紅外和射電天文學

紅外天文學射電天文學1.紅外天文學紅外線的發(fā)現(xiàn):19世紀初:W.Herschel觀測太陽早期應(yīng)用:1869年:L.Rosse月球的熱輻射1920‘s:E.Pettit,S.B.Nicholson:行星和亮恒星1949年:蘇聯(lián)天文學家:銀河系中心成象,發(fā)現(xiàn)一個星云.紅外天文學發(fā)展較慢的原因:紅外技術(shù)發(fā)展緩慢,高靈敏度探測器沒有大氣對紅外輻射的吸收,沒有空間探測技術(shù)大氣本身的熱輻射:300K10m中紅外紅外天文觀測設(shè)備的發(fā)展大氣外觀測機載紅外望遠鏡：NASA的Kuiper機載天文臺，口徑90cm(80年代)NASA的SOFIA機載天文臺，口徑2.5m(July2002)探空火箭球載紅外望遠鏡1969年第一個。25cm口徑，100m,觀測銀心最大的1m口徑，美國Goddard空間飛行中心紅外天文觀測設(shè)備的發(fā)展大氣外觀測紅外天文衛(wèi)星(IRAS):1983年1月到1983年11月USA(NASA)，Netherlands,UKjointproject紅外空間天文臺(ISO):1995年11月到1998年5月ESA(歐洲航天局)空間紅外望遠鏡設(shè)備(SIRTF):2003年8月25日

(SpaceInfraRedTelescopeFacility)NASA,Germany紅外天文觀測設(shè)備的發(fā)展地面大型紅外望遠鏡口徑從3.6m到16m有十幾架。觀測主要是紅外波段幾個大氣窗口J(1.25m)，H(1.63m)，K(2.22m)L(3.6m)，M(5.0m)，N(10.6m)，Q(21m)中國的紅外天文1970‘s開始1981年云南天文臺1.0m鏡實現(xiàn)1982到1988上海天文臺球載紅外觀測1985年北京天文臺(興隆)1.2m紅外望遠鏡紅外天文學的意義Wien位移定律宇宙中的低溫物質(zhì)能量輻射大部分在紅外區(qū)光的散射和吸收紅外輻射相對可見光而言，星際介質(zhì)的吸收和散射較小分子的轉(zhuǎn)動和振動譜線振動：近、中紅外(2－30m)，轉(zhuǎn)動譜線在遠紅外區(qū),許多原子和離子的發(fā)射線也在紅外波段紅外天文學的重要貢獻太陽系觀測行星和彗星的內(nèi)部能源太陽系天體的起源恒星誕生的細節(jié)恒星從早期氣塵物質(zhì)塌縮而形成的過程及其隨后的演化恒星晚期演化的特征星際分子的發(fā)現(xiàn)，分布和運動分子譜線在紅外、射電波段：分子天文學紅外天文學的重要貢獻5.銀河系氣塵物質(zhì)的分布6.銀河系中心的結(jié)構(gòu)7.新的河外天體，星系強紅外輻射的來源8.宇宙模型基本物理量：減速因子的確定9.宇宙背景輻射的能量分布及其本質(zhì)紅外波段的定義紅外線：0.75m到1000m近紅外(NIR)：<2.50m中紅外(MIR)：2.50<<25.0m遠紅外(FIR)：>25.0m1m=1010?=106

m1m=104

?1m=10-4cm紅外光度系統(tǒng)

(Johnson系統(tǒng))測光帶有效波長(m)帶寬(m)J1.250.3H1.650.4K2.200.6L3.501.2M4.800.8N10.25.3Q2111Z34/電磁波段1A=0.1nm,1nm=10-9m地球大氣對天文（光學和紅外）觀測的影響大氣的吸收和散射大氣的熱發(fā)射大氣湍流大氣的吸收吸收：入射輻射強度I

衰減產(chǎn)生機制：入射紅外輻射與大氣中氣體分子相互作用大氣吸收影響主要吸收分子O310km到35km,隨地點和季節(jié)變化CO2

城市上空，人類影響H2O隨高度和地理位置變化主要3km以下，6km以上幾乎沒有大氣的散射散射：塵埃、固體顆粒、云霧等對輻射有散射作用

∝Q-q

波長越長，散射越弱看到藍天看到紅太陽早晚太陽為什么紅大氣的熱發(fā)射大氣自身的熱發(fā)射

＝

M

(T)當(m)1,000/T(K)時影響大地面大氣均溫300K，3m大氣輻射峰值波長10m熱發(fā)射隨海拔高度的增加而下降紅外地面望遠鏡要放在高山上夏威夷的MaunaKea

4200m智利LaSilla,CerroParanal

中國西藏????大氣湍流大氣溫度和密度的起伏引起大氣折射率變化可見光和紅外都有影響,也稱為天空噪聲影響:星象抖動;消光漲落;天空發(fā)射起伏大氣湍流影響在短波比長波要嚴重，波長越長，影響越小。因此紅外波段相對要好。最主要的影響是降低望遠鏡角分辨率。望遠鏡分辨率=1.22/D實際分辨率=1.27/r0r0：Fried參數(shù)，大氣相干長度(seeing：天文視寧度)紅外天文的觀測儀器和方法紅外探測器:

半導體材料紅外望遠鏡:調(diào)制技術(shù)紅外天文的新技術(shù):

紅外干涉儀,紅外光譜儀紅外探測器熱輻射探測器(Bolometer)：紅外輻射的熱效應(yīng)，入射的紅外輻射加熱探測器材料，從而改變其物理特性半導體材料是理想的熱探測器材料探測率與波長依賴性很弱:量子效率=1工作在超低溫典型：Ge-Bolometer工作波長：1

m到1mm工作溫度：1.6K紅外探測器光子探測器入射光子激發(fā)半導體材料中的電子，改變材料的電氣特性。以入射光子與材料中的電子相互作用為基礎(chǔ)，因此與波長有關(guān),量子效率>0.5分類：光電探測器(PE)光導探測器(PC)光伏探測器(PV)光磁電探測器(PME)紅外望遠鏡特殊要求：盡量減少來自天空和望遠鏡本身的熱發(fā)射例如：Cassegrain系統(tǒng)的主鏡中心孔小一些副鏡口徑較?。簻p少主鏡旁邊高發(fā)射率物體進入視場，調(diào)制方便鏡面鍍銀或金：減少鏡面發(fā)射率采用調(diào)制技術(shù)使探測器交替地接收目標加背景信號和背景信號焦平面調(diào)制 ：光學望遠鏡進行紅外觀測副鏡調(diào)制 ：專用紅外望遠鏡，某些大型光學望遠鏡主鏡調(diào)制 ：一般用于空間望遠鏡，口徑較小時。紅外天文新技術(shù)紅外光譜儀斑點干涉儀(SpeckleInterferometer)紅外偏振測量技術(shù)紅外CCD，CID氣球觀測，火箭，飛機，衛(wèi)星紅外天文研究太陽系及其小天體(類太陽恒星系統(tǒng)探測)恒星形成區(qū)：原恒星恒星：某些早型發(fā)射星，所有晚型恒星，變星銀河系氣體和塵埃銀河系中心河外星系：正常星系，QSO，Seyfert，BLLac宇宙背景輻射黃道光發(fā)射行星際塵埃發(fā)射銀河紅外背景星系紅外背景宇宙微波背景輻射星象抖動，地面星象抖動，高山上MaunaKea天文臺ESOLaSilla天文臺ESOCerroPanaral天文臺

VLT：4×8m

SOFIA

StratosphericObservatoryForInfraredAstronomy口徑2.5mJuly2002開始觀測紅外天文衛(wèi)星(IRAS)

Infra-RedAstronomicalSatellite口徑60cm，R－C望遠鏡工作溫度2－5K，液氦制冷工作波段：12，25，60，100m四個寬帶測光通道低分辨率的紅外成象儀主要觀測成果：250，000個點源的紅外星表20，000個面源表（尺度小于8弧分〕低分辨率光譜表10，000個小行星表一個全天紅外亮度表源的定位精度都好于20弧秒IRAS全天點源圖BluesourcesarecoolstarswithinourGalaxyYellow-greensourcesaregalaxiesReddishsources,areextremelycoldmaterialinourGalaxy紅外空間天文臺(ISO)

InfraRedSpaceObservatory口徑：60cm工作波段：2.5m到240m焦平面儀器：紅外照相機(ISOCAM)：2.5到17m光子偏振儀(ISOPHOT)：2.5到240m短波光譜儀(SWS)：2.5到45m長波光譜儀(LWS)：45到196.8m相對IRAS靈敏度高1000倍，分辨率100倍下一代紅外空間觀測設(shè)備

SIRTF

(SpaceInfraRedTelescopeFacility)口徑：85cm儀器：3個焦平面儀器波段：3－180m發(fā)射：Aug.2003工作壽命：5年整個儀器低溫制冷獵戶座星云（OrionNebula)恒星正在形成銀河系氣塵分布銀河系光學和紅外圖比較銀河系中心紅外圖哈勃深空紅外圖減速因子決定宇宙如何膨脹宇宙背景輻射2.射電天文學2.射電天文學波段:波長100m到1mm頻率3MHz到300GHz主要特點:射電光電子能量低:E=h=hc/,低頻光子溫度低:T從101到10-2K,低溫物體可以發(fā)射射電光子全天候觀測，波長長于30m時電離層影響塵埃吸收影響很小:銀河系中心宇宙中最豐富的元素H:21cm譜線發(fā)射銀河系中心圖21cmHI圖大氣透射圖Absorption100%Absorption0%早期發(fā)展和成就三個時期：40‘s－50’s雷達的應(yīng)用60年代大型射電望遠鏡投入天文觀測，四大發(fā)現(xiàn):第一個類星體3C273星際分子的發(fā)現(xiàn)3K宇宙微波背景發(fā)射的發(fā)現(xiàn)脈沖星70‘s至今:VLBI,VLA,VLBA,SVLBI大型儀器光譜，偏振，光度測量射電望遠鏡射電干涉儀綜合孔徑(聯(lián)線干涉儀)英國：MERLIN美國：VLA甚長基線干涉儀(VLBI)VeryLongBaselineInterferomtry甚長基線綜合孔徑(VLBA)VeryLongBaselineArray空間甚長基線干涉儀(VSOP)VLBISpaceObservatoryProgramme

提高空間分辯率射電望遠鏡1。天線：旋轉(zhuǎn)拋物面經(jīng)典射電望遠鏡，目前最大100m固定拋物面口徑大，305mArecibo望遠鏡組合天線系統(tǒng)干涉原理分辨率高，接收面積大數(shù)據(jù)處理復雜射電望遠鏡2。接收系統(tǒng)放大微弱的射電信號3。記錄系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)實際觀測：Proposal－評審－觀測－記錄－相關(guān)處理－干涉條紋干涉條紋

成圖－模型－解釋

射電天文學研究活動星系核（AGN）100m天線德國

美國美國Arecibo305m射電望遠鏡

MERLINVLA1980開始:3×9＝27個25m天線分辨率:相當于36km口徑觀測波段： 90cm到7mmVLBI臺站分布VLBA1993開始觀測10×25m天線,觀測波段：90cm到3.5mmVSOP8m第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理第二節(jié)活塞式空壓機的結(jié)構(gòu)和自動控制第三節(jié)活塞式空壓機的管理復習思考題單擊此處輸入你的副標題，文字是您思想的提煉，為了最終演示發(fā)布的良好效果，請盡量言簡意賅的闡述觀點。第六章活塞式空氣壓縮機

piston-aircompressor壓縮空氣在船舶上的應(yīng)用：

1.主機的啟動、換向；

2.輔機的啟動；

3.為氣動裝置提供氣源；

4.為氣動工具提供氣源；

5.吹洗零部件和濾器。

排氣量:單位時間內(nèi)所排送的相當?shù)谝患壩鼩鉅顟B(tài)的空氣體積。單位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空氣壓縮機

piston-aircompressor空壓機分類：按排氣壓力分：低壓0.2～1.0MPa；中壓1～10MPa；高壓10～100MPa。按排氣量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空氣壓縮機

piston-aircompressor第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理容積式壓縮機按結(jié)構(gòu)分為兩大類：往復式與旋轉(zhuǎn)式兩級活塞式壓縮機單級活塞壓縮機活塞式壓縮機膜片式壓縮機旋轉(zhuǎn)葉片式壓縮機最長的使用壽命-

----低轉(zhuǎn)速（1460RPM），動件少（軸承與滑片），潤滑油在機件間形成保護膜，防止磨損及泄漏，使空壓機能夠安靜有效運作；平時有按規(guī)定做例行保養(yǎng)的JAGUAR滑片式空壓機，至今使用十萬小時以上，依然完好如初，按十萬小時相當于每日以十小時運作計算，可長達33年之久。因此，將滑片式空壓機比喻為一部終身機器實不為過?；?葉)片式空壓機可以365天連續(xù)運轉(zhuǎn)并保證60000小時以上安全運轉(zhuǎn)的空氣壓縮機1.進氣2.開始壓縮3.壓縮中4.排氣1.轉(zhuǎn)子及機殼間成為壓縮空間，當轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動時，空氣由機體進氣端進入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時停止進氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動，氣密范圍變小，空氣被壓縮。4.被壓縮的空氣壓力升高達到額定的壓力后由排氣端排出進入油氣分離器內(nèi)。4.被壓縮的空氣壓力升高達到額定的壓力后由排氣端排出進入油氣分離器內(nèi)。1.進氣2.開始壓縮3.壓縮中4.排氣1.凸凹轉(zhuǎn)子及機殼間成為壓縮空間，當轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動時，空氣由機體進氣端進入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時停止進氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動，氣密范圍變小，空氣被壓縮。螺桿式氣體壓縮機是世界上最先進、緊湊型、堅實、運行平穩(wěn)，噪音低，是值得信賴的氣體壓縮機。螺桿式壓縮機氣路系統(tǒng)：

A

進氣過濾器

B

空氣進氣閥

C

壓縮機主機

D

單向閥

E

空氣/油分離器

F

最小壓力閥

G

后冷卻器

H

帶自動疏水器的水分離器油路系統(tǒng)：

J

油箱

K

恒溫旁通閥

L

油冷卻器

M

油過濾器

N

回油閥

O

斷油閥冷凍系統(tǒng)：

P

冷凍壓縮機

Q

冷凝器

R

熱交換器

S

旁通系統(tǒng)

T

空氣出口過濾器螺桿式壓縮機渦旋式壓縮機

渦旋式壓縮機是20世紀90年代末期開發(fā)并問世的高科技壓縮機，由于結(jié)構(gòu)簡單、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪聲、長壽命等諸方面大大優(yōu)于其它型式的壓縮機，已經(jīng)得到壓縮機行業(yè)的關(guān)注和公認。被譽為“環(huán)保型壓縮機”。由于渦旋式壓縮機的獨特設(shè)計，使其成為當今世界最節(jié)能壓縮機。渦旋式壓縮機主要運動件渦卷付，只有磨合沒有磨損，因而壽命更長，被譽為免維修壓縮機。

由于渦旋式壓縮機運行平穩(wěn)、振動小、工作環(huán)境安靜，又被譽為“超靜壓縮機”。

渦旋式壓縮機零部件少，只有四個運動部件,壓縮機工作腔由相運動渦卷付形成多個相互封閉的鐮形工作腔，當動渦卷作平動運動時，使鐮形工作腔由大變小而達到壓縮和排出壓縮空氣的目的。活塞式空氣壓縮機的外形第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級壓縮）工作循環(huán)：4—1—2—34—1吸氣過程

1—2壓縮過程

2—3排氣過程第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級壓縮）

壓縮分類：絕熱壓縮：1—2耗功最大等溫壓縮：1—2''耗功最小多變壓縮：1—2'耗功居中功＝P×V（PV圖上的面積）加強對氣缸的冷卻，省功、對氣缸潤滑有益。二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）1.不存在假設(shè)條件2.與理論循環(huán)不同的原因：1）余隙容積Vc的影響Vc不利的影響—殘存的氣體在活塞回行時，發(fā)生膨脹，使實際吸氣行程（容積）減小。Vc有利的好處—

（1）形成氣墊，利于活塞回行；（2）避免“液擊”（空氣結(jié)露）；（3）避免活塞、連桿熱膨脹，松動發(fā)生相撞。第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理表征Vc的參數(shù)—相對容積C、容積系數(shù)λv合適的C：低壓0.07-0.12

中壓0.09-0.14

高壓0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容積Vc的影響C越大或壓力比越高，則λv越小。保證Vc正常的措施：余隙高度見表6-1壓鉛法—保證要求的氣缸墊厚度2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理2）進排氣閥及流道阻力的影響吸氣過程壓力損失使排氣量減少程度，用壓力系數(shù)λp表示：保證措施：合適的氣閥升程及彈簧彈力、管路圓滑暢通、濾器干凈。λp

（0.90-0.98）2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理3）吸氣預熱的影響由于壓縮過程中機件吸熱，所以在吸氣過程中，機件放熱使吸入的氣體溫度升高，使吸氣的比容減小，造成吸氣量下降。預熱損失用溫度系數(shù)λt來衡量（0.90-0.95）。保證措施：加強對氣缸、氣缸蓋的冷卻，防止水垢和油污的形成。2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理4）漏泄的影響內(nèi)漏：排氣閥（回漏）；外漏：吸氣閥、活塞環(huán)、氣缸墊。漏泄損失用氣密系數(shù)λl來衡量（0.90-0.98）。保證措施：氣閥的嚴密閉合，氣缸與活塞、氣缸與缸蓋等部件的嚴密配合。5）氣體流動慣性的影響當吸氣管中的氣流慣性方向與活塞吸氣行程相反時，造成氣缸壓力較低，氣體比容增大，吸氣量下降。保證措施：合理的設(shè)計進氣管長度，不得隨意增減進氣管的長度，保證濾器的清潔。2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理上述五條原因使實際與理論循環(huán)不同。4）漏泄的影響5）氣體流動慣性的影響1）余隙容積Vc的影響2）進排氣閥及流道阻力的影響3）吸氣預熱的影響2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理3.排氣量和輸氣系數(shù)理論排氣量Vt----單位時間內(nèi)活塞所掃過的氣缸容積。實際排氣量Q：Q=Vt

λ輸氣系數(shù)λ

：λ＝λtλv

λ