46、紫外、光学和红外波段的太空望远镜与地面望远镜对比

紫外、光学和红外波段的太空望远镜与地面望远镜对比

1 背景辐射与大气湍流影响

1.1 地面背景辐射情况

在 1 至 2.3 µm 波段，“明亮时段”时，月光经大气气溶胶散射会增加可见光和近红外背景辐射。而在超过 2.3 µm 的波段，地面望远镜的背景辐射主要来自望远镜自身（温度约 230 - 280 K）以及低层大气分子（有效温度约 250 K）的热辐射。这导致背景通量随波长呈指数上升，显著降低了地面望远镜在这些波长下的灵敏度。

1.2 大气湍流与分辨率对比

• 衍射极限公式 ：若天文台达到“衍射极限”，其点扩散函数（PSF）在给定波长 λ 下的半高全宽（FWHM）计算公式为(FWHM (arcsec) \sim 0.2\lambda(\mu m)/D(m))，其中 FWHM 单位为角秒，D 是天文台主镜的有效直径（单位：米），λ 单位为微米。
• 地面望远镜情况 ：对于没有自适应光学（AO）系统的地面望远镜，PSF 大小主要受大气湍流影响，而非主镜直径。通常用相干长度或弗里德长度 Ro 来表征优质地面天文观测点的湍流情况，用 Ro 替代 D 可估算时间平均图像的 FWHM。在可见光波段，优质观测点的 Ro 可达 30 cm，对于波长 0.55 µm 的光，PSF 宽度（即“视宁度”）约为 0.37 角秒。Ro 与(\lambda^{6/5})成正比，所以视宁度随波长增加而按(\lambda^{-1/5})改善。如今，AO 技术能使直径达 10 m 的望远镜在波长约 1.2 µm 以上补偿大气湍流，但仅在有限视场范围内有效。