摄谱仪和焦平面仪器
摄谱仪和焦平面仪器是望远镜的后端设备，用于分散、成像、计时或分析望远镜所接收的光线，将收集到的光子转化为光谱、图像、亮度测量值和偏振数据。
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Definition
焦平面仪器是放置在望远镜焦点处的光学和电子组件，用于从收集到的光线中提取科学信息，无论是通过将其分散成光谱、形成图像、测量其强度还是分析其偏振。
Scope
该领域涵盖色散摄谱仪及其光栅、成像相机和光度计、测量光偏振的偏振计，以及诸如积分场和多目标光谱学等先进技术，这些技术可以同时记录整个视场和多个目标的光谱。
Sub-topics
Core questions
- 星光是如何分散成光谱的，其分辨率如何？
- 如何获得图像和精确的亮度测量值？
- 如何测量天体光的偏振？
- 如何同时记录多个目标或整个视场的光谱？
Key theories
- 色散和光谱分辨率
- 衍射光栅或棱镜根据波长分散光线，可实现的光谱分辨率由色散元件、狭缝宽度和光学器件决定，从而决定了光谱能揭示的物理细节。
- 吞吐量和多路复用
- 仪器设计需要在分辨率、波长覆盖范围和视场之间进行权衡，以实现最佳吞吐量；多路复用多个狭缝、光纤或空间元件可大大提高每次曝光的科学产出。
- 偏振分析
- 通过将波片和偏振分束器与探测器结合使用，仪器可以测量光的偏振态，其中编码了磁场、散射几何形状和尘埃特性。
Clinical relevance
焦平面仪器决定了望远镜能够进行何种科学研究；光谱学可以揭示化学成分、速度和物理条件，光度学可以揭示亮度和变异性，偏振测量可以探测磁场，因此仪器设计与望远镜本身同样具有决定性作用。
History
弗劳恩霍夫对太阳光谱线的绘制以及19世纪哈金斯等人将光谱学应用于恒星，奠定了天体物理学的基础。仪器从单缝摄谱仪和光度计发展到今天的多路复用、积分场和偏振系统，并配备了电子探测器。
Key figures
- Joseph von Fraunhofer
- William Huggins
- Henry Draper
Related topics
Seminal works
- kitchin2013
- schroeder2000
- eversberg2015
Frequently asked questions
- 为什么望远镜需要独立的仪器而不仅仅是一个探测器？
- 裸探测器只能记录图像。要测量恒星的成分、速度、亮度或偏振，光线必须首先由专用仪器进行分散、滤波或分析。不同的科学问题需要不同的焦平面仪器，这些仪器通常在同一望远镜上进行互换。
- 仪器的光谱分辨率是什么意思？
- 光谱分辨率是指仪器能够分辨相邻波长的精细程度，通常表示为波长除以最小可分辨波长差。更高的分辨率可以揭示狭窄的光谱特征和微小的速度偏移，但会使光线分散得更稀薄，需要更亮的目标或更长的曝光时间。