2、望远镜：从基础类型到光学原理的全面解析

望远镜：从基础类型到光学原理的全面解析

1 望远镜的类型与关键设计因素

1.1 望远镜的类型

望远镜大致可分为三种类型：折射望远镜（全透镜结构）、反射望远镜（全反射镜结构，不过透镜系统常被用作场校正器）以及掠射望远镜（针对极短波长电磁辐射，如 X 射线的特殊反射望远镜）。由于这些望远镜的主要电磁辐射收集元件在空间上是连续的，它们被称为填充孔径望远镜。非填充孔径望远镜，也被称为空间干涉仪，通过组合多个望远镜的输入来创建图像，其空间分辨率相当于直径等于干涉仪中各个望远镜间距的填充孔径望远镜。

1.2 电磁辐射波长：关键设计驱动因素

1.2.1 波长与天体物理现象的关联

天文望远镜设计中最重要的标准是入射电磁辐射的波长（频率）。这是因为天体发出的电磁辐射波长与产生它的物理机制密切相关，而天文学家正是想要研究这些机制。例如，填充星系团引力势阱或环绕太阳的极热（数百万开尔文）气体主要发射 X 射线（0.01 - 10 纳米）波长的电磁辐射；而极冷（2.7 开尔文）的宇宙微波背景则发射微波（1 毫米 - 1 米）波长的电磁辐射。所有天体现象都会发射连续谱和谱线辐射的组合。连续谱通常由热机制发射，其电磁辐射谱可以用特定温度参数化的黑体谱 I(λ) 来近似。其他连续谱辐射的物理起源也存在，并且有其自身特征的 I(λ) 形式（如同步辐射）。发射线是由原子和分子中的电子和核能态跃迁产生的光子发射形成的；相反，吸收线则是由相同能态跃迁的光子吸收形成的。为了理解各种天体物理现象的物理基础，通常需要在几个广泛分离的波长上观察连续谱和谱线辐射。

1.2.2 宇宙红移的影响

许多天文学家希望研究遥远宇宙中的天体。由