水准仪望远镜原理

各省、自治区、直辖市测绘行政主管部门，国务院有关部门，局所属有关单位，《测绘成果质量监督抽查与数据认定规定》、《全球导航卫星系统(GNSS)测量型接收机RTK检定规程》、《数字水准仪检定规程》、《因瓦条码水准标尺检定规程》4项推荐性测绘行业标准和《可量测实景影像》测绘行业标准化指导性技术文件已经通过国家测绘局批准，并予以发布，自2009年7月1日起实施。 　　测绘行业标准名称和编号如下： 　　一、《测绘成果质量监督抽查与数据认定规定》，编号为CH/T 1018—2009。 　　二、《全球导航卫星系统(GNSS)测量型接收机RTK检定规程》，编号为CH/T 8018—2009。 　　三、《数字水准仪检定规程》，编号为CH/T 8019—2009。 　　四、《因瓦条码水准标尺检定规程》，编号为CH/T 8020—2009。 　　五、测绘行业标准化指导性技术文件名称和编号：《可量测实景影像》，编号为CH/Z 1002—2009。 　　国家测绘局 　　二〇〇九年六月九日

位于贵州省黔南州平塘县的500米口径球面射电望远镜FAST是世界上最大的射电望远镜，这是摄影记者站在约120米高度拍摄的工程实景。　 一位施工人员正沿着施工平台钢梁小心爬行。　　 当地生态环境良好，科研人员在路上拾到一只雏鸟。 　　口径达500米的FAST可以观测到来自宇宙边缘的微弱电磁波，它将在未来20年-30年保持世界一流设备的地位。 　　窥视宇宙的超级大&ldquo 锅&rdquo 　　这是全世界有史以来最大的一口锅。重达数万吨，锅口面积大约相当于25个标准足球场的总和 假如用它满满煮上一锅饭，足够全世界70多亿人聚在一起吃上3天。 　　这口锅坐落在中国贵州，仍处在建造阶段。 　　当然，这口被全世界科学家称为FAST的&ldquo 锅&rdquo 并非为煮饭建造，它是一台巨大的射电望远镜。对于多数普通人来说，这是一个陌生的名词，但在天文学界，它已存在并且被高度依赖超过80年。超级大锅FAST，则正是迄今为止人类建造的最大一部射电望远镜。 　　按照搜索、观测的电磁波波长分类，天文望远镜大致可分为三大类：X射线天文望远镜――用于观察宇宙X射线，比如著名的&ldquo 昌德拉&rdquo 太空望远镜 可见光天文望远镜――以可见光为工具观察宇宙，最有名莫过于伟大的&ldquo 哈勃&rdquo ，以及&ldquo 哈勃&rdquo 的继任者、未来几年将升空的&ldquo 韦伯&rdquo 太空望远镜 射电望远镜――通过捕捉和分析太空中的无线电波来观察太空，例如美国&ldquo 阿雷西博&rdquo 射电望远镜。 　　从广义上看，曾经在2013年拍摄到婴儿时期宇宙照片、并发现暗能量的威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)也属于射电望远镜。在此之前，20世纪60年代，天文学家借助于射电望远镜做出了四项重要发现：脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子。 　　上天无路，入地有门 　　从观测效果考虑，为了避免大气层的干扰，天文望远镜最好的&ldquo 居住地&rdquo 莫过于太空。但与另外两类望远镜相比，射电望远镜在同样面积上收集到的电磁波能量更弱(有人计算过，80年来全世界所有射电望远镜收集到的能量还不够翻动一页书)，因此，它需要更大的面积来收集来自太空的信息。正因如此，当&ldquo 哈勃&rdquo 与&ldquo 昌德拉&rdquo 相继奔赴太空之时，射电望远镜却只能在地面上望尘兴叹――现在的技术还不足以把口径达到数十米乃至上百米的大型望远镜搬到天上去。 　　幸好，与另外两种望远镜相比，射电望远镜观测的是波长较大的电磁波，受大气层的干扰相对较小。在地面上，科学家需要做的就是尽可能收集更大数量的电波，以提高射电望远镜的灵敏度 而达到这一目的的唯一途径，就是增大望远镜的工作面积。 　　在FAST之前，最大的射电望远镜是前文提到的&ldquo 阿雷西博&rdquo ，口径达350米，但&ldquo 阿雷西博&rdquo 是固定望远镜，不能调整望远镜方向以对准某一既定目标，因此只能扫描天空中的一个带状区域，而且由于地球转动，它不能连续观察同一目标。在&ldquo 阿雷西博&rdquo 之外，因自身重力及风力引起望远镜形变的限制，传统全可调望远镜的最大口径只能达到100米。 　　二十年磨一剑 　　1995年，北京天文台和国内20余所大学和研究所联合成立了大型射电望远镜中国推进委员会，提出利用贵州喀斯特地形，建造500米口径球面射电望远镜FAST(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope)的概念，台址确定在贵州省黔南州平塘县克度镇金科村的&ldquo 大窝凼&rdquo 洼地。FAST工程的预研究历时13年，直到2007年7月10日才正式立项。2011年3月25日，FAST工程正式开工建设，预计2016年9月建成。 　　2014年7月17日上午11时， FAST建造工程安装了第一根主索，反射面索网安装工程正式实施――这是安装整个望远镜镜面框架的第一步。由于镜面太大(面积达30个标准足球场的总和)，必须有一个承载整个镜面的基架，它由具有超高抗疲劳性能、钢筋结构的索网组成――单是作为基架的索网，总重量就达到1300余吨。全部索网结构都必须在高空中拼装，整个索网安装工程预计将耗时六个月。 　　&ldquo 哈勃&rdquo 、&ldquo 昌德拉&rdquo 等太空望远镜都使用陀螺仪控制望远镜镜头方向，而FAST将采用机器人控制、轻型索电力拖动，牵引着500米口径、重达万吨的望远镜镜面，实现镜头方向定位――这就可以让望远镜全天候工作，并且能够在受控条件下观察任意一个太空方位。 　　眺望宇宙边缘 　　1960年，英国剑桥大学卡文迪许实验室的马丁?赖尔利用干涉原理发明&ldquo 综合孔径射电望远镜&rdquo ，大大提高了射电望远镜的分辨率。其基本原理是：用相隔两地的两架射电望远镜接收来自同一天体的无线电波，两束波进行干涉，其最高等效分辨率将等同于一架口径相当于两地之间距离的单口径射电望远镜。当前，射电天文学领域已经利用这一技术把遍布全球的射电望远镜综合起来，获得了等效口径相当于地球直径量级的射电望远镜。赖尔因为此项发明获得1974年诺贝尔物理学奖。 　　或许有人会问：既然这项技术已经让科学家拥有了&ldquo 等效口径相当于地球直径量级&rdquo 的射电望远镜，那么建造口径仅仅为500米的FAST还有什么意义? 　　提出这一问题的朋友混淆了两个概念，那就是望远镜的&ldquo 灵敏度&rdquo 和&ldquo 分辨率&rdquo 。&ldquo 综合孔径射电望远镜&rdquo 技术仅仅能够提高射电望远镜的分辨率，但假如相隔两地的两架射电望远镜灵敏度不够高，那么这一技术根本派不上用场――这好像是警方破案，全国联网通缉固然可以迅速找到犯人，但之前确定犯人是谁，仍要依靠某一特定公安局――其破案能力就如同射电望远镜的灵敏度。迄今为止，提高射电望远镜灵敏度的唯一方法，依然是增加收集宇宙电波的镜面面积。从理论上说，口径达500米的FAST可以观测到来自宇宙边缘的微弱电磁波。正因如此，中国科学家才敢说，作为世界最大的单口径望远镜，FAST将在未来20年-30年保持世界一流设备的地位。

伴随着中国空间站的建造，与其共轨飞行的巡天空间望远镜的研制也正在紧张有序推进。记者从中科院长春光学精密机械与物理研究所获悉，目前，巡天光学设施初样研制取得新进展。望远镜预计在中国空间站建成后发射升空，将成为探索星辰大海的旗舰级空间天文设施。 作为中国空间站的光学舱，巡天空间望远镜将架设一套口径2米的光学系统，并配备一系列最先进的探测器。望远镜的大小相当于一辆大客车，立起来有三层楼高，重达十几吨。 中科院国家天文台研究员 巡天光学设施责任科学家 詹虎：巡天空间望远镜主要分成两部分，一个是巡天光学设施，还有一个是巡天平台。巡天光学设施就是一台望远镜，它实际上有很多的子系统。 在巡天空间望远镜上，第一代仪器共包含5台观测设备，包括巡天模块、太赫兹模块、多通道成像仪、积分视场光谱仪和系外行星成像星冕仪。其中，占据最主要观测时间的就是巡天模块，这是一个视野极为宽阔的相机。 中科院长春光机所研究员 巡天光学设施总体主任设计师 徐抒岩：我们现在正处于初样研制阶段，目前鉴定产品各个子系统、组件、单元基本都研制完成，准备集成测试试验工作，这些工作做完之后，我们就转入到正样研制阶段，开展飞行件的研制工作，与巡天平台集成开展联合试验，开展发射场测试，然后择机发射。 与空间站共轨飞行 预计于2024年前后投入科学运行 巡天空间望远镜就好像是一座在轨飞行的移动式空间天文台，可以避开大气干扰展开前沿天文探索。作为中国空间站的光学舱，望远镜在太空之中将如何运行、维护？ 中科院国家天文台研究员 巡天光学设施责任科学家 詹虎：它在平时观测的时候远离空间站共轨飞行，它们在一个轨道面内，当它需要补给或者维修升级的时候，巡天空间望远镜会主动跟空间站进行对接，然后进行补给，也可以通过航天员的操作，对后端的仪器以及前面主光学系统的一些组件进行更换升级，或者有的可以运到实验舱内进行维修。 专家介绍，这台望远镜最初是被设计放在中国空间站上的，但这样一来观测会受到限制，因此最终采取的方案是与空间站共轨独立飞行，望远镜自身携带燃料。 中科院国家天文台研究员 巡天光学设施责任科学家 詹虎：在初期论证的时候，巡天空间望远镜是准备装在空间站上面，肯定有一些因素会影响天文观测，比如说空间站的振动，还有结构上面可能会对我们观测造成一些遮挡等。在大概2014年的时候，中科院和航天五院的专家先后就提议将巡天空间望远镜跟空间站脱开，这样能够从根源上面消除这些不利因素的影响，在它正常工作的时候是远离空间站。 按照中国载人航天工程计划，巡天空间望远镜预计于2024年前后投入科学运行，已规划的任务寿命是10年，通过维修可以不断延长寿命。