红外和射电天文学

红外天文学射电天文学1.红外天文学红外线的发现:19世纪初:W.Herschel观测太阳早期应用:1869年:L.Rosse月球的热辐射1920‘s:E.Pettit,S.B.Nicholson:行星和亮恒星1949年:苏联天文学家:银河系中心成象,发现一个星云.红外天文学发展较慢的原因:红外技术发展缓慢,高灵敏度探测器没有大气对红外辐射的吸收,没有空间探测技术大气本身的热辐射:300K10m中红外红外天文观测设备的发展大气外观测机载红外望远镜：NASA的Kuiper机载天文台，口径90cm(80年代)NASA的SOFIA机载天文台，口径2.5m(July2002)探空火箭球载红外望远镜1969年第一个。25cm口径，100m,观测银心最大的1m口径，美国Goddard空间飞行中心红外天文观测设备的发展大气外观测红外天文卫星(IRAS):1983年1月到1983年11月USA(NASA)，Netherlands,UKjointproject红外空间天文台(ISO):1995年11月到1998年5月ESA(欧洲航天局)空间红外望远镜设备(SIRTF):2003年8月25日

(SpaceInfraRedTelescopeFacility)NASA,Germany红外天文观测设备的发展地面大型红外望远镜口径从3.6m到16m有十几架。观测主要是红外波段几个大气窗口J(1.25m)，H(1.63m)，K(2.22m)L(3.6m)，M(5.0m)，N(10.6m)，Q(21m)中国的红外天文1970‘s开始1981年云南天文台1.0m镜实现1982到1988上海天文台球载红外观测1985年北京天文台(兴隆)1.2m红外望远镜红外天文学的意义Wien位移定律宇宙中的低温物质能量辐射大部分在红外区光的散射和吸收红外辐射相对可见光而言，星际介质的吸收和散射较小分子的转动和振动谱线振动：近、中红外(2－30m)，转动谱线在远红外区,许多原子和离子的发射线也在红外波段红外天文学的重要贡献太阳系观测行星和彗星的内部能源太阳系天体的起源恒星诞生的细节恒星从早期气尘物质塌缩而形成的过程及其随后的演化恒星晚期演化的特征星际分子的发现，分布和运动分子谱线在红外、射电波段：分子天文学红外天文学的重要贡献5.银河系气尘物质的分布6.银河系中心的结构7.新的河外天体，星系强红外辐射的来源8.宇宙模型基本物理量：减速因子的确定9.宇宙背景辐射的能量分布及其本质红外波段的定义红外线：0.75m到1000m近红外(NIR)：<2.50m中红外(MIR)：2.50<<25.0m远红外(FIR)：>25.0m1m=1010Å=106

m1m=104

Å1m=10-4cm红外光度系统

(Johnson系统)测光带有效波长(m)带宽(m)J1.250.3H1.650.4K2.200.6L3.501.2M4.800.8N10.25.3Q2111Z34/电磁波段1A=0.1nm,1nm=10-9m地球大气对天文（光学和红外）观测的影响大气的吸收和散射大气的热发射大气湍流大气的吸收吸收：入射辐射强度I

衰减产生机制：入射红外辐射与大气中气体分子相互作用大气吸收影响主要吸收分子O310km到35km,随地点和季节变化CO2

城市上空，人类影响H2O随高度和地理位置变化主要3km以下，6km以上几乎没有大气的散射散射：尘埃、固体颗粒、云雾等对辐射有散射作用

∝Q-q

波长越长，散射越弱看到蓝天看到红太阳早晚太阳为什么红大气的热发射大气自身的热发射

＝

M

(T)当(m)1,000/T(K)时影响大地面大气均温300K，3m大气辐射峰值波长10m热发射随海拔高度的增加而下降红外地面望远镜要放在高山上夏威夷的MaunaKea

4200m智利LaSilla,CerroParanal

中国西藏????大气湍流大气温度和密度的起伏引起大气折射率变化可见光和红外都有影响,也称为天空噪声影响:星象抖动;消光涨落;天空发射起伏大气湍流影响在短波比长波要严重，波长越长，影响越小。因此红外波段相对要好。最主要的影响是降低望远镜角分辨率。望远镜分辨率=1.22/D实际分辨率=1.27/r0r0：Fried参数，大气相干长度(seeing：天文视宁度)红外天文的观测仪器和方法红外探测器:

半导体材料红外望远镜:调制技术红外天文的新技术:

红外干涉仪,红外光谱仪红外探测器热辐射探测器(Bolometer)：红外辐射的热效应，入射的红外辐射加热探测器材料，从而改变其物理特性半导体材料是理想的热探测器材料探测率与波长依赖性很弱:量子效率=1工作在超低温典型：Ge-Bolometer工作波长：1

m到1mm工作温度：1.6K红外探测器光子探测器入射光子激发半导体材料中的电子，改变材料的电气特性。以入射光子与材料中的电子相互作用为基础，因此与波长有关,量子效率>0.5分类：光电探测器(PE)光导探测器(PC)光伏探测器(PV)光磁电探测器(PME)红外望远镜特殊要求：尽量减少来自天空和望远镜本身的热发射例如：Cassegrain系统的主镜中心孔小一些副镜口径较小：减少主镜旁边高发射率物体进入视场，调制方便镜面镀银或金：减少镜面发射率采用调制技术使探测器交替地接收目标加背景信号和背景信号焦平面调制 ：光学望远镜进行红外观测副镜调制 ：专用红外望远镜，某些大型光学望远镜主镜调制 ：一般用于空间望远镜，口径较小时。红外天文新技术红外光谱仪斑点干涉仪(SpeckleInterferometer)红外偏振测量技术红外CCD，CID气球观测，火箭，飞机，卫星红外天文研究太阳系及其小天体(类太阳恒星系统探测)恒星形成区：原恒星恒星：某些早型发射星，所有晚型恒星，变星银河系气体和尘埃银河系中心河外星系：正常星系，QSO，Seyfert，BLLac宇宙背景辐射黄道光发射行星际尘埃发射银河红外背景星系红外背景宇宙微波背景辐射星象抖动，地面星象抖动，高山上MaunaKea天文台ESOLaSilla天文台ESOCerroPanaral天文台

VLT：4×8m

SOFIA

StratosphericObservatoryForInfraredAstronomy口径2.5mJuly2002开始观测红外天文卫星(IRAS)

Infra-RedAstronomicalSatellite口径60cm，R－C望远镜工作温度2－5K，液氦制冷工作波段：12，25，60，100m四个宽带测光通道低分辨率的红外成象仪主要观测成果：250，000个点源的红外星表20，000个面源表（尺度小于8弧分〕低分辨率光谱表10，000个小行星表一个全天红外亮度表源的定位精度都好于20弧秒IRAS全天点源图BluesourcesarecoolstarswithinourGalaxyYellow-greensourcesaregalaxiesReddishsources,areextremelycoldmaterialinourGalaxy红外空间天文台(ISO)

InfraRedSpaceObservatory口径：60cm工作波段：2.5m到240m焦平面仪器：红外照相机(ISOCAM)：2.5到17m光子偏振仪(ISOPHOT)：2.5到240m短波光谱仪(SWS)：2.5到45m长波光谱仪(LWS)：45到196.8m相对IRAS灵敏度高1000倍，分辨率100倍下一代红外空间观测设备

SIRTF

(SpaceInfraRedTelescopeFacility)口径：85cm仪器：3个焦平面仪器波段：3－180m发射：Aug.2003工作寿命：5年整个仪器低温制冷猎户座星云（OrionNebula)恒星正在形成银河系气尘分布银河系光学和红外图比较银河系中心红外图哈勃深空红外图减速因子决定宇宙如何膨胀宇宙背景辐射2.射电天文学2.射电天文学波段:波长100m到1mm频率3MHz到300GHz主要特点:射电光电子能量低:E=h=hc/,低频光子温度低:T从101到10-2K,低温物体可以发射射电光子全天候观测，波长长于30m时电离层影响尘埃吸收影响很小:银河系中心宇宙中最丰富的元素H:21cm谱线发射银河系中心图21cmHI图大气透射图Absorption100%Absorption0%早期发展和成就三个时期：40‘s－50’s雷达的应用60年代大型射电望远镜投入天文观测，四大发现:第一个类星体3C273星际分子的发现3K宇宙微波背景发射的发现脉冲星70‘s至今:VLBI,VLA,VLBA,SVLBI大型仪器光谱，偏振，光度测量射电望远镜射电干涉仪综合孔径(联线干涉仪)英国：MERLIN美国：VLA甚长基线干涉仪(VLBI)VeryLongBaselineInterferomtry甚长基线综合孔径(VLBA)VeryLongBaselineArray空间甚长基线干涉仪(VSOP)VLBISpaceObservatoryProgramme

提高空间分辩率射电望远镜1。天线：旋转抛物面经典射电望远镜，目前最大100m固定抛物面口径大，305mArecibo望远镜组合天线系统干涉原理分辨率高，接收面积大数据处理复杂射电望远镜2。接收系统放大微弱的射电信号3。记录系统记录数据实际观测：Proposal－评审－观测－记录－相关处理－干涉条纹干涉条纹

成图－模型－解释

射电天文学研究活动星系核（AGN）100m天线德国

美国美国Arecibo305m射电望远镜

MERLINVLA1980开始:3×9＝27个25m天线分辨率:相当于36km口径观测波段： 90cm到7mmVLBI台站分布VLBA1993开始观测10×25m天线,观测波段：90cm到3.5mmVSOP8m第一节活塞式空压机的工作原理第二节活塞式空压机的结构和自动控制第三节活塞式空压机的管理复习思考题单击此处输入你的副标题，文字是您思想的提炼，为了最终演示发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor压缩空气在船舶上的应用：

1.主机的启动、换向；

2.辅机的启动；

3.为气动装置提供气源；

4.为气动工具提供气源；

5.吹洗零部件和滤器。

排气量:单位时间内所排送的相当第一级吸气状态的空气体积。单位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor空压机分类：按排气压力分：低压0.2～1.0MPa；中压1～10MPa；高压10～100MPa。按排气量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor第一节活塞式空压机的工作原理容积式压缩机按结构分为两大类：往复式与旋转式两级活塞式压缩机单级活塞压缩机活塞式压缩机膜片式压缩机旋转叶片式压缩机最长的使用寿命-

----低转速（1460RPM），动件少（轴承与滑片），润滑油在机件间形成保护膜，防止磨损及泄漏，使空压机能够安静有效运作；平时有按规定做例行保养的JAGUAR滑片式空压机，至今使用十万小时以上，依然完好如初，按十万小时相当于每日以十小时运作计算，可长达33年之久。因此，将滑片式空压机比喻为一部终身机器实不为过。滑(叶)片式空压机可以365天连续运转并保证60000小时以上安全运转的空气压缩机1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.凸凹转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。螺杆式气体压缩机是世界上最先进、紧凑型、坚实、运行平稳，噪音低，是值得信赖的气体压缩机。螺杆式压缩机气路系统：

A

进气过滤器

B

空气进气阀

C

压缩机主机

D

单向阀

E

空气/油分离器

F

最小压力阀

G

后冷却器

H

带自动疏水器的水分离器油路系统：

J

油箱

K

恒温旁通阀

L

油冷却器

M

油过滤器

N

回油阀

O

断油阀冷冻系统：

P

冷冻压缩机

Q

冷凝器

R

热交换器

S

旁通系统

T

空气出口过滤器螺杆式压缩机涡旋式压缩机

涡旋式压缩机是20世纪90年代末期开发并问世的高科技压缩机，由于结构简单、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪声、长寿命等诸方面大大优于其它型式的压缩机，已经得到压缩机行业的关注和公认。被誉为“环保型压缩机”。由于涡旋式压缩机的独特设计，使其成为当今世界最节能压缩机。涡旋式压缩机主要运动件涡卷付，只有磨合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。

由于涡旋式压缩机运行平稳、振动小、工作环境安静，又被誉为“超静压缩机”。

涡旋式压缩机零部件少，只有四个运动部件,压缩机工作腔由相运动涡卷付形成多个相互封闭的镰形工作腔，当动涡卷作平动运动时，使镰形工作腔由大变小而达到压缩和排出压缩空气的目的。活塞式空气压缩机的外形第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）工作循环：4—1—2—34—1吸气过程

1—2压缩过程

2—3排气过程第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）

压缩分类：绝热压缩：1—2耗功最大等温压缩：1—2''耗功最小多变压缩：1—2'耗功居中功＝P×V（PV图上的面积）加强对气缸的冷却，省功、对气缸润滑有益。二、实际工作循环（单级压缩）1.不存在假设条件2.与理论循环不同的原因：1）余隙容积Vc的影响Vc不利的影响—残存的气体在活塞回行时，发生膨胀，使实际吸气行程（容积）减小。Vc有利的好处—

（1）形成气垫，利于活塞回行；（2）避免“液击”（空气结露）；（3）避免活塞、连杆热膨胀，松动发生相撞。第一节活塞式空压机的工作原理表征Vc的参数—相对容积C、容积系数λv合适的C：低压0.07-0.12

中压0.09-0.14

高压0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容积Vc的影响C越大或压力比越高，则λv越小。保证Vc正常的措施：余隙高度见表6-1压铅法—保证要求的气缸垫厚度2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理2）进排气阀及流道阻力的影响吸气过程压力损失使排气量减少程度，用压力系数λp表示：保证措施：合适的气阀升程及弹簧弹力、管路圆滑畅通、滤器干净。λp

（0.90-0.98）2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3）吸气预热的影响由于压缩过程中机件吸热，所以在吸气过程中，机件放热使吸入的气体温度升高，使吸气的比容减小，造成吸气量下降。预热损失用温度系数λt来衡量（0.90-0.95）。保证措施：加强对气缸、气缸盖的冷却，防止水垢和油污的形成。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理4）漏泄的影响内漏：排气阀（回漏）；外漏：吸气阀、活塞环、气缸垫。漏泄损失用气密系数λl来衡量（0.90-0.98）。保证措施：气阀的严密闭合，气缸与活塞、气缸与缸盖等部件的严密配合。5）气体流动惯性的影响当吸气管中的气流惯性方向与活塞吸气行程相反时，造成气缸压力较低，气体比容增大，吸气量下降。保证措施：合理的设计进气管长度，不得随意增减进气管的长度，保证滤器的清洁。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理上述五条原因使实际与理论循环不同。4）漏泄的影响5）气体流动惯性的影响1）余隙容积Vc的影响2）进排气阀及流道阻力的影响3）吸气预热的影响2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3.排气量和输气系数理论排气量Vt----单位时间内活塞所扫过的气缸容积。实际排气量Q：Q=Vt

λ输气系数λ

：λ＝λtλv

λ