美國航天局的紅外望遠鏡設備

美國航天局的紅外望遠鏡設備
為了滿足科學研究的需要， 美國航天局(NASA)的首臺紅外望遠鏡設備(IRTF)，
經(jīng)過五年半的設計和制造， 于1979年l0月完全建成并開始工作， 這是航天局為了支援行星探
險計劃對太陽系星體進行觀測而建造的，計劃用一半時間對太陽系進行觀澳l，另外一半時間
用于其他觀澳l計劃。
按合同，夏威夷大學天文研究所負責對航天局的紅外望遠鏡進行操作和維護。合同中規(guī)
定， 夏威夷大學天文研究所可以使用有效觀謨I時間的四分之一， 其他時間提供外部科學社團
使用。
航天局紅外望遠鏡由望遠鏡結構裝置、光學系統(tǒng)、整流罩、儀器等部分組成。NASA紅
外望遠鏡的結構如圖9一l所示， 紅外望遠鏡的主要設計參數(shù)如下：
(1) 主鏡
材料t 玻璃一陶瓷(cer—Vit)~
外邊緣直徑；3．2m(126英寸)，
有效直徑； 3．Om(120英寸)，
形狀： 拋物面
焦距比{ f／2．5。
(2)卡塞格倫聚焦
次鏡直徑： 24．4cm(9．6英寸)|
焦距比t f／35,
有效視場：10 |
擺動幅度t蛀大幅度6 |
最大頻率40Hz。
(3)庫德聚焦
圖9一l NASA紅外望遠鏡結構
焦距直徑比t f]12O；
有效視場： 3 。
(4)仲角極限： 一51�！� +66。。
(5)定向精度：2 (在6O。天頂錐角范圍內(nèi))。
(6)偏差角精度：1 (偏差角小于1。)o
T． 望遠鏡結構裝置
天文望遠鏡的鏡筒和赤道儀支架具有特別好的剛性，這是保證天文望遠鏡精確定向和測
量的必要條件。望遠鏡可以確定夾角小于l5。的兩個物體的夾角，測量誤差小于2弧秒。此
望遠鏡不僅可對紅外輻射源進行觀壩4，還可以在白天利用少數(shù)人眼看得見的明亮星體作定
位，進行可見光觀測。此望遠鏡支架重達12400Okg(274OO0磅)，但整個結構加工精密，平
衡優(yōu)良， 所以只用小功率馬達即可使其轉(zhuǎn)動。
此支架的設計是工程師和夏威夷大學通力合作完成的。首先由美國天文臺的工程師Kitt
Peak進行概念設計， 再由美國噴氣推進實驗室(JPL)的工程師完成了詳細的結構分析，
最后由福特航空公司負責具體設計和制造，實際使用證明結構性能良好，達到了預定的目標。
2． 光學系統(tǒng)
此天文望遠鏡的光學系統(tǒng)的基本結構和其他大型反射式望遠鏡的光學系統(tǒng)相似， 但有些
關鍵部件的設計不同。設計中同時使用卡塞格倫(Cassegrin)和庫得(Coude )兩種聚焦
方法。由于紅外望遠鏡是對目標的紅外輻射能進行定量的探測， 光學系統(tǒng)設計時盡可能減少
光學系統(tǒng)各部件的紅外輻射進入紅外探測器。
3． 消除天空背景紅外輻射的影響
望遠鏡接收的紅外輻射， 包括觀測目標的紅外輻射和天空背景的紅外輻射兩部分， 而且
天空背景的紅外輻射比目標的紅外輻射強度大很多倍， 為了有效的對目標進行觀測， 首先要
消除天空背景紅外輻射的影響。此望遠鏡采用的方法是分別觀測天空背景加目標的紅外輻射
和只有天空背景的紅外輻射， 然后兩者相減得到目標的紅外輻射。兩種觀測由次鏡擺實現(xiàn)，
為了消除隨機噪聲， 要求次鏡擺動頻率高達40次／ 秒， 所得觀測結果經(jīng)平滑濾波后消除噪
聲，提高了信噪比和像質(zhì)。
盡量減少光路中機械和光學零件及其輻射系數(shù)， 從而降低其對觀測的影響。設計的主鏡
直徑比觀測使用的有效區(qū)域直徑太15cm， 這樣可以避免主鏡邊緣的輻射進入光路中。主鏡
和次鏡由啟特皮克國家天文臺研磨和拋光。性能非常好，來自目標80％的輻射能聚焦在像平
面上0．8弧秒的圓內(nèi)。
4．整流罩和t筑物
此天文望遠鏡是安放在18m(60英尺)直徑的密封整流罩內(nèi)。建筑物中心是單層， 內(nèi)有
望遠鏡控制室、儀器室和機械室、工作區(qū)、庫得室和生活室。天文望遠鏡機身固定在水泥臺
上。為了保證天文望遠鏡能夠平穩(wěn)的跟蹤， 水泥臺和建筑物分隔開。為了減少大氣干擾， 整
流罩是雙層并且在觀測區(qū)進行空調(diào)， 以便保持室內(nèi)外空氣溫度盡可能一致。整流罩和建筑物
涂白色油漆， 減少對陽光的吸收， 從而保持整流罩內(nèi)低溫。
5． 儀器
觀測站內(nèi)有幾種紅外儀器，_白J 供觀測者使用，有的儀器沒備正在建造中。現(xiàn)在可供使用
的有1～35 m光譜范圍中的光度計和低分辨率l～13 m光譜范圍的光譜計。此探測系統(tǒng)
可以在控制室內(nèi)遙控操作。另外還可以用安裝在焦平面處的電視攝像機從控制室對微弱目標
進行軸線上和偏離軸線方向的跟蹤。通常用微機控制天文望遠鏡的運動， 如跟蹤目標和旋
轉(zhuǎn)。探測的數(shù)據(jù)也用計算機自動采集和存儲。