关于望远镜的论文参考文献有哪些

分光计的调节及其棱镜折射率的测定研究与分析杨贵宏（08物理2班 200802050253）引言：我们的生活离不开阳光，通常我们认为阳光是一种单色光（单一波长的光）。其实，笼罩在我们周围的光线本身是复色光（由两种或两种以上的单色光组成的光线），他是由不同波长波线的单色光组成的。广义的说，具有周期性的空间结构或光学性能（如透射率、折射率）的衍射屏，统称光栅。光栅的种类很多，有透射光栅和反射光栅，有平面光栅和凹面光栅，有黑白光栅和正弦光栅，有一维光栅，二维光栅和三维光栅，等等。此次实验所使用的光栅是利用全息照相技术拍摄的全息透射光栅光栅的表面若被污染后不易清洗，使用时应特别注意。分光计是一种能精确测量角度的光学仪器，常用来测量材料的折射率、色散率、光波波长和进行光谱观测等。由于该装置比较精密，控制部件较多而且复杂，所以使用时必须严格按照一定的规则和程序进行调整，以便测量出准确的结果。摘要： 分光计是一种能精确测量折射角的典型光学仪器，经常用来测量材料的折射率、色散率、光波波长和进行光谱观测等。由于该装置比较精密，控制部件较多而且操作复杂，所以使用时必须严格按照一定的规则和程序进行调整，方能获得较高精度的测量结果。关键词：分光计、棱镜、折射率Abstract: The spectrometer can accurately measure the angle of refraction is a typical optical instruments, often used to measure the material's refractive index, dispersion rate, wavelength, and spectral observations. As the more sophisticated devices, control components and operation are more complex, and therefore must be used strictly in accordance with certain rules and procedures to adjust to get the high precision measurement : spectrometer, prism, the refractive index二、实验目的： 1、了解分光计结构，学会正解调节和使用分光计的方法； 2、用分光计测量三棱镜的顶角； 3、学会用最小偏向角法测量三棱镜的折射率。三、实验仪器：分光计主要由五个部件组成：三角底座，平行光管、望远镜、刻度圆盘和载物台。图中各调节装置的名称及作用见表1。 图 1分光计基本结构示意图表1 分光计各调节装置的名称和作用代号 名称 作用1 狭缝宽度调节螺丝 调节狭缝宽度，改变入射光宽度2 狭缝装置 3 狭缝装置锁紧螺丝 松开时，前后拉动狭缝装置，调节平行光。调好后锁紧，用来固定狭缝装置。4 平行光管 产生平行光5 载物台 放置光学元件。台面下方装有三个细牙螺丝7，用来调整台面的倾斜度。松开螺丝8可升降、转动载物台。6 夹持待测物簧片 夹持载物台上的光学元件7 载物台调节螺丝（3只） 调节载物台台面水平8 载物台锁紧螺丝 松开时，载物台可单独转动和升降；锁紧后，可使载物台与读数游标盘同步转动9 望远镜 观测经光学元件作用后的光线10 目镜装置锁紧螺丝 松开时，目镜装置可伸缩和转动（望远镜调焦）；锁紧后，固定目镜装置11 阿贝式自准目镜装置 可伸缩和转动（望远镜调焦）12 目镜调焦手轮 调节目镜焦距，使分划板、叉丝清晰13 望远镜光轴仰角调节螺丝 调节望远镜的俯仰角度14 望远镜光轴水平调节螺丝 调节该螺丝，可使望远镜在水平面内转动15 望远镜支架 16 游标盘 盘上对称设置两游标17 游标 分成30小格，每一小格对应角度 1’18 望远镜微调螺丝 该螺丝位于图14－1的反面。锁紧望远镜支架制动螺丝 21 后，调节螺丝18，使望远镜支架作小幅度转动19 度盘 分为360°，最小刻度为半度（30′），小于半度则利用游标读数20 目镜照明电源 打开该电源20，从目镜中可看到一绿斑及黑十字21 望远镜支架制动螺丝 该螺丝位于图14－1的反面。锁紧后，只能用望远镜微调螺丝18使望远镜支架作小幅度转动22 望远镜支架与刻度盘锁紧螺丝 锁紧后，望远镜与刻度盘同步转动23 分光计电源插座 24 分光计三角底座 它是整个分光计的底座。底座中心有沿铅直方向的转轴套，望远镜部件整体、刻度圆盘和游标盘可分别独立绕该中心轴转动。平行光管固定在三角底座的一只脚上25 平行光管支架 26 游标盘微调螺丝 锁紧游标盘制动螺丝27后，调节螺丝26可使游标盘作小幅度转动27 游标盘制动螺丝 锁紧后，只能用游标盘微调螺丝26使游标盘作小幅度转动28 平行光管光轴水平调节螺丝 调节该螺丝，可使平行光管在水平面内转动29 平行光管光轴仰角调节螺丝 调节平行光管的俯仰角四、实验原理：三棱镜如图1 所示，AB和AC是透光的光学表面，又称折射面，其夹角 称为三棱镜的顶角；BC为毛玻璃面，称为三棱镜的底面。图2三棱镜示意图 1．反射法测三棱镜顶角 如图2 所示，一束平行光入射于三棱镜，经过AB面和AC面反射的光线分别沿 和 方位射出， 和 方向的夹角记为 ，由几何学关系可知： 图3反射法测顶角2．最小偏向角法测三棱镜玻璃的折射率假设有一束单色平行光LD入射到棱镜上，经过两次折射后沿ER方向射出，则入射光线LD与出射光线ER间的夹角 称为偏向角，如图3所示。 图4最小偏向角的测定转动三棱镜，改变入射光对光学面AC的入射角，出射光线的方向ER也随之改变，即偏向角 发生变化。沿偏向角减小的方向继续缓慢转动三棱镜，使偏向角逐渐减小；当转到某个位置时，若再继续沿此方向转动，偏向角又将逐渐增大，此位置时偏向角达到最小值，测出最小偏向角 。可以证明棱镜材料的折射率 与顶角 及最小偏向角的关系式为 实验中，利用分光镜测出三棱镜的顶角 及最小偏向角 ，即可由上式算出棱镜材料的折射率 。实验内容与步骤：1．分光计的调整（分光计结构如右图所示） 在进行调整前，应先熟悉所使用的分光计中下列螺丝的位置： ①目镜调焦(看清分划板准线)手轮； ②望远镜调焦(看清物体)调节手轮(或螺丝)；③调节望远镜高低倾斜度的螺丝；④控制望远镜(连同刻度盘)转动的制动螺丝；⑤调整载物台水平状态的螺丝；⑥控制载物台转动的制动螺丝；⑦调整平行光管上狭缝宽度的螺丝；⑧调整平行光管高低倾斜度的螺丝； 图5 ⑨平行光管调焦的狭缝套筒制动螺丝。(1)目测粗调。将望远镜、载物台、平行光管用目测粗调成水平，并与中心轴垂直(粗调是后面进行细调的前提和细调成功的保证)。(2)用自准法调整望远镜，使其聚焦于无穷远。①调节目镜调焦手轮,直到能够清楚地看到分划板"准线"为止。 ②接上照明小灯电源，打开开关，可在目镜视场中看到如图4所示的“准线”和带有绿色小十字的窗口。 图6目镜视场 ③将双面镜按图5所示方位放置在载物台上。这样放置是出于这样的考虑：若要调节平面镜的俯仰，只需要调节载物台下的螺丝a1或a2即可，而螺丝a3的调节与平面镜的俯仰无关。图7平面镜的放置  ④沿望远镜外侧观察可看到平面镜内有一亮十字，轻缓地转动载物台，亮十字也随之转动。但若用望远镜对着平面镜看，往往看不到此亮十字，这说明从望远镜射出的光没有被平面镜反射到望远镜中。我们仍将望远镜对准载物台上的平面镜，调节镜面的俯仰，并转动载物台让反射光返回望远镜中，使由透明十字发出的光经过物镜后（此时从物镜出来的光还不一定是平行光），再经平面镜反射，由物镜再次聚焦，于是在分划板上形成模糊的像斑（注意：调节是否顺利，以上步骤是关键）。然后先调物镜与分划板间的距离，再调分划板与目镜的距离使从目镜中既能看清准线，又能看清亮十字的反射像。注意使准线与亮十字的反射像之间无视差，如有视差，则需反复调节，予以消除。如果没有视差，说明望远镜已聚焦于无穷远。 (3)调整望远镜光轴，使之与分光计的中心轴垂直。 平行光管与望远镜的光轴各代表入射光和出射光的方向。为了测准角度，必须分别使它们的光轴与刻度盘平行。刻度盘在制造时已垂直于分光计的中心轴。因此，当望远镜与分光计的中心轴垂直时，就达到了与刻度盘平行的要求。具体调整方法为：平面镜仍竖直置于载物台上，使望远镜分别对准平面镜前后两镜面，利用自准法可以分别观察到两个亮十字的反射像。如果望远镜的光轴与分光计的中心轴相垂直，而且平面镜反射面又与中心轴平行，则转动载物台时，从望远镜中可以两次观察到由平面镜前后两个面反射回来的亮十字像与分划板准线的上部十字线完全重合，如图6（c）所示。若望远镜光轴与分光计中心轴不垂直，平面镜反射面也不与中心轴相平行，则转动载物台时，从望远镜中观察到的两个亮十字反射像必然不会同时与分划板准线的上部十字线重合，而是一个偏低，一个偏高，甚至只能看到一个。这时需要认真分析，确定调节措施，切不可盲目乱调。重要的是必须先粗调：即先从望远镜外面目测，调节到从望远镜外侧能观察到两个亮十字像；然后再细调：从望远镜视场中观察，当无论以平面镜的哪一个反射面对准望远镜，均能观察到亮十字时，如从望远镜中看到准线与亮十字像不重合，它们的交点在高低方面相差一段距离如图6(a)所示。此时调整望远镜高低倾斜螺丝使差距减小为h/2，如图6(b)所示。再调节载物台下的水平调节螺丝，消除另一半距离，使准线的上部十字线与亮十字线重合，如图6(c)所示。之后，再将载物台旋转180o ，使望远镜对着平面镜的另一面，采用同样的方法调节。如此反复调整，直至转动载物台时，从平面镜前后两表面反射回来的亮十字像都能与分划板准线的上部十字线重合为止。这时望远镜光轴和分光计的中心轴相垂直，常称这种方法为逐次逼近各半调整法。图8亮十字像与分划板准线的位置关系 （4）调整平行光管 用前面已经调整好的望远镜调节平行光管。当平行光管射出平行光时，则狭缝成像于望远镜物镜的焦平面上，在望远镜中就能清楚地看到狭缝像，并与准线无视差。 ①调整平行光管产生平行光。取下载物台上的平面镜，关掉望远镜中的照明小灯，用钠灯照亮狭缝，从望远镜中观察来自平行光管的狭缝像，同时调节平行光管狭缝与透镜间的距离，直至能在望远镜中看到清晰的狭缝像为止，然后调节缝宽使望远镜视场中的缝宽约为1mm。 ②调节平行光管的光轴与分光计中心轴相垂直。望远镜中看到清晰的狭缝像后，转动狭缝（但不能前后移动）至水平状态，调节平行光管倾斜螺丝，使狭缝水平像被分划板的中央十字线上、下平分，如图7(a)所示。这时平行光管的光轴已与分光计中心轴相垂直。再把狭缝转至铅直位置，并需保持狭缝像最清晰而且无视差，位置如图7(b)所示。图9狭缝像与分划板位置 至此分光计已全部调整好，使用时必须注意分光计上除刻度圆盘制动螺丝及其微调螺丝外，其它螺丝不能任意转动，否则将破坏分光计的工作条件，需要重新调节。 2. 测量 在正式测量之前，请先弄清你所使用的分光计中下列各螺丝的位置：①控制望远镜（连同刻度盘）转动的制动螺丝；②控制望远镜微动的螺丝。(1)用反射法测三棱镜的顶角  如图2 所示，使三棱镜的顶角对准平行光管，开启钠光灯，使平行光照射在三棱镜的AC、AB面上，旋紧游标盘制动螺丝，固定游标盘位置，放松望远镜制动螺丝，转动望远镜（连同刻度盘）寻找AB面反射的狭缝像，使分划板上竖直线与狭缝像基本对准后，旋紧望远镜螺丝，用望远镜微调螺丝使竖直线与狭缝完全重合，记下此时两对称游标上指示的读数 、 。转动望远镜至AC面进行同样的测量得 、 。可得 三棱镜的顶角 为 重复测量三次取平均。(2) 棱镜玻璃折射率的测定 分别放松游标盘和望远镜的制动螺丝，转动游标盘（连同三棱镜）使平行光射入三棱镜的AC面，如图3 所示。转动望远镜在AB面处寻找平行光管中狭缝的像。然后向一个方向缓慢地转动游标盘（连同三棱镜）在望远镜中观察狭缝像的移动情况，当随着游标盘转动而向某个方向移动的狭缝像，正要开始向相反方向移动时，固定游标盘。轻轻地转动望远镜，使分划板上竖直线与狭缝像对准，记下两游标指示的读数，记为 、 ；然后取下三棱镜，转动望远镜使它直接对准平行光管，并使分划板上竖直线与狭缝像对准，记下对称的两游标指示的读数，记为 、 ，可得 重复测量三次求平均。用上式求出棱镜的折射。五、实验注意事项：1．望远镜、平行光管上的镜头，三棱镜、平面镜的镜面不能用手摸、揩。如发现有尘埃时，应该用镜头纸轻轻揩擦。三棱镜、平面镜不准磕碰或跌落，以免损坏。 2．分光计是较精密的光学仪器，要加倍爱护，不应在制动螺丝锁紧时强行转动望远镜，也不要随意拧动狭缝。 3．在测量数据前务须检查分光计的几个制动螺丝是否锁紧，若未锁紧，取得的数据会不可靠。 4．测量中应正确使用望远镜转动的微调螺丝，以便提高工作效率和测量准确度。 5．在游标读数过程中，由于望远镜可能位于任何方位，故应注意望远镜转动过程中是否过了刻度的零点。 6．调整时应调整好一个方向，这时已调好部分的螺丝不能再随便拧动，否则会造成前功尽弃。 7．望远镜的调整是一个重点。首先转动目镜手轮看清分划板上的十字线，而后伸缩目镜筒看清亮十字。 六、思考题：1． 分光计的调整有哪些要求？其检察的标准？答：①几何要求：“三垂直”。即载物小平台的平面，望远镜的主光轴、平行光管的主光轴均必须与分光计的中心轴垂直。②物理要求：“三聚焦”。即叉丝对目镜聚焦，望远镜对无穷远聚焦，狭缝对平行光管物镜聚焦。③检验三垂直的标准：“四平行”。即载物小平台平面、望远镜的主光轴、平行光管的主光轴和读数刻度盘四者相互平行。④检验三聚焦的标准：“三清晰”。即目镜中观察叉丝清晰，亮十字反回的像（绿十字）清晰，在望远镜中看到狭缝清晰。2． 即是重点又是难点内容的望远镜系统如何调整？ 答：①目测粗调②打开小灯调节目镜，看清叉丝。③在载物台上放双平面镜（位置如胶片图所示，为什么？），调节物镜（仰俯角和伸缩）和载物台（螺钉），使双平面镜两面有绿十字像并清晰、无视差，此时望远镜已聚焦无穷远。④调整望远镜的光轴与分光计转轴垂直。使双平面镜两面有绿十字像。再用“减半逐步逼近法”使望远镜的光轴与分光计的中心轴垂直（对照胶片讲解，必要时示范讲解），即叉丝的像与调整叉丝完全重合。3． 平行光管如何调整？答：①用已调节好的望远镜作基准，调节平行光管下部仰俯螺钉，使其出射平行光。②调节平行光管的狭缝宽度（强调：不要损坏刀口！）③使平行光管光轴与分光计转轴垂直。使目镜中看到的水平和竖直的狭缝像均居中。 七、误差分析：在测量三棱镜折射率实验中,当调节分光计的平行光管光轴与望远镜光轴垂直于中心转轴后,由实验可知载物台平面的倾斜程度对最小偏向角的测量没影响,但顶角的测量随着载物台平面的倾斜程度不同,有着不同程度的影响。八、实验心得:1、提高了我们综合分析的能力，当面对一个问题时，首先要考虑怎样解决，既而开始考虑解决的具体方法，在实验前必须提前预习,把整个实验的原理,流程和注意的事项掌握清楚,这才能保证你实验既快又好的完成.在预习时要有目的,心中明白哪里里是实验的重点,哪里是必须注意的问题.设计实验步骤，并预测实验中可能出现的问题。对实验的每一个细节进行分析，尽可能的减小实验误差。这些都使我们初步培养了实验的素质和能力。 2、培养了实验中科学严谨的态度，尊重客观事实，对待任何实验都客观认真仔细。实验正式开始前,应该先清点下实验仪器和材料,并对其进行检查,以确保实验顺利进行.在动手前先将心中的实验知识对照一起过一遍再开始动手。实验过程更始需要很精细的态度和求实的态度。对每个步骤，每个细节都要留心。 3、养成了我们做事认真细致有耐心的习惯。在实验中,你必须有耐心,因为实验中每个变化都可能是细微的,必须集中精神才能去发现它,不可以急于求成。如果实验数据与正确数据相差过大时,应该把整个实验过程回想一下,对照每一步骤寻求问题所在,重新做一次。 4、悉了很多仪器的使用方法，在光学实验室良好的环境和设备的情况下，我们得到了很好的锻炼，对很多仪器的调试、测量，以及如何减小实验误差等，都有了很明确的认识。我想，这在我们以后的实验过程中会非常有用。 5、实验老师们的耐心讲解和对工作的认真态度给我留下了很深刻的印象。辅导我们实验的每一位老师，对工作都极其认真，在实验前,老师通常会给大家讲解下实验的注意事项,对于我们实验中出现的问题都给予耐心的讲解，而且，在我们实验进行中和实验结束后，老师们都启发我们思考实验的一些外延内容，这对我们将实验所进行的内容跟课本密切联系起来，将知识更充分地掌握。九、试验总结：首先：光学试验的仪器测量都十分精密，实验中一个很小的环节都有可能导致试验的失败，以“应用全反射临界角法测定三棱镜的折射率”为例，在实验过程中要注意分光仪在进行本次实验时已做过校正，因此时在测量时就应该注意，只能调节载物台倾斜度调节螺丝，而对于像平行光管倾斜度调节螺丝、望远镜倾斜度调节螺丝等就不应该再进行调节，否则将会导致实验失败。 第二：对于数据的处理，光学实验也有较高的要求，数据不但要求准确度高，精确度也要高，而且通常要记录多组数据，最后取平均。 第三：光学实验的测量仪器在进行测量时，通常要求一个稳定的实验环境，当有光源时，通常要在实验开始前先打开光源，这样在进行实验时，光源已经达到稳定。对于“全息照相”，对环境的稳定性要求更高，实验仪器都放在防震台上，在仪器排好光路后，要用手轻敲台面，看光路是否改变，在进行曝光前，更是要求室内实验人员不得大声说话，因为声波震动而引起的空气密度变化都有可能导致实验失败，在装片后还必须有一个使台面上各元件自然稳定的时间，即使干涉条纹稳定下来了，时间也不得少于3分钟。可以说这是我做过的六次实验中对稳定性要求最高的实验 第四：我始终认为做好实验预习是最重要的，在作实验前，通过预习，我们可以了解要做实验的原理及要使用的仪器的使用方法，这样在实验之前就已对试验有了大概的了解，然后在课堂上通过老师的讲解，可以迅速掌握仪器的使用方法，这样做起实验来才会得心应手，同时也可以减少因不了解实验仪器的使用方法而导致的实验失败，甚至是对仪器造成损坏，可以说做好实验预习是一举多得的事情。九、参考文献：[1]、普通物理实验3光学部分 高等教育出版社 杨述武、赵立竹等编 2008年版；[2]、大学物理实验 章世恒 主编 西南交通大学出版社 2009 年1月 ；[3]、大学物理实验教程（第2版） 何春娟 主编 西北工业大学出版社 2009年4月。

天文观测精确地检验了牛顿力学，并把它推上科学巅峰 1845年，当时的巴黎天文台台长阿喇果(Dominique F. J. Arago)建议勒威耶(Urbain Le Verrier)研究天王星运动的反常问题。勒威耶利用有关天王星的大量观测资料，运用牛顿万有引力定律计算出对天王星起摄动作用的未知行星的轨道和质量，并且预测了它的位置。他将计算结果呈送给法国科学院，与此同时他还写信给当时拥有较大望远镜的几位天文学家，请求帮助观测。他的工作在法国同行中受到了冷遇，但是却获得了德国天文学家伽勒(Johann G. Galle)的协助。1846年9月23日，伽勒收到勒威耶信的当天晚上就进行了观测搜寻。他仅用一个半小时就在偏离勒威耶预言的位置52′处观测到了这颗当时星图上没有的星，即后来大名鼎鼎的海王星。海王星的发现把牛顿力学推上了科学的巅峰。 后来，勒威耶发现水星的近日点进动，在排除太阳引力和其它已知天体的轨道摄动影响后，还有每百年43角秒的多余进动。这是牛顿引力所不能解释的。受海王星发现的启示，勒威耶由此预言了“水内行星”的存在。然而勒威耶穷其一生也无法找到这颗预言的行星。他的水星近日点进动观测结果后来被爱因斯坦用广义相对论成功地加以解释。与牛顿力学不同，在广义相对论中，两个没有自转的物体之间的引力与它们自转起来之后的引力是不同的。这一效应会引起自转轴的进动，水星进动就是由这一效应所产生的。 天文观测对爱因斯坦广义相对论的验证 广义相对论的验证主要是通过天文观测进行的。“天文验证”之一是用广义相对论成功地解释了水星近日点进动问题，计算的进动值在扣除了其它行星的影响后为每100年移动〃，与观测值——43〃十分吻合。后来观测到的地球、金星等行星近日点的进动值也与广义相对论的计算值吻合得相当好。 “天文验证”之二是利用日全食的观测，验证了引力场中光线弯曲的量是符合广义相对论的。1911年，爱因斯坦就在理论上预言了这一现象。他认为在发生日全食时，可以通过测量太阳附近引力场的某一恒星的星光，与先前这颗恒星的位置相比较，便可以测出偏转的角度。从1912年到1922年，天文学家进行了多次日全食观测。特别是英国著名天文学家爱丁顿(Arthur S. Eddington)自爱因斯坦提出这一理论开始就支持他的预言，并为此做了大量的日全食观测。爱因斯坦关于“太阳的引力可能引起恒星光线偏折”预言的正确性，经坎普贝尔(William W. Campbell)1922年的观测结果的检验才最终被主流科学界所确认。。 “天文验证”之三是在一颗白矮星上观测到了谱线的引力红移。广义相对论认为，光线在引力场中传播时，它的频率会发生变化。当光线从引力场强的地方传播到引力场弱的地方时，其频率会略有降低，即发生引力红移现象。1911年，爱因斯坦计算从太阳射到地球的光线的相对引力红移变化是2×10-6。这个数值很小，测量起来相当困难。而白矮星的质量与太阳接近，但半径只有太阳的百分之一，其发出光的引力红移效应比较显著。1925年，美国天文学家亚当斯(Walter S. Adams)观测了一颗白矮星(天狼星B)，测到的引力红移与广义相对论的理论计算值基本相符。 值得一提的是，在1974年，美国科学家赫尔斯(Russell A. Hulse)和泰勒(Joseph H. Taylor)发现了一颗新的脉冲双星PSR1913+16。通过对这颗脉冲星的转动周期衰减测量，间接证实了广义相对论所预言的引力波。赫尔斯和泰勒也由于此项工作而荣获1993年诺贝尔物理学奖。 天文观测推翻了托勒玫地心说的统治地位 哥白尼通过三十年的天象观测，渐渐地对长期以来居于宗教统治地位的托勒玫地心说产生了怀疑。哥白尼在他的《天体运行论》中详细讨论太阳、地球、月亮和各个行星的运动，认为太阳是不动的，是宇宙的中心，而地球只是一个围绕太阳转动的普通行星。 1609年，伽利略首次将望远镜用于天文观测，并以此发现了一些可以支持日心说的新的天文现象后，日心说才开始引起人们的关注。这些天文现象主要是木卫体系的发现直接说明了地球不是唯一中心，金星盈亏的发现暴露了托勒玫地心说体系的错误。然而，由于支持哥白尼日心说的数据与支持托勒玫体系的数据都不能与第谷的观测相吻合，因此日心说当时仍不具有优势。直至开普勒以椭圆轨道取代圆形轨道修正了日心说之后，日心说在与地心说的长期斗争中才取得了真正的胜利。人类终于认识到地球不是宇宙的中心。德国诗人歌德曾说：“哥白尼撼动人类意识之深，自古无一种创见、无一种发明，可与之相比。”可以毫不夸张地说是哥白尼的日心说揭开了近代科学革命的序幕。 然而，太阳真的位于宇宙中心吗？这是人们一直非常关心的问题。自从18世纪以来，包括赫歇尔等在内的许多著名天文学家，都认为太阳是在银河系中心。美国天文学家沙普利(Harlow Shapley)通过观测发现球状星团并不均匀地分布在全天，而是比较集中在南天，尤其是人马座一带。他大胆而明确地提出，这是由于太阳并不在银河系中心，而是远离中心的缘故，银河系中心在人马座方向。沙普利把太阳从银河系中心挪开，放到它应该在的地方，其见解意义重大。 1924年，哈勃利用威尔逊山天文台的米望远镜分析一批造父变星的亮度以后断定，这些造父变星和它们所在的“星云”距离我们远达几十万光年，因而一定位于银河系外。这一发现使人们不得不改变对宇宙的看法，即银河系在宇宙中也是一个非常普通的星系。1925年，哈勃对河外星系的最新观测显示星系看起来都在远离我们而去，且距离越远，远离的速度越快。这项发现是20世纪天文学的重大成就，它颠覆了人类对宇宙已往的理解与认识。一直以来，人们都认为宇宙是静止的，而现在发现宇宙是在膨胀的，这一结论意义深远。今天，通过天文观测，人类终于认识到宇宙是没有中心的，整个宇宙各个部分都在彼此远离，并正在加速膨胀。 天文观测正逐渐推翻地球是宇宙生命中心说 人类在抛弃地球是宇宙中心地位的过程中，也提出了地球是否是宇宙中唯一的生命家园，即地球是不是宇宙生命中心的问题。事实上，每个人都在根据自己的认识来寻找着上述问题的答案。对这些问题的回答与思考贯穿于整个文学、艺术和科学的发展史中。新的科学发现使我们更为接近揭开太阳系外生命的一些基本问题，但又提出了更多的新问题。 随着新千年的到来，人类希望凭借自己掌握和拥有的先进的科学和技术能力来回答这些最古老和深奥的问题。虽然对此问题尚无确切的答案，但是至少太阳系外行星存在的理论已为近年的最新天文观测所证实。90年代以来，通过大口径光学望远镜观测，对发现具有类似太阳系的恒星行星系统有了许多突破性进展。到目前为止，天文学家已确定了400余颗有行星系统的恒星候选体。观测还表明，这些具有行星环绕的恒星系统和行星本身都存在多样性。约40颗恒星行星系统具有多行星存在，其中一个恒星系统拥有5颗行星，2个恒星系统拥有4颗行星。从统计来看，至少5%的类太阳恒星存在行星系统。最近已探测到一颗质量大约为2个地球质量的类地行星候选体。特别令人振奋的是天文学家相继在多个行星状星云和多颗行星上发现了生命所必需的一氧化碳、二氧化碳、甲烷和水等大气谱线。天文学家甚至已经能够通过大望远镜和先进的技术方法直接观测到围绕恒星旋转的行星了。目前，通过太阳系外行星的探测，正朝着推翻宇宙生命中心说的方向发展。越来越多的天文观测表明，地球并不是宇宙中唯一存在生命的星球。 我们有理由相信，人类与生俱来的好奇心和求知欲将是驱动人们进行太阳系外行星及其生命搜寻的原动力。新的天文观测和发现必将并继续深刻地影响和改变着整个人类的宇宙观，不断加深人类对宇宙的认识。这种在理性指导下的实践活动体现了现代的科学探索精神，也必将为人类认识自然、与自然和谐相处带来无穷的益处。

哈勃太空望远镜最初构想于20世纪40年代，耶鲁大学天体物理学家－小莱曼·斯皮策发表了一篇关于空间天文学优势的论文，并介绍了大型太空望远镜的概念，写了望远镜在太空中的科学好处。他提议在地球轨道上设计、建造和发射一个“地球外观测站”。他的开创性想法最终花了几十年才得以实现。 1974年天体物理学家和工程师为大型太空望远镜举行了他们的第一次工作组会议。会议制定了空间望远镜的概念以及航天器的预算和技术要求。 1977年10月1日－美国国会于1977年早些时候批准的大型空间望远镜项目的资金开始生效，该项目正式开始实施。 1983年美国宇航局宣布了大型太空望远镜的正式名称：哈勃太空望远镜，纪念已故天文学家埃德温·哈勃的开创性研究。埃德温·哈勃计算出仙女座星系大约有90万光年远，是银河系中已知最远恒星距离的8倍多，让他得出结论，仙女座不是星云，而是一个星系，最重要的是，银河系只是我们宇宙中的星系之一。改变了我们对太空的看法。以及他作为天文学家的许多其他成就，美国宇航局于1983年以他的名字正式命名了太空望远镜。 1986年1月，挑战者号航天飞机的全体机组人员在发射后爆炸。使哈勃的发射受阻了四年多。这导致了1989年发布的“指南星表”和支持它的软件，彻底改变了天文学家锁定恒星位置从任何地面或空间天文台收集数据的方式，并最终实现了哈勃观测的自动化。 在构想了40多年后，1990年4月24日哈勃太空望远镜从位于佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪航天中心发射到地球轨道。一天后，宇航员从发现号航天飞机的货舱引导这架43英尺12吨的望远镜进入离地球表面340英里的轨道上。哈勃每天运行15圈--大约每95分钟一圈。望远镜以每秒5英里(8公里)的速度移动，大约每小时17,000英里(每小时27,300公里)。 同年5月20日哈勃望远镜发布了这张“第一束光”图像，以说明与地面观测站相比，望远镜的分辨率有所提高。右边是哈勃太空望远镜的广域/行星相机拍摄的第一张照片的一部分。 在分析了哈勃太空望远镜的第一张图像后，科学家们意识到主镜有一个缺陷，称为球面像差。一项调查显示，在制造过程中，镜子的外部边缘被磨得太平，深度为4微米(大致相当于人类头发厚度的1/50)。这个缺陷分散了宇宙物体反射的光线，导致图像模糊。虽然哈勃望远镜没有返回预期的图像质量，但它仍然提供了地面望远镜不可能获得的结果。 在1970年代初，大型太空望远镜最初计划要求每5年返回地球，翻新，并重新发射，并在轨道上服务每年。硬件寿命和可靠性要求是基于服务任务之间的年间隔。直到70年代后期，与航天飞机返回地球有关的污染和结构负荷问题消除了该计划中的地面返回概念。美国宇航局决定，在轨维修的可能足以维持哈勃太空望远镜的15年设计寿命。于是采用了为期三年的在轨维修周期。 所以自1990年开始运作，哈勃被设计成为一个长期的、以空间为基础的天文台。为了实现这一目标，并保护航天器免受仪器和设备故障的影响，美国航天局计划执行定期维修任务。以保持其平稳运行并延长其寿命。 服务任务(SM1) 在1993年12月2日至13日，在奋进号航天飞机上的7名宇航员对哈勃进行了第一次服务任务。在第一次服务任务中最主要的便是纠正了哈勃望远镜主镜视力模糊的缺陷。并安装了两个新的设备-广域和行星相机2，和修正光学空间望远镜轴向替换。都是为了补偿主镜的缺陷形状而设计的。并对望远镜做了其他的修理更换或替换了新的仪器。 这次成功的飞行任务不仅提高了哈勃望远镜的视力--在很短的时间内导致了一系列非凡的发现--而且它也验证了在轨服务的有效性。 服务任务(SM2) 1997年2月11日至21日发现号航天飞机的七名宇航员对哈勃太空望远镜进行了第二次服务任务。在第二次服务任务中，发现号航天飞机上的宇航员更换了两台关键的哈勃仪器。戈达德高分辨率光谱仪(GHRS)被近红外相机和多目标光谱仪(NICMOS)取代，使哈勃能够在红外波段观察宇宙，而微弱物体光谱仪(FOS)被空间望远镜成像光谱仪(STIS)所取代，用于拍摄天体的详细照片和寻找黑洞。将哈勃的波长范围扩大到近红外成像和光谱，扩大了哈勃的视野使我们能够探测宇宙中最遥远的区域。 服务任务(SM3A / SM3B) 本来哈勃的第三次维修任务最初被设想为维修任务。但当第四个陀螺仪失效时，美国航天局将任务分为两部分：服务任务3A(SM3A)于1999年12月飞行和服务任务3B(SM3B)于2002年3月飞行。 1999年11月13日，六个陀螺仪中的四个在哈勃上失效，（当时，哈勃需要三个陀螺仪来观测天体目标。）望远镜暂时关闭了对宇宙的观察。没有三个工作的陀螺仪，哈勃无法进行科学研究，因此进入了一种叫做安全模式的休眠状态。本质上，哈勃“睡着了”，而它却在等待帮助。在安全模式下，哈勃无法观测目标，但它的安全性得到了保护。这种保护模式允许地面控制望远镜，为了保护光学系统，控制器关闭了光圈门，并将航天器对准太阳，以确保哈勃的太阳能电池板能从太阳获得足够的能量。 于是在1999年12月19日至27日，7名宇航员乘坐发现号航天飞机对哈勃进行了第三次服务任务。其主要目标是恢复哈勃的工作秩序，并升级其系统。在两部分任务的第一阶段，最紧迫的任务是更换陀螺仪。机组人员成功地更换了所有的六台陀螺仪，并进行了几次重要的维修升级。他们安装了一台比它的前身快20倍的计算机和一台可以存储10倍数据的数字数据记录器。机组人员还增加了一个电子增强工具包，电池改进工具包，以及新的外层热保护。哈勃几乎如新的。在SM3A之后，哈勃再次成功地开始运行和观测。 2002年3月1日至12日在哥伦比亚号航天飞机上，七名宇航员开始了哈勃的第四次服务任务，即3B服务任务。服务团3A以前是在1999年作为哈勃的救援任务进行的，而服务3B任务的目的是更新哈勃。 此次宇航员的主要任务是安装一种新的科学仪器，叫做高级调查照相机(ACS)。这是自1997年以来第一台安装在哈勃望远镜上的新仪器，ACS以其广阔的视野、锐利的图像质量和更高的灵敏度，将哈勃的视野扩大了一倍，收集数据的速度比望远镜早期的测量仪器广域行星照相机2（WFPC 2）快10倍。 太空行走的宇航员们用更小、更硬的太阳能电池板取代了大型、灵活、有八年 历史 的太阳能电池板。还取代了过时的电力控制单元，后者将太阳能阵列和电池的电力分配给望远镜的其他部分。此次任务中自1990年发射以来，工作了近12年的哈勃太空望远镜第一次被地面控制完全关闭。 宇航员还为近红外相机和多目标光谱仪安装了一个新的冷却系统。在1999年耗尽了自1997年以来冷却它的230磅重的氮冰。新的低温冷却器延长了哈勃红外相机的寿命 服务任务(SM4) 2003年2月1日在经过15天的太空任务后，哥伦比亚号航天飞机在重返地球大气层后解体，机上七名宇航员全部遇难。于是原定于 2004年1月16日–哈勃的第五次也是最后一次维修任务(服务任务4)被正式取消。 直到2006年10月31日美国宇航局宣布恢复对哈勃太空望远镜进行第五次维修任务的计划，这也是哈勃最具挑战性和最复杂的服务任务。 2009年5月11日至24日 – 乘坐亚特兰蒂斯号航天飞机上的宇航员，在为期13天的任务中完成了第五次也是对哈勃的最后一次维修任务。 宇航员在第四次服务任务期间在哈勃上安装了两个新仪器：广域摄像机3(WFC 3）和宇宙起源谱仪(COS)。这些仪器使天文台比发射时更强大100倍。WFC 3能看到三种不同的光：近紫外线、可见光和近红外光，相机的分辨率和视场比以前的仪器要大得多。Cos使哈勃望远镜的紫外线灵敏度至少提高了10倍，在观察极其微弱的物体时提高了70倍。 在SM4期间宇航员完成了望远镜创建者从未设想过的壮举及有史以来第一次在太空修复科学仪器(高级调查照相机(ACS)和空间望远镜成像光谱仪(STl)。两个都已停止工作。ACS在2007年停电后停止工作，而STI则在2004年停电后停止工作。为了进行修理，宇航员必须进入仪器内部，打开组件并重新供电。这项任务的成功完成，加上两项新仪器的增加，使哈勃充分补充了五种可供今后观测的仪器。 SM4的目标之一是加强和振兴望远镜的基本空间飞行系统。宇航员们用新的、改良过的电池替换了所有18年前的哈勃电池。宇航员安装了六个新的陀螺仪，用来指向望远镜，和一个精细制导传感器锁定恒星作为指向系统的一部分。他们还安装了一种新的设备--软捕获机制--允许机器人航天器某一天在望远镜生命周期结束时将自己附着在哈勃上，并引导其降落到地球或将其提升到更高的轨道。 2008年8月11日 – 哈勃完成了它的100000太空轨道，为了纪念哈勃太空望远镜在其 探索 和发现的第18个年头中完成了其100000个轨道，位于马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所的科学家们瞄准哈勃拍摄了一个令人眼花缭乱的天体诞生和更新区域的快照。 这张具有代表性拍摄于2008年8月10日，哈勃的广角行星相机2。红色显示硫原子的发射，绿色来自发光的氢，蓝色来自燃烧的氧气。 在这个大约100光年宽的幻想状景观中，黑暗的尘埃塔在分子云表面的一堵发光的气体墙上方升起。右下角的海马柱长约20光年，大约是太阳和最近的恒星--半人马座阿尔法星之间距离的四倍。 2011年7月4日– 哈勃太空望远镜在其21年的太空 探索 和发现之旅中跨越了另一个里程碑。哈勃记录了在1000光年以外的一个系外行星大气层中寻找水的第一百万次科学观测。 “21年来，哈勃一直是最重要的空间科学观测站，给我们留下了深刻而美丽的图像，使我们能够在广泛的天文学科中进行开创性的科学研究，”美国宇航局局长查尔斯·博尔登说。他驾驶了把哈勃送入轨道的航天飞机任务。“哈勃望远镜在研究一颗遥远的行星时遇到了这一里程碑，这一事实极大地提醒了它的力量和遗产。” 2011年10月4日 – 哈勃科学小组成员亚当·里斯和其他天文学家因发现宇宙正在加速膨胀而获得了瑞典皇家科学院的诺贝尔物理学奖。证明宇宙的膨胀速度正在加速，这一现象被广泛地归因于一种神秘的、无法解释的“暗能量”充满了宇宙。 2011年12月6日 – 哈勃太空望远镜在其 探索 中又走过了一个里程碑：第一万份哈勃科学论文已经发表。这使哈勃成为 历史 上最多产的天文事业之一。 这些论文是基于哈勃望远镜的观测，几乎涵盖了天文学的每一个前沿。五篇最高参考的科学论文依次是：寻找用来表征暗能量的遥远超新星；精确测量宇宙的膨胀速度；星系质量与中心黑洞质量之间的明显联系；哈勃深场中的早期星系形成；低质量恒星和褐矮星的演化模型。 哈勃望远镜在轨期间向地球发射了数十万张图像，照亮了天文学的许多奥秘。在它的许多发现中，哈勃揭示了宇宙的年龄约为138亿年，比100亿到200亿年的旧范围精确得多。哈勃在发现暗能量方面发挥了关键作用，暗能量是导致宇宙膨胀加速的一种神秘力量。 哈勃太空望远镜自发射三十二年以来，已经对超过48,000个天文物体进行了140万次观测，并且继续“其在天文学前沿的作用”，从我们自己的太阳系到“高红移宇宙”。为我们研究宇宙的起源以及 探索 星系做出了不可磨灭的贡献。 在未来的时间里哈勃太空望远镜将会与他的接班人詹姆斯·韦伯空间望远镜共同合作。2021年12月25日詹姆斯·韦伯太空望远镜发射。并且STSCI（太空望远镜科学研究所）还将计划下一个太空望远镜 南希·格雷斯罗马太空望远镜。仅次于詹姆斯·韦伯空间望远镜。 在同样的灵敏度和分辨率下，罗马太空望远镜的视野比哈勃太空望远镜宽100倍，它将在近红外光下绘制天空大区域的宽视场地图，并有可能回答系外行星和暗能量研究中的重要问题。南希·格雷斯罗马太空望远镜目前正计划于2026年年底发射。 展望未来，哈勃太空望远镜将于詹姆斯·韦伯空间望远镜并有希望于南希·格雷斯罗马太空望远镜共同合作，为我们揭示宇宙的奥秘。