天文學
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
天文學的實例教程
有史以來拍攝的第一張黑洞照片M87*
在距我們地球約1,500光年的麒麟座內，天文學家發現了這顆潛在黑洞，它的質量大約是太陽的3倍，同時它也是迄今為止發現距離地球最近的黑洞。?
最初一顆名為V723的紅色巨星引起了天文學家的注意，這顆恒星周期性的擺動表面它與一個伴星物體鎖定在軌道上。伴星因太小且太暗而無法被直接觀測到，這表明它一定是中子星或黑洞。經過進一步觀測，發現這顆恒星不僅與其伴星一起在軌道中擺動，而且還受到其伴星的引力作用而變形，這種效應被稱為潮汐擾動。據此，天文學家計算出V723伴星的質量約是太陽質量的3倍。
V723和它的伴星
中子星和黑洞質量之間的物體
但是根據核物理知識，中子星的質量不應超過2.5倍的太陽質量，我們目前發現最大的中子星的質量約為太陽的2.24倍。而黑洞質量通常是太陽的5倍以上，因此這顆伴星的質量介于中子星和黑洞之間。
由于其獨特性，天文學家昵稱其為“獨角獸”，天文學家尚不能給出它確切的身份，一切都有待進一步的研究。但無論結果如何，它都是如此獨特，要么是最小的黑洞，要么是最大的中子星。
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展開 2020年1月5日，天文學家們從大約9億光年外的宇宙探測到強烈的波動，轉瞬即逝的“聲音”與以往探測到的完全不同，它是由巨大的時空漣漪漣漪——引力波引起的，它從超過9億光年遠的地方傳播到整個宇宙。10天后，天文學家們又聽到了另一個類似的“聲音”，引力波再次沖擊了地球的探測器。
藝術家對黑洞-中子星合并事件的描述
在此之前，天文學家已經發現了黑洞與黑洞的合并、中子星與中子星的合并，他們一直在等待并期待一次全新的碰撞，直到這兩個事件的發現。這兩個事件被以發現日期分別命名為GW200105和GW200115，經過仔細分析，它們被確定為來自深空極端的、前所未見的事件——黑洞和中子星之間的碰撞。
藝術家對黑洞-中子星碰撞產生的引力波的描述
九億年前的碰撞
GW200105和GW200115是相似的事件，但碰撞的物體性質略有不同，科學的名稱相對正式，因此天文學家將它們分別昵稱為稱為Lenny(GW200105)和Carl (GW200115)。研究團隊表示，Lenny是一個質量約為太陽9倍的黑洞與質量約為太陽1.9倍的中子星的碰撞，Carl是一個質量約為太陽6倍的黑洞與一顆質量約為太陽1.5倍的中子星的碰撞。合并事件發生在距我們很遠的9億年前，而引力波是直到最近才傳到我們這里的。
當我們在這里說“碰撞”或“合并”時，我們并不完全確定當兩個對象最終聚集在一起時發生了什么，很長一段時間，他們互相盤旋，被對方的引力困住，最終，它們融合在一起。
Lenny和Carl的發現幫助揭示了我們宇宙中最極端的物體，希望有一天，人類可以探明它們背后的秘密。
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展開 天文學家首次在我們銀河系內探測到快速無線電爆發信號（FRB），我們或許更接近揭示它的起源。
究竟是什么導致了FRB？
2020年4月28日，兩臺地面射電望遠鏡探測到強烈的無線電脈沖，它僅僅持續了一毫秒，但這卻足以震驚整個天文圈。該事件被命名為FRB 200428，距離地球僅有30,000光年，這是第一次在我們銀河系內，在離地球如此近的地方探測到FRB。在這之前，所有被探測到的FRB都來自銀河系外，上一個發現最近的FRB也足足有1170萬光年遠。
FRB究竟是什么
探測FRB的主要問題之一是它們太短暫了，它們眨眼即逝，盡管可以在千分之一秒內釋放出太陽100年的能量，但天文學家卻來不及將望遠鏡聚焦在它上面。
盡管面臨這些挑戰，天文學家還是成功地建立了關于 FRB的知識庫，其中大部分都是基于我們銀河系以外的數十個記錄事件。首先，我們知道它們是持續微秒到毫秒的無線電明亮閃光。對它們的全天空搜索還表明，每天天空中都會發生數千次這樣的爆發。
每天出現在天空中的FRB
FRB 200428的意義
我們知道它們中的大多數來自數十億光年之外。盡管已經提出了數十種模型來解釋FRB的起源，其中包括從中子星到白矮星再到宇宙弦的諸多理論，但是還沒有任何一種理論能真正解釋得通。
在銀河系中發現的FRB有助于天文學家尋找其背后的真解，并最終找到FRB的根源。我們可以從30,000光年外的信息源中了解到比距上千萬甚至上億光年外的信息源更多的信息。
相信隨著對FRB 200428研究的加深，我們離揭開FRB秘密的那天會越來越近！
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展開 許多物理學上的未解之謎可望通過中微子觀測獲得解答。謎團之一是超高能宇宙射線的來源。1962年，新墨西哥州火山農場觀測陣列偵測到數量巨大的粒子。這些粒子是能量超過1011G電子伏的宇宙射線和地球上層大氣碰撞產生的，其能量相當于一個原子核擁有了一個飛行中的網球的動能。從那之后，又有多次高能宇宙射線被探測到。
但是50年來，物理學家仍然不知道是什么物理機制能夠將基本粒子加速到擁有這么高的動能。它們的動能遠遠超過地球上最大的粒子加速器——瑞士日內瓦大型強子對撞機——所能賦予粒子的動能。如果要求日內瓦強子對撞機產生動能如此高的粒子，那么對撞機的加速軌道就要和地球繞著太陽的運行軌道一樣長。
關于中微子自身的性質也有很多未解之謎：它的精確質量是多少？它如何從一種亞型變換到另一種亞型？理論預言但尚未被觀測到的其他亞型是否存在？等等。中微子還能幫助我們尋找暗物質。雖然暗物質不能被肉眼看到，但它在宇宙、行星和星際氣體的運動中扮演重要角色。暗物質的衰變能產生高能中微子，這也是可以被探測到的。
中微子很難跟其他物質發生作用，因此需要非常大的探測器來區分來自太空的少數粒子和更多的來自地球大氣的粒子。冰立方是目前投入觀測的最大中微子探測陣列，但是它還是太小，數據采集太慢，要想取得重大成果，估計得等10年。
更大的中微子探測器——體積是冰立方的10-100倍——對于觀測宇宙中的高能現象非常重要。確定不同中微子的質量，并確定中微子與地球物質的作用方式可以證實或證偽關于高維空間的猜想，并回答高能核物理學關心的問題：重核中的膠子濃度。
中微子探測器的設計正在進行中，并可望在五年內建成并投入運行——這有賴于天文學、粒子學和核物理學諸領域的合作和聯合投資。
展開 就在近日，天文學家基于一個全新的望遠鏡系統成功從地球上拍攝到有史以來最高清的月球照片。此次拍攝的目標是第谷隕石坑，這是我們對月球最印象深刻的地標之一。
即便是從數十萬公里外拍攝的，這張照片也讓我們感覺好似正在飛越地球的天然衛星表面
這張照片的分辨率為5米×5米，包含約14億個像素，完全覆蓋了直徑86公里的第谷隕石坑，月球表面的每一條溝壑看起來都十分清晰。
這個最新的望遠鏡系統名為綠岸望遠鏡(GBT)，由美國國家科學基金會研制，它是世界上最大的完全可控射電望遠鏡。依靠GBT，天文學家可以將其視線指向任何他們喜歡的方向。
2021年1月，研究團隊選中阿波羅15號的著陸點——第谷隕石坑為目標來測試該系統，證明我們可以從地球上拍攝高清的宇宙照片。幾個月后，這幅從地球上拍攝的史上最高清的第月球照片就誕生了。
天文學家希望這項新技術能讓我們在地球上就可以探索我們從未見過的未知宇宙。
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望遠鏡的誕生促進了天文學和航海事業的發展，顯微鏡的發明給生物學的研究提供了強有力的工具。人類學會了用透鏡操縱光線——聚焦、發散、成像。但此時的傳感器是人眼，記錄介質是視網膜或膠片。
第二次躍遷（20世紀）：光電探測時代。 光電效應、CCD、CMOS的發明，將光信號轉化為電信號。人類不再依賴眼睛評判圖像，機器可以自動記錄強度信息。彩色成像通過拜耳濾光片實現了對三個離散光譜通道的感知。
這些行業需要將多個攝像頭和其他傳感器用于：
消費類產品
醫療設備
攝影
計量
光通信
制造自動化
物聯網（IoT）
地球觀測
航空航天與國防應用
汽車傳感器
自動駕駛系統的激光雷達和光學攝像頭
科學儀器
天文學
制造方法的新進展、材料科學的改進、微型化以及更強大的計算資源（能夠處理和存儲光學信息）在推動光學機械應用不斷擴展
光線追跡可以覆蓋所有涉及光的應用，從天文學到電磁學、航空航天、國防、通信、醫療技術以及消費類電子產品。光線追跡的最大應用領域是所有涉及鏡頭的實際應用，從常規攝像頭到手機攝像頭、抬頭顯示器、望遠鏡、AR/VR頭顯、前照燈、內窺鏡以及照明系統（醫療或建筑），不一而足。
在光學及光子設計中使用光線追跡
光線追跡可用于評估光學組件的性能并改進其設計，以滿足嚴格的規范要求。
什么是CMOS圖像傳感器？2個月前
如今，CCD設備主要用于需要低噪點和更高敏感度的高端應用，如攝影天文學、機器視覺系統和顯微鏡攝像頭。但是，CMOS圖像傳感器也正在進入這些應用領域。
CCD與CMOS技術比較
CMOS圖像傳感器的幾何結構
CMOS圖像傳感器由像素陣列組成，每個像素由四個光電探測器捕獲，其中一個用于紅色，一個用于藍色，兩個用于綠色。
光學干涉測量--基于從光與自身的相互作用中提取信息的實驗測量技術，主要通過相干重疊場之間的相對相位差所產生的強度調制--應用于從顯微鏡到天文學等許多不同領域。雖然其中許多應用可以在忽略衍射效應的情況下進行足夠精確的建模，但在某些情況下，例如當系統中存在尖銳邊緣或狹窄孔徑時，需要選擇能夠考慮衍射演變的模型。
光學干涉測量--基于從光與自身的相互作用中提取信息的實驗測量技術，主要通過相干重疊場之間的相對相位差所產生的強度調制--應用于從顯微鏡到天文學等許多不同領域。雖然其中許多應用可以在忽略衍射效應的情況下進行足夠精確的建模，但在某些情況下，例如當系統中存在尖銳邊緣或狹窄孔徑時，需要選擇能夠考慮衍射演變的模型。
CMOS圖像傳感器的設計2個月前
如今，CCD設備主要用于需要低噪點和更高敏感度的高端應用，如攝影天文學、機器視覺系統和顯微鏡攝像頭。但是，CMOS圖像傳感器也正在進入這些應用領域。
CCD與CMOS技術比較
CMOS圖像傳感器的幾何結構
CMOS圖像傳感器由像素陣列組成，每個像素由四個光電探測器捕獲，其中一個用于紅色，一個用于藍色，兩個用于綠色。
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CMOS圖像傳感器由像素陣列組成，每個像素由四個光電探測器捕獲，其中一個用于紅色，一個用于藍色，兩個用于綠色。
什么是光線追跡？3個月前
展示單個光線如何通過手機鏡頭傳播的光線追跡仿真
光線追跡可以覆蓋所有涉及光的應用，從天文學到電磁學、航空航天、國防、通信、醫療技術以及消費類電子產品。光線追跡的最大應用領域是所有涉及鏡頭的實際應用，從常規攝像頭到手機攝像頭、抬頭顯示器、望遠鏡、AR/VR頭顯、前照燈、內窺鏡以及照明系統（醫療或建筑），不一而足。
Hubble望遠鏡的衍射傳輸場
簡介
Hubble 望遠鏡作為天文學研究的重要工具，其在衍射極限下的成像能力備受關注。衍射極限由光的波動性和光學系統的孔徑決定，是光學系統分辨率的理論極限。在本案例中，我們使用 OAS 光學軟件對 Hubble 望遠鏡的衍射傳輸場進行模擬分析。通過 OAS 軟件的光線追跡功能，能夠模擬光線在 Hubble 望遠鏡光學系統中的傳播路徑。
