哈勃望远镜方案.ppt

自1990年发射上天以来，哈勃空间望远镜向世人奉献了无数壮观的宇宙画面。这些照片不仅被刊登在了报纸、杂志以及几乎每本天文学教科书上，它们还出现在了唱片封面、广告、T恤、咖啡杯以及电影场景中。这些照片也激起了公众对天文学的空前兴趣，由此产生的对世俗文化的冲击是近代其他任何一架天文仪器所无法比拟的。 　　　我们一起来揭开“哈勃”照片诞生的秘密…… 前言 1995年4月1日哈勃空间望远镜上的大视场和行星照相机2（WFPC2）拍摄了鹰状星云的照片。就像普通的数码相机一样，WFPC2也使用电荷耦合器件（CCD）而不是胶卷来记录影像。CCD是一个由光敏器件组成的阵列，其中最小的单元被称为“像素”。而它的作用则是把接收到的光信号转化成电信号。 　　 WFPC2的视场大约包含了1600×1600个像素，这使得它大致相当于一台250万像素的数码相机。虽然WFPC2所拍摄的图像也不是真彩色的，但是它所能看到的景象比起彩色胶卷来更接近于肉眼。 望远镜的镜子和光学系统是最关键的部分，因此在设计上有很严格的规范。一般的望远镜，镜子在抛光之后的准确性大约是可见光波长的十分之一，但是因为空间望远镜观测的范围是从紫外线到近红外线，所以需要比以前的望远镜更高十倍的解析力，它的镜子在抛光后的准确性达到可见光波长的二分之一，也就是大约30纳米。 哈勃望远镜的第一张照片 鹰状星云 照片的右上角为什么会少了一块？ WFPC2事实上是由4架相机组成的——3架大视场照相机（WF）和1架行星照相机（PC1） 下面我们来看一下哈勃照片的诞生过程 不同的原子会在特定的波长上发出特有的辐射，因而具有特殊的颜色。这使得天文学家可以只拍摄某种原子所发出光线的照片。对于鹰状星云的照片，WFPC2使用的滤光片使得它可以拍摄来自氢原子、硫离子以及电离氧所发出光线的照片，而第4片滤光片则只能让恒星所发出的光通过。 首先，宇宙射线和其他噪音会出现在拍摄的照片中。这个我们下面会想办法把它们去掉。 其次，我们现在看到仅仅是来自PC1的图像，一会儿还要处理3架WF相机的图像。 再次，我们现在看到是每架相机能拍摄的4种颜色中的一种。就像电视机的色彩是由红、绿、蓝组成的一样，最终的照片也是综合不同颜色滤光片的照片而成的。不同的原子会在特定的波长上发出特有的辐射，因而具有特殊的颜色 　WFPC2的每台照相机每架都会使用它们的4块滤光片格拍摄两张照片，以此来消除照片中的宇宙线。 “雪花”就是宇宙线和CCD相撞的时候所产生的，而宇宙射线是以接近光速运动的原子核。每次宇宙线撞上CCD的时候就会留下一道痕迹，干扰我们想要拍摄的影像。幸运的是，宇宙线是随机的，因此它们在两张不同的照片上会留下不同的痕迹。所以只要比较两张不同的照片就可以去除这些恼人的宇宙“涂鸦”。 首先在两张照片中找出那些只在其中某一张照片中才出现的宇宙线痕迹并且删除它们。然后合并这两张已经没有“雪花”的照片，以此来提高图像信噪比。当然与此同时还有一些诸如“暗流”、“平场”以及“电荷转移效率”等和仪器本身性质有关的改正需要做。虽然已经做了这么多处理工作，不过还是会有一些宇宙线和瑕疵需要进一步的处理 寻找残留的宇宙射线和其他瑕疵的一个办法是比较使用4个不同滤光片所拍摄的4幅图像。另一个方式则是把图像和恒星图像的轮廓进行比较。如果某个亮点的轮廓和恒星的不一样，那么就有可能是需要清除的漏网宇宙线或者是其他瑕疵。 上图显示的就是用白色标记出的残留亮点，用红色背景是为了让瑕疵更容易显现出来。 彻底清理 上图是彻底清理完之后的PC1照片。 　　这是另外3张处理完的由另外3架相机使用电离氧滤光片所拍摄的照片，是最终照片。而且已经经过了方向的调整 拼接 　类似于透过放大镜看东西，每张照片都有不同程度的扭曲变形。为了把这4张由不同相机拍摄的照片精确地拼接成一幅图像，就必须要测量并且修正这些扭曲和变形。一旦完成这一步骤，4幅照片就可以完美地合成出一张鹰状星云在电离氧滤光片下的照片了。 缝合 　　对氢原子和硫离子所拍摄的照片也要进行类似地处理。它们之间会有细微的不同。比较不同原子所发出的光线使得我们不仅能得到一张漂亮的照片，还能告诉我们许多其中有用的物理细节。 氢离子 硫离子 为了体现出这些照片的不同，最好的办法就是不同的照片使用不同的颜色，这样也可以显现出鹰状星云不同区域物理性质的不同。 氧离子 氢原子 硫离子 我们看到的是鹰状星云中一部分浓密的氢分子气体和尘埃云。照片上下的跨度大约是4光年。 氢分子气体 照片中手指状的气体柱中正在形成年轻的恒星。这些恒星胚胎会从周围的星云中汲取物质不断生长，但是（照片上方不可见的）新生恒星所发出的紫外光会“蒸发”星云中的气