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第一章 天体测量和天体测量仪器1

1.1 概述1

1.2 古代天体测量方法2

1.2.1 中国古代天体测量方法2

1.2.2 外国古代天体测量方法5

1.3 近代天体测量方法，三角视差测量7

1.3.1 周日地平视差和太阳系内天体距离的测量7

1.3.2 太阳视差和日地距离（天文单位）的精确测量9

1.3.3 周年视差和较近恒星距离的测量9

1.4 近代天体测量和仪器10

1.4.1 星表和天文常数10

1.4.2 时间和纬度测量11

1.4.3 时纬测量仪器14

1.5 现代高精度天体测量技术18

1.5.1 综合孔径射电望远镜18

1.5.2 甚长基线干涉阵19

1.5.3 天体测量新时代20

第二章 天文望远镜发展简史和天体物理探测21

2.1 望远镜发展简史21

2.1.1 早期的折射望远镜21

2.1.2 早期的反射式望远镜22

2.1.3 现代望远镜的兴起25

2.1.4 望远镜技术的现代化31

2.1.5 太阳望远镜34

2.2 天体物理学的进展和探测原理39

2.2.1 银河系结构的探求39

2.2.2 造父变星及其周光关系的应用40

2.2.3 河外星系的认证42

2.2.4 赫罗图和恒星演化理论42

2.2.5 大爆炸宇宙论44

2.2.6 天文学对望远镜技术提出越来越高的要求46

2.3 天文望远镜大发展时代47

2.3.1 8～10米级地面望远镜47

2.3.2 下一代超大望远镜55

2.3.3 空间望远镜57

第三章 波动光学基础61

3.1 波动光学概述和望远镜衍射成像61

3.1.1 波动光学对望远镜设计的意义61

3.1.2 有关数学公式61

3.1.3 光波的空间表示65

3.1.4 夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射66

3.1.5 波动光学物像关系的计算方法69

3.1.6 从波动光学看望远镜成像71

3.1.7 望远镜的衍射极限76

3.2 光学系统的空间频率特性及其应用78

3.2.1 光波的空间频率78

3.2.2 衍射光束的空间频率80

3.2.3 利用点扩展函数计算衍射像81

3.2.4 在频域空间中的计算·光学系统的空间频率特性82

3.3 天文光干涉86

3.3.1 光干涉与夫琅禾费衍射的关系86

3.3.2 单镜双孔干涉87

3.3.3 现代恒星干涉仪93

3.4 斑点干涉和成像技术及其在天体测量中的应用98

3.4.1 概述98

3.4.2 斑点干涉原理和双星间距测量99

3.4.3 斑点成像和天体视直径的测量101

第四章 几何光学基础106

4.1 几何光学的理论基础106

4.2 天文光学常用反射曲面107

4.3 视场和孔径108

4.3.1 视场和孔径的一般概念108

4.3.2 孔径光栏、入瞳和出瞳109

4.3.3 视场光栏和渐晕110

4.3.4 主光线及其方向的控制110

4.4 近轴光路和理想光路的计算公式111

4.4.1 同轴光路、近轴光路和理想光路111

4.4.2 单球面近轴光路112

4.4.3 理想光路的计算公式113

4.5 薄透镜及其组合118

4.5.1 物像关系公式118

4.5.2 成像规律（作图法）119

4.6 望远镜系统121

4.6.1 成像光路和望远镜光路的不同121

4.6.2 望远镜光路的特点122

4.7 天文望远镜的光学系统123

4.7.1 折射系统124

4.7.2 常用反射系统125

4.7.3 折反射系统126

第五章 天球坐标系及其转换128

5.1 天球坐标系128

5.1.1 天球坐标系的意义128

5.1.2 两个基本几何要素129

5.1.3 地平坐标系130

5.1.4 赤道坐标系131

5.1.5 水平坐标系132

5.2 坐标系的转换关系公式的推导133

5.2.1 具有一根公共轴的直角坐标转换公式133

5.2.2 地平坐标系和赤道坐标系转换公式的推导134

5.3 从赤道坐标到地平坐标转换公式的深化136

5.3.1 角速度和角加速度的转换公式的推导136

5.3.2 望远镜视场中星位角P的变化138

5.4 不同赤纬的星的运行规律141

5.4.1 南北方位和地平上下的判断143

5.4.2 方位角A的修正计算144

5.5 地平式望远镜的速度盲区144

5.5.1 盲区的确定144

5.5.2 盲区附近方位速度和方位加速度等高线146

第六章 望远镜机架形式148

6.1 两轴望远镜机架148

6.1.1 机架形式分类148

6.1.2 各机架类型的特点152

6.1.3 第二轴抬高的改进设计152

6.1.4 机械设计问题153

6.2 望远镜轴系转动对像场的影响154

6.2.1 像场的方向和位置154

6.2.2 一般分析155

6.2.3 北天极方向相对于仪器北的转动157

6.2.4 光学元件相对转动对仪器北方向的影响158

6.2.5 两因素综合后的像场旋转160

6.2.6 像场旋转中心与光学视场中心一致性的调整160

6.3 定日镜和定天镜162

6.3.1 定日镜163

6.3.2 定天镜164

6.4 特殊的望远镜机架形式169

6.4.1 单轴望远镜169

6.4.2 球体望远镜170

6.4.3 平行轴望远镜170

6.4.4 倾斜第二轴的采用171

6.5 重力变形固定不变的二镜系统171

6.6 重力变形固定不变的单镜系统173

第七章 望远镜结构设计中的力学问题175

7.1 结构力学的一些基本方法和基本问题175

7.1.1 求简单杆系变形的方法175

7.1.2 零件设计中的一些力学问题176

7.1.3 对称结构的刚度合成178

7.2 有限元建模中的一些问题182

7.2.1 有限元法概述182

7.2.2 有限元分析须掌握的基本要素183

7.2.3 刚体自由度和选择约束的关系185

7.2.4 对称和反对称的利用186

7.2.5 避免刚度矩阵的主对角线元素为零的问题187

7.2.6 特殊单元的运用188

7.3 结构变形与望远镜成像的关系189

7.3.1 结构变形对望远镜成像的影响189

7.3.2 结构变形引起光轴方向变化的归算190

7.4 桁架式镜筒的结构力学问题192

7.4.1 平移桁架原理192

7.4.2 塞勒里尔（Serrurier）桁架193

7.4.3 典型望远镜的塞勒里尔桁架镜筒196

7.4.4 有关塞勒里尔桁架设计的几个问题196

7.4.5 方形副镜圈桁架的改进设计198

7.4.6 多层桁架镜筒200

7.5 主镜支承203

7.5.1 主镜面形允差203

7.5.2 面形质量评价函数203

7.5.3 主镜支承设计的一些原理问题204

7.5.4 传统圆柱盘主镜的支承208

第八章 望远镜典型结构的设计219

8.1 望远镜机架设计219

8.1.1 望远镜第一轴（极轴或方位轴）的结构设计219

8.1.2 望远镜第二轴（赤纬轴或高度轴）的结构设计226

8.1.3 德国式机架的设计228

8.2 传动系统230

8.2.1 传动系统类型230

8.2.2 摩擦传动231

8.3 镜筒桁架的设计和工艺233

8.4 望远镜主镜支撑设计234

8.4.1 机械浮动支撑235

8.4.2 杠杆重锤机构235

8.4.3 有共用支点的杠杆重锤机构236

8.4.4 主镜支撑设计实例236

8.5 副镜支撑和调焦机构239

8.6 安装小型光学零件的结构243

第九章 望远镜总体设计方面的一些问题247

9.1 精度分配247

9.1.1 影响望远镜成像质量的因素247

9.1.2 精度分配原则247

9.1.3 精度分配举例249

9.2 指向误差和跟踪误差及其通用表示形式249

9.2.1 指向误差249

9.2.2 跟踪误差250

9.3 驱动力矩计算251

9.3.1 快动惯性力矩251

9.3.2 摩擦力矩252

9.3.3 风载力矩253

9.3.4 合力矩和电机力矩253

9.4 望远镜的轴系误差的检测和调整255

9.4.1 望远镜的轴系误差255

9.4.2 由望远镜轴系误差引起的指向误差256

9.4.3 用观测结果求望远镜轴系误差257

9.4.4 根据观测结果调整望远镜经轴方向258

9.5 平衡调整259

9.5.1 平衡调整和望远镜机架形式的关系259

9.5.2 赤道式望远镜的平衡调整260

9.6 镜筒消杂光263

9.7 太阳望远镜导星264

9.7.1 全日面像导星264

9.7.2 相关跟踪（导星）266

第十章 主动光学基本原理269

10.1 概述269

10.2 薄镜面主动光学270

10.2.1 波前检测270

10.2.2 镜面校正力的计算273

10.2.3 用直测法建立刚度矩阵275

10.3 拼镜面主动光学276

10.3.1 由位移传感器的读数求促动器的位移量276

10.3.2 共焦检测和调整278

10.3.3 拼镜主动光学的共面检测方法281

参考文献286