天文台的選址
天文台是進行天文觀測和天文研究的機構。這裏擁有各種類型的天文望遠鏡和測量計算裝置,可觀測天體,分析資料,並利用觀測結果,編製各種星表和曆書,進行授時工作;計算人造衛星軌道;進而揭示宇宙奧秘,探索自然規律。
由於天體的輻射到達地麵以前要穿過地球的大氣層,因此地球大氣條件對天文觀測有很大的影響。在光學觀測方麵:雲量會影響觀測的時間;大氣的吸收會使星光減弱;大氣溫度和密度的起伏變化,會使大氣折射率出現不均勻的狀態,引起望遠鏡中的星象抖動、扭曲或彌散,並減弱進入接受器的星光;大氣的吸收和不穩定性會降低望遠鏡的觀測質量。在毫米波段的射電觀測方麵,水氣吸收的影響最為嚴重。除氣候因素外,人為的因素也影響夫文觀測,如城市、工礦的燈光會使夜天光增亮;煙塵增加大氣吸收,會影響對暗星的觀測;無線電發射台的電波會給射電觀測帶來幹擾。因此,天文台地址必須精心選擇,建設在觀測條件最好的地方,盡可能減少各種不利因素的影響,否則,價格昂貴的大望遠鏡隻能起到小望遠鏡的作用。
天文台選址是一項科學研究工作。建設一個光學觀象台,要先根據氣象資料,確定一些晴日、晴夜多又離城市、工礦遠的地區,再從中選出幾個視野開闊、局部氣流平穩、溫差小、濕度低、交通便利、水電供應充分的候選地址,進行天文寧靜度、大氣消光和氣象方麵對比觀測,然後選出最好的台址。對於太陽觀測台台址,要著重研究白晝的條件。對於射電觀測台台址,應盡可能避免無線電幹擾。準備設置各種天線陣的射電觀測台,要選擇足夠平坦的地區。為了進行毫米波觀測和紅外觀測,則要選擇水汽含量最少的地方。
天文台的圓頂室
天文望遠鏡是十分精密而又嬌貴的儀器,通常都安裝在圓頂室裏。無論是炎熱的盛夏,還是酷冷的嚴冬,隻要是夜間天空晴朗,天文工作者都要堅持在圓頂室裏用望遠鏡進行觀測,不知道度過了多少個靜悄悄的夜晚。
使用光學天文望遠鏡觀測天體,對周圍環境的要求是十分苛刻的。比如:有大風的夜空,星象會抖動,不能觀測,建築物周圍環境熱輻射的不對稱性和大氣的折射也會影響星象的寧靜度和清晰度。此外,大地的輕微抖動,比如說從望遠鏡附近駛過一輛汽車,從望遠鏡中看到的星空就抖顫得十分厲害。為了保證天文望遠鏡有一個良好的觀測環境,圓頂室在建築上采取了一係列特殊措施。
圓頂室通常是圓柱形結構,頂部是一個可以在360度範圍內水平轉動的半球殼體圓頂。為了避免圓頂室周圍大地環境熱輻射.的影響,常把圓頂室建得較高,使望遠鏡遠離地麵。例如:雲南天文台1米望遠鏡觀測室裏的望遠鏡就安裝在距地麵15米的高處。此外,還在圓頂室周圍種上草和灌木叢。在圓頂之上有兩扇狹長的活動天窗,可沿水平方向分開。有些圓頂上隻有一扇天窗,可在圓頂上作俯仰運動。現代化的圓頂室內不僅天文望遠鏡的轉向采用電子計算機控製,圓頂窗口和窗孔的朝向也都靠電子計算機控製。
圓頂外表塗成銀白色,以便能反射掉大部分太陽輻射。圓頂室還采取隔熱措施,以減小室內溫度變化對望遠鏡的影響。有的天文台還對室內的地板采取冷卻措施,以防止熱氣流上升破壞望遠鏡的成像質量。為消除外界振動的影響,圓頂室中心都建有一座專門安置望遠鏡的鋼筋水泥基墩,圓頂室的基墩和各層樓房地板分離開來。圓頂室內還安置了觀測椅、觀測梯。
圓頂室的底層通常安置精密計時器,如石英鍾、原子鍾等,它們有很高的計時精度,幾百上千年的誤差不大於1秒。此外還安放電子計算機和其他各種現代化儀器設備。
建設安裝大口徑天文望遠鏡及其圓頂室是一件很複雜的事。例如:它要求直徑幾米的望遠鏡主鏡麵的任何地方和理想曲麵之間的誤差小於1微米,相當於一根頭發絲直徑的百分之一。支撐這樣高精度的主鏡對機械裝置的要求也很高,望遠鏡的主鏡軸應精確到1/10角秒,它相當於約20千米的距離上僅有1厘米的張角,因為望遠鏡的造價十分昂貴,口徑4米左右的望遠鏡造價達5000萬元之巨,而與之配套的圓頂室也很昂貴,口徑4米望遠鏡的圓頂室造價與望遠鏡本身的造價幾乎相等。