Scientific Requirements for Extremely Large Telescopes pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Cambridge Univ Pr

作者:Whitelock, Patricia Ann (EDT)/ Dennefeld, Michel (EDT)/ Leibundgut, Bruno (EDT)

出品人:

页数:540

译者:

出版时间:2006-6

价格:$ 113.00

装帧:HRD

isbn号码:9780521856089

丛书系列:

图书标签:

天文学
望远镜
大型望远镜
科学需求
观测技术
仪器
光学
红外
大气层
空间观测

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具体描述

Following the inauguration of the Southern African Large Telescope (SALT), the international ELT community met in Cape Town to discuss the next generation of telescopes - those with apertures in excess of 20m. This volume presents the results of their deliberations, starting with reviews of the scientific needs emerging from the exploitation of the present generation of large telescopes and an examination of the technical lessons that might be transferred to larger telescopes. Scientific discussions cover four broad themes: galaxy formation, galaxy evolution and cosmology; stellar populations; the intergalactic medium; and exoplanets and star formation. The status of the various projects is discussed with details of site testing, detector development and an emphasis on adaptive optics which will be critical for these extremely large telescopes. Much of the discussion of IAU S232 is reproduced in detail, providing a real flavour of the controversial issues.

宇宙深处的低语：揭秘下一代巨型望远镜的工程与哲学图书名称：宏伟视界：探索极端天文仪器的前沿挑战图书简介：本书深入探讨了现代天文学在迈向观测极限的征途中所面临的复杂工程、前沿技术以及深刻的哲学意义。它并非聚焦于特定巨型望远镜的科学目标设定，而是提供了一个宏观的视角，审视如何将人类的观测能力推向物理和技术的边界，以捕捉宇宙中最微弱、最遥远的信号。我们正站在一个观测新纪元的门槛上。传统的光学望远镜在口径和集光能力上的增长已接近物理极限，新的范式亟需被建立。本书将分析支撑这一跨越所需的跨学科知识体系，从基础的材料科学到复杂的自适应光学，再到革命性的数据处理算法，全面勾勒出构建“不可能的”天文仪器的蓝图。第一部分：尺度的极限与工程的重塑本部分着重于大型地面望远镜（ELTs）在物理结构和操作环境中所遇到的独特挑战。 1. 结构与材料的革新：建造口径超过30米的镜面，不再是简单地复制现有技术。我们需要思考的是，如何制造出轻盈、稳定且能够抵抗环境应力（如风荷载和温度梯度）的巨型结构。本书详细讨论了新型复合材料——例如超低膨胀玻璃、碳纤维增强聚合物——在支撑巨大镜段方面的潜力与限制。我们探讨了主动支撑系统（Active Support Systems）如何从被动支撑转向动态补偿，以维持纳米级精度的面形。关键在于，如何将数千个独立部件融合成一个相互作用的整体，同时确保其在极端温度变化下仍能保持完美的几何一致性。 2. 视宁度与大气补偿的终极形态：大气湍流是地面观测的永恒敌人。虽然现有的多波束自适应光学（MLAO）系统已取得了显著成就，但要实现真正意义上的“空间质量”分辨率，我们需要更精密的补偿技术。本书深入剖析了高频、高亚麻斯（Strehl Ratio）的要求对波前传感器的苛刻挑战，以及用于生成参考光的激光器阵列的设计哲学。我们探讨了如何处理非均匀照明、湍流层厚度和多层大气折射率变化的复杂耦合问题，这需要运算能力达到前所未有的水平。 3. 基础设施的挑战：建设地点的选择不再仅仅是基于晴朗天空的概率，还涉及到地质稳定性、后勤可达性以及对地面热辐射的控制。本书考察了在极端高海拔（如查南托尔高原或安第斯山脉的特定区域）部署大型望远镜，其对人类生理学、设备散热以及长期维护方案提出的严峻考验。如何设计一个能够自我供能、抵御沙尘暴和极端低温的复杂观测站，是工程学的巅峰挑战。第二部分：信号的捕捉与信息的提取本部分转向仪器科学，探讨了在现有光子预算下，如何最大化收集效率并解读捕获到的微弱信号。 4. 接收器与光子捕获效率：大型望远镜的优势在于其巨大的集光面积，但这必须辅以同样高效的焦平面仪器。本书详细阐述了下一代红外和中红外探测器在冷却技术、量子效率和暗电流控制方面的前沿进展。尤其关注如何在维持极低温的同时，处理来自望远镜结构自身的微弱热辐射，以避免污染极其微弱的宇宙信号。我们讨论了新型光谱仪的设计，这些仪器必须能够以极高的光谱分辨率，实时分析来自遥远天体的极度红移的辐射。 5. 数据处理与计算的天文需求：一个口径超过40米的望远镜，其实时数据流将是空前的。本书强调，仪器设计与数据流管理必须同步进行。传统的离线处理模式将无法应对实时自适应光学反馈、实时目标确认和海量数据筛选的需求。我们探讨了专用硬件加速器（如FPGA或ASIC）在处理复杂的傅里叶变换、矩阵运算以及高维数据降维中的作用，以及分布式计算架构如何支撑全球合作观测任务。第三部分：观测的哲学：超越可见光本书的最终部分探讨了这些极端仪器如何改变我们对宇宙基本问题的理解，以及随之而来的伦理和认知上的反思。 6. 对早期宇宙的深层凝视：这些巨型设施的核心驱动力之一，是捕捉宇宙“黑暗时代”结束时发出的第一个光信号。本书分析了观测技术如何精确地锁定那些由于宇宙膨胀而极端红移（z > 10）的星系。这要求我们深入理解星系形成早期的物理过程，并区分真正的宇宙信号与仪器内部或银河系背景的干扰。我们探讨了如何通过对星系团和原星系晕的详细成像，重构出宇宙大尺度结构的演化历史。 7. 寻找生命的印记：超越基础物理，这些望远镜的最终目标之一是深入系外行星大气层进行特征分析。本书详细介绍了如何利用高对比度成像技术和高精度径向速度测量，排除恒星自身的噪声，以期捕捉到生命代谢过程产生的生物特征信号（Biosignatures）。这不仅仅是一个技术问题，更是一个关于人类在宇宙中定位的哲学命题：我们如何确信捕捉到的信号确凿无疑地指向生命活动，而不是未被理解的地球化学过程？结论：《宏伟视界》是对当前和未来十年天文工程领域最前沿思潮的系统性总结。它揭示了，要建造能够“听到”宇宙深处低语的仪器，需要的是对物理学、材料工程、计算科学以及人类认知极限的全面突破。这是一部献给所有致力于拓展人类感官边界、探寻宇宙终极奥秘的工程师、物理学家和思想家的著作。