深空天图

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第464页（4467字）

用天文望远镜，并用照相方法、射电天文方法或空间技术，对全天或大片天空的全色光、单色光或某一波长辐射的记录称为天图。

探测的空间范围深远，并能记录到微弱宇宙辐射的天图叫作深空天图。用目视方法观察和用照相方法拍摄的星空图象也称星图。

照相天图 现代天文学中所应用的天图，历史最悠久的是照相天图，已有百余年。1838年，法国达盖尔(L．J．M．Daguerre)等人发明了照相术。

照相方法一问世，随即引起天文学界的注意。1840年，美国德雷伯(J．W．Draper)成功地获得了月球照片。

这是天文学史上的第1幅天体照相。1885～1891年间，英国吉尔(D．Gill)和荷兰卡普坦(J．C．Kapteyn)合作，在南非好望角天文台用口径15cm的天体照相仪，完成了南天巡天照相天图，共覆盖612个天区，每个天区5°×5°，极限星等为9．5星等。这是近代天文学史上第1部整片天区的照相天图。

卡普坦主持测量了照相天图上的45万多个恒星的方位和亮度，汇编成方位星表，分批于1896～1900年发行问世，取名为好望角照相星表．缩称CPD。1887年，法兰西科学院召开了名为“天体照相大会”的国际天文协调会议，拟定了命名为“天图(Carte du Ciel)”的计划和规划。将全天划分为22000多个天区，分配给全世界参加这一大协作的20多个天文台。

推荐采用法国亨利兄弟(Paul Henry、Presper Henry)发明的天体照相仪作为国际通用望远镜。该仪器的主镜为口径34cm二元件复合透镜，可获得2°×2°的优良视场，极限星等为14星等。这一国际合作事业一直有条不紊地进行到60年代末。

为了在更大的视场内获得良好的成像，在二元件复合透镜问世之后的几十年间，又研制出许多类型的多元件复合透镜。

这样，能提供几十平方度、甚至上百平方度的大视场天体照相仪相继产生，为照相天图的摄制创造了节约观测时间的有力工具。20世纪完成的照相天图有10多部，其中着名的有《哈佛天图(Harvard Sky)》(1903)、《帕利萨－沃尔夫星图(Palisa-Wolf Charts)》(1904～1914)、《佛兰克林－亚当士星图(FranklinAdams Charts》(1914)和《法尔考天图(Falkauer Atlas)》(1962～1965)。这些不同天区覆盖范围、不同视场大小、不同比例尺度以及不同极限星等的天图集的问世，为大面积天区的系统化的天体方位测量，照相亮度测量，星云、星团、星系和星系团的发现、证认、计数、形态和分布等方面的研究，提供了重要的、决定性的资料。

1930～1932年间，德国施密特(B．V．Schmidt)发明了一种以球面反射镜为主镜、一个接近平行平板的非球面改正透镜组成的大视场和强光力的光学系统。

除了场曲和微量的色差外，没有其他像差。和相同口径、相同焦比的其他类型光学系统相比，施密特的发明具有更良好的成像和较大视场的特征。用这种光学系统组成的望远镜统称为施密特望远镜。施密特于1932年研制的用于照相观测的口径36cm／44cm施密特望远镜，获得了5°×5°视场的高质量星空照相，天文学界从而意识到施密特光学系统是迄今最理想的大视场照相巡天的基本仪器。

1948年，美国帕洛玛天文台建成一台至今为止仍是世界上最大的120cm／180cm施密特望远镜。该天文台为这台威力空前强大的星空照相仪确定的第一项、也是压倒一切的优先任务是拍摄深空天图。此项卓有远见的庞大计划得到国家地理学会的财政资助。经过短期的实验，星空的照相观测从1950年正式开始。

历时8年的努力，于1958年全部完成。天图的全称是国家地理学会——帕洛玛天文台巡天，简称帕洛玛天图，缩称PSS或POSS。

天图覆盖天球南赤纬33°以北的936个天区。每个天区分别用蓝光和红光拍摄。

这样，比较同一天区的两个颜色的天图，可以容易地检视出偏红的和偏蓝的大色指数天体。

PSS的最大优点是它的极深的星空深度：蓝天图和红天图的极限星等分别达21和20星等。PSS的问世对天文学界有很大的吸引力。全世界的许多天文机构，包括紫金山天文台、上海天文台、北京天文台和云南天文台，都订购了PSS的复印件。

一版再版的PSS已成为天文基本文献。PSS完成之际，正值射电天文兴起，遂应运成为寻找和证认宇宙射电源的光学对应体的必不可少的依据。被用来证认出一批又一批的星系和星系图、星云和超新星遗迹。60年代以来，PSS更继续为寻找宇宙X射线源、γ射线源和红外源的光学对应体提供第一批信息，对全波段天文学的发展做出难以估量的贡献。

30多年来，应用PSS编制了多种天体表。例如，星团和星协表、行星状星云表、亮星云表、暗星云表、反射星云表、电离氢区表、星系和星系团表、富星系团表、星系形态总表、相互作用星系图谱、特殊星系图谱，致密星系和爆后星系表。此外，PSS还为一批爆前新星提供了亮度和颜色的信息。1972年，欧洲南天天文台(简称欧南台，缩称ESO)和英澳天文台(缩称AAO)相继建成了大型施密特望远镜。ESO的口径100cm／150cm，AAO的口径120cm／180cm。从1974年起，ESO和AAO联合摄制南天深空天图。天空覆盖是从南赤纬20度以南的半天，共606个天区。每个天区也分别用蓝光和红光拍摄．它们均达到前所未有的深空限度。

南天天图的缩称是ESO／SERC天图，到1992年底，基本上完成，其复制品也成为天文界的新财富，正在为开拓南天深空发挥重要作用。

向近红外延伸 20世纪70年代，新型照相乳胶材料以及乳胶敏化技术的进展，在地基天文台也可以用照相方法拍摄近红外波段的深空图象。帕洛玛天文台于1976～1979年间，用120cm／180cm施密特望远镜，完成了北银道带红外天图，也是双色，其一可得国际测光系统的红星等，另一得红外星等。英澳天文台从1979～1984年用120cm／180cm施密特望远镜，拍摄了南银道带红外天图，它的双色系统和帕洛玛天文台的北银道带照相一致。在天文学飞跃进展的新的时代背景下，帕洛玛天文台决定从1985年起研制POSS的第2版，简称POSS－Ⅱ，预计90年代中期完成，共覆盖北天894个天区。新版扩充为符合国际测光系统的蓝、红和近红外三色。

极限星等将比初版更向暗端延伸1．5个星等，达到前所未有的空间深度。英澳天文台也在筹划将南天天图全部606个天区均增补上一个近红外光照相。

射电天图 在射电波段和毫米波段，记录到的宇宙辐射大致可分为两类：一类是来自银河系中温度不足100K的冷天体，例如星际气体和尘埃、各种分子云；另一类则是银河系内和外的处在激烈活动的天体的非热辐射，例如超新星遗迹、脉冲星、射电星系、类星体。然而，射电望远镜和光学望远镜不同，接收的是来自天体和宇宙的一束狭窄波段的射电，是一维的辐射强度，而不是二维的图象。所以，要完成低极限流量密度的大片天区测量，需要很多的扫描观测时间。迄今为止，覆盖面积大于全天之半、检测出射电源超过1000个的只有几部射电巡天。

其中，美国俄亥俄大学编制的1415MHz巡天检测出的射电源数最多，近2万个，探测的空间也最深，每球面度2240个源。英国瑞尔(M．Ryle)于50年代初发明了综合孔径干涉技术，英国、美国、澳大利亚、中国等国相继建设了可以成图的综合孔径射电望远镜。北京天文台正在利用这一射电天文方法编制232MHz北天米波射电天图。

高能天图 由于地球大气的吸收，比远紫外波长更短的宇宙辐射不能到达地球表面，比10μm波长更长的远红外辐射也难以透过地球大气。

60年代以来，X射线、极紫外、红外和γ射线空间探测器和空间望远镜陆续升空。例如，1983年发射的国际红外天文卫星IRAS用12、25、60和100μm的波长巡视了全天，探测出30万个宇宙红外源，从深空照相光学天图上证认出它们的光学对应体计有正在形成的恒星、红外辐射反常的特殊恒星、银河系内的氢云和尘埃云，以及有着激扰活动的河外天体。

又如，Uhuru、HEAO－2、Exosat、Rosat等多个X射线天文探测器为现代天文学展示各种不同深度的高能天空图像，揭示宇宙中的多种高能现象。

天图的数字化 除了在宇宙中可能存在的不可视的暗物质之外，现代天文学仍认为宇宙物质的主要表现形式是发光的恒星和主要由恒星组成的星系。

可以认为，光学波段能提供的宇宙信息的量最大。例如帕洛玛天图和南天天图，在银道带，一个天区内记录到的星像数量可达100万个。为了充分地开发并提取天图的蕴藏，从70年代末相继建成了多种图像数字化设备，像英国的Cosmos、Galaxy、APM、美国的PDS等，它们均能将照相底片上的天体图像转化为可供联机计算机处理的数字信息，使深空天图进入数字化新时代。80年代，世界各国天文台多已广泛地用CCD做为光学和红外的辐射探测元件。

CCD是电荷耦合装置的缩称，是一种量子效率很高的固体器件。照相乳胶的量子效率不到2%，光电元件小于20%，而CCD的则超过80%。此外，CCD对辐射的响应是线性的，这正是照相乳胶所不具备的优点。

近几年来，由于大尺寸CCD的商品化，探测信息的高密存贮和存档保管技术的进步，用反射望远镜从事数字化巡天已开始启步。可以认为，CCD和其他数字化探测器将可能最终取代经典的照相底片。

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【参考文献】：

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2 Minkowsk: K L,et a1. Basic Astronomical Datai 1963,481

3 Bahner K. Handbrch der Physik,1967,29:273

4 MacGilhvray H T. New Results with the Cosmos Machine, Visias in Astronomy,1984,27:433

5 Digitised Optical Sky Surveys. Newsletter,1990,11(2)

(北京天文台博士生导师李竞研究员撰)