不同的望远镜有什么区别?李老师讲拍摄黑洞照片原理

作者: admin 分类: 科学 发布时间: 2021-09-26 15:50

        有小朋友就问我说呢说黑洞不是连光都吸的进去嘛,为什么还能拍照片呢?今天呢就给大家介绍一下这方面的知识。我们为了介绍这个黑洞照片,首先。我们先从望远镜的基本原理说起,望远镜可能我们小的时候家长都给买过一个望远镜啊,我们来观察就远处的东西呃眼睛啊。要想看到物体,我们需要两个条件,哪两个条件呢?第一个条件就是光强,要告光强要够啊,如果发的光太弱了,离我们特别远,我们就看不清了,对吧?除此之外,还有一个就是光线的角度要大。比如说吧如果两个不同的点发出的光线的话,那么他们的光线会成一定角度进入我们的眼睛。

        如果这个角度特别特别小,我们分辨不开,看起来就是一个点。如果角度比较大,我们才能分辨开,看出来是两个点。所以我们就可以解释为什么遥远的星星看起来都是一样的,对吧?就是一个点没有形状,就是因为角度太小了。那么我们来画一个示意图,这是人的眼睛啊,有一根儿光线呢。照射到人的眼睛里面,此时呢会在A点乘一个项,可以哪有感光细胞啊,另外一根光线呢也经过人的瞳孔,然后照到了这个B点,也会呈一个下。但大家注意啊,A和B这两个点,他所成的像并不是一个真正的点,而是一个光斑。这是因为什么呢?这是因为啊在光线经过瞳孔的时候会发生衍射现象。

        所以一根光线过来,绝对不会成为一个点,而是变成了一个光斑啊。那这个光斑呢他有可能会交叠到一起。比如说啊如果这两个光斑叠成这个样子的,看起来连成一片了,那就有可能会分辨不出来。那么这个行的实验室主任锐利啊,第三代瑞利男爵提出了一个判据。他说呀,假如这两个光斑的中心就叫距离X对吧?这两个光斑的中心间距大于光斑的半径。他就是可以分辨的,这个我们就称之为瑞利判据。

        瑞利判据啊,就是说如果这两个光斑隔的比较远,我们就能分辨瑞利判据要求啊X必须大于半径儿。X呢是两个圆形的兼具,而那是光斑的半径。在这种情况下,他才是可分辨的。啊,才是可分辨的。如果我们仔细推导的话,锐利判据呢经过计算,他的数学表达是什么呢?就是如果你想可分辨,那么这两个光线之间有。一个夹角这个夹角叫cat啊,这个C的角必须怎么着呢?必须大于一个数据叫1.22倍的ND除以D啊。这里面我们解释一下这number目的是什么呢?这些拉的呀是光的波长啊,光的波长这个D是什么呢?D呀是这个孔径啊,这个孔镜。啊,这个呢是孔径。

        好,也就是说呢波长越长,你所需要的这个夹角就得越大,孔径越小,你所需的夹角越大。如果夹角小于这个值的,你是无法分辨这两个点儿呢,因为它看起来光斑会重叠,对吧?我们举个例子啊,比如说一个人啊,他对于多长的光最敏感的550纳米,这个是绿光啊,人对这个望是最敏感的。那么人的这个孔径就是这个人的瞳孔啊,红模这个孔镜儿大概是多少呢?大概是5毫米。如果我们把这两个数据带进去的话,我们得出结论就是。人眼可分辨的这个角度会大于把这个数据带到这里边去啊,最后算出来的是1.34乘以10的负4次方弧度,也就大概是多少呢?大概是0.008度。

        啊,也就是说呀,人家能够看到的光线夹角必须超过这个值,否则人的眼睛看成就是一个点儿了啊。那么我们要想看到远处的物体,我们就得提高人眼的这两种能力。一个是我们要让光墙变得更强,收集更多的光线。第二个就是要让这个光线的角度变大,于是呢人们就发明了望远镜啊,要说望远镜啊,咱们首先呢先从折射式望远镜说起。最早啊人们发明的望远镜都是折射式的。比如说呢呃降利率就运用折射式望远镜啊去观察天体伽利略的望远镜呢原理不复杂啊,他基本原理就是这样,他有一个凸透镜。

        有一个凸透镜,然后还有一个凹透镜。啊,这个凸透镜豪奥特婧氏共焦点的这个凸透镜的焦距F1比较大啊,凹透镜的焦距F2比较小,但他们的焦点呢是在一块儿。然后呢,假如有一个光线平行于主光轴入射,我们初中就学过平行于主光轴,入射的光线会怎么样?会汇聚于焦点,对吧?他就想往这个焦点上。但是呢还没等到焦点呢,他就被这个凹透镜给拦住了,对不对啊?凹透镜的作用是如果延长线过焦点的光线会平行射出,所以呢它又会水平射出。这就实现了什么呢?实现了平行光经过这么一个系统变成平行光,实现了光线的汇聚,对吧?光线本来是宽的话,在变窄了,就在你眼睛里了,所以增大了光强。不仅如此啊,假如你这个入射光线稍微弯一点,两人光线呈缴的话,你会发现。

        射光线的角度,比如日光线要大,所以它实现了放大。而且这个放大率呢我们还可以算,其实就是这俩焦距之比啊,这个F1比F2就是它的放大率降低率。当时用他发明的望远镜去观察天体,他发现了什么呢?发现了月球表面的凸凹。啊,所以证明了是宗教说月球是完美无瑕的,这句话是错的。他还发现了木星的卫星啊,这件事让宗教非常恼怒。因为呢宗教认为说所有的星球都是围绕地球转的。如果你发现有信就围绕木星转,你是不是跟我作对嘛,对吧?把他给抓起来了啊,除了在这个以外啊,还有一个人就是跟他同时代的叫开普勒。

        这个开普勒呢就是开普勒三定律。那个人他不乐,他也发明了自己的望远镜,开普勒式望远镜啊,他呢是两个凸透镜。两个凸透镜。啊,两个都得敬,焦点在中间,他们也贡椒点,左边有一个焦距F1,右边有个焦距,F2啊也是供焦点。这样一来呢平行光入射之后。会汇聚于焦点。汇聚于焦点之后,经过焦点发出的光线,经过第二个特性又会变成平行光。你看你又实现了什么一个宽范围的光线变成窄范围的光线,实现了光强的增大。同时呢如果入射光线有夹角的话,这个出售关系有点更大,实现了角度的放大啊,这两种望远镜呢都是人们用的比较早期的望远镜啊,早期的爆眼镜有一个问题就是他会有色差啊,就这个光线经过折射会有色差模糊不。后来人们想我们怎么样把这个色差消除呢?于是人们又发明了一种望远镜,叫反射式望远镜。

        反射是我,我不用折射,用反射。比如说最早牛顿就发明了这个反射式望远镜啊,牛顿的望远镜原理大概是这个样子的。就是有一个反光面。反光面,然后呢让光线呢照到这个反光面上照完了之后呢,光线就往中间会去,按说应该会聚到焦点上,但是还没等他会聚到焦点的时候,牛顿就用一个45度的反光镜把它收到了。收到之后呢,这个光线经过反光镜往上折往上折,再经过一个凸透镜,他就又变成了平行光路,是吧?这样也可以实现光线的这个汇聚,同时呢还可以实现角度的放大。所以牛顿通过这种方法。明了自己的望远镜啊,现在的射电望远镜其实跟这个反射式望远镜的原理是差不太多的啊。好,但是这些和望远镜他都是关于光学望远镜,光学望远镜是工作在可见光的。一个范围的,它是光学望远镜啊,他的工作的光是可见光光学望远镜,它是有他的问题的。什么问题呢?光学望远镜的问题在于啊,因为你是工作在可见光范围,它的波长很短。

        可见光的波长十的负7次方米这个量级因为波长短,所以易被大气进行散射。进大气的时候,可见光就会被强烈的散射。所以你很难观察到清晰的图像,那怎么办呢?人们就想了两个办法,第一个办法是你不是说有大气嘛,大气把我散射的对吧?我跑到西外边不就完了吗?所以人们就在外太空。安了一个望远镜,这就是著名的哈勃望远镜。人们通过哈勃望远镜观察到,很多很多以前没有看到的东西,是吧?除此之外还有一个方法啊,你说可见光波长的,我不用可见光行不行?我用红外或者微波我用红外或者微波用这种播这种波,他波长长,他就不容易被大气散射,可以直接就到地面上,对不对?于是人们把工作在这种范围内的望远镜就称之为射电望远镜射电望远镜。但是射电望远镜的基本原理呢其实跟这个反射式望远镜差不多,就是呢。这个红外或者微博被一个巨大无比的锅盖收集起来,收集起来之后啊,进入到一个镜头那儿,或者进入到一个什么分析仪器上,我们就能看见远处的星星了。那么现在给黑洞拍照片儿呢,其实也是设定望远镜啊。

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