望远镜却可以看清环形山的精细结构。因此，为了观察到更暗、更清晰的天体，便需要更大口径天文望远镜来帮助。
星空（图片来源：上海天文台）
天文望远镜的每一个部件在实践观察过程中都会发挥不可或缺的作用，而将一台望远镜的性能发挥出来，不仅仅需要熟悉操作过程，更需要一颗饱含探索欲望的心灵。宇宙很大，也很美，值得我们每一个人去探索。
“探索天文”系列课是什么？
它是由中国科学院上海天文台佘山科普教育基地出品的一套公益性天文课程。以天文学中大众关注度最高、最有趣的话题为主题，让专业的一线天文科研人员和科普专家从复杂的知识点中选取最有代表性的内容，分别从天文望远镜、月球、太阳系、星系动物园、黑洞、星座这六个方面，多角度地、趣味性和知识性兼有地介绍天文学中的知识和研究方法等。
扩展阅读
1.观天巨眼，2008年10月，商务印书馆
2.星空观测全书：精准找到数百个天体的终极实战指南，2019年5月 北京科学技术出版社出版
3.观星，2018年1月 北京科学技术出版社
本期讲师简介
汤海明，现任中国科学院上海天文台科学传播室高级主管，上海市天文学会秘书长。负责上海天文博物馆的管理及天之文中国天文科普网的建设与管理工作。参与第六版《十万个为什么·天文卷》的编写工作。多次组织天文爱好者进行天文科普观测活动及大众路边天文观测活动。在国内首先建设了网上天文直播频道，并多次成功地对天象现象、科普活动等进行网络视频直播。曾获全国科普先进个人、上海市科普教育创新奖等奖项。
（未完待续）
下期预告：月球
作者单位：中国科学院上海天文台
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