38、亚毫米波望远镜：设计、性能与挑战

亚毫米波望远镜：设计、性能与挑战

亚毫米波望远镜在天文学观测中扮演着至关重要的角色，它能帮助我们探索宇宙中许多难以观测的现象。下面将详细介绍亚毫米波望远镜的设计、性能以及面临的挑战。

1. 望远镜设计

• 离轴设计 ：当副镜及其支撑结构造成的遮挡无法接受时，通常会采用离轴设计。在较长波长下，望远镜的散射会超过大气造成的损耗；或者在观测低表面亮度的扩展源时，散射和旁瓣产生的虚假信号会成为问题，此时离轴设计就显得尤为重要。格雷戈里形式常用于宽视场离轴设计，因为它的主镜偏移较小，且便于对光瞳进行斩波和扫描操作。不过，离轴光学系统存在严重的像散和彗差问题，但可以通过倾斜副镜来校正像散，通过塑造镜面形状来减少彗差，从而获得与相同主镜直径和焦距的同轴设计相似的视场。例如，AST/RO、SPT、ACT、WMAP和普朗克等望远镜都采用了离轴格雷戈里设计，除了AST/RO外，其他都是为宇宙微波背景（CMB）观测设计的毫米波望远镜。
• 冷光阑 ：大多数亚毫米波仪器都配备冷光阑来控制主镜的照明，因此入射光瞳通常比主镜略小。在某些情况下，光阑可以设置在副镜处，溢出的光线会落在寒冷的天空中，或者被冷却的吸收器吸收。
• 同轴设计的焦点位置 ：在同轴设计中，卡塞格伦或格雷戈里焦点通常位于主镜后方，这样做一方面是为了避免在望远镜光束中放置大型相机造成遮挡，另一方面是为了方便接近相机。但这种配置要求望远镜的焦比大于约f/5，这可能导致探测器尺寸过大。因此，亚毫米波望远镜通常会配备焦比缩减器，将望远镜与探测器连接起来。

2. 焦比与探