英文第一版前言

天文学的发展受益于众多经典和现代的天文望远镜的建设。现代天文望远镜不但应用于从10米波长的射电波一直到1×10 ^-19 米波长的 γ 射线之间的全部电磁波频段，而且应用于引力波、宇宙线和暗物质等其他的特殊频段。电磁波和其他的波或者粒子具有非常广阔的能量密度范围。具有非常高能量的宇宙线粒子常常要比人类所能够产生的——比如在费米实验室的加速器中所产生的最大能量——还要大上十几亿倍，而一些非常轻的暗物质的微粒所具有的极其微小的能量则要比现存的最精确的量子探测装置的探测极限还要小。现代的天文望远镜常常体积很大，造价很贵，而且结构非常复杂。它们有巨大的外形尺寸，制造时需要非常先进的技术和大量的资金。因为天文学家总是希望直接对宇宙的大尺度进行测量，所以他们需要巨大的建设规模，由此而来，现代天文学学科被公认为所谓的“大学科”。

在过去的400多年中，天文望远镜的尺寸，它们所使用的波或者粒子的形式，它们所覆盖的频谱范围都得到了极大的拓展。现在大型光学望远镜的口径已经达到10米（78平方米）。而在世界范围内总的光学接收面积在过去的20年中已经增长了3倍。在射电波段，最大的单一望远镜依然是300米直径的阿雷西博望远镜（大约为70000平方米）。不过在中国，另一个更大的500米口径的固定球面射电望远镜正在建设之中。在干涉仪方面，现在最大的是位于美国新墨西哥州的甚大望远镜阵（大约13000平方米）。而现在正在建设中的阿塔卡马毫米波阵的接收面积是6000平方米。在引力波的接收上，激光干涉引力波天文台共有两台各具有两个长4千米的干涉长臂的望远镜。这个仪器所能够达到的灵敏度高达10 ^-20 。在宇宙线的探测上，皮埃尔·俄歇天文台拥有30个荧光探测器和1600个切伦科夫水箱探测器，占地面积达到6000平方千米。在暗物质的探测方面，几千个探测器分布在南极地表以下从1400米到2400米深的冰层之中。同时在世界上很多地方的地下或者水下分布着很多的探测器。它们有很多是工作于绝对温度20毫开至40毫开之间。

目前正在计划中的光学望远镜已经达到42米的口径，射电天线阵的总接收面积已经达到1平方千米。空间望远镜的口径为6.5米。同时，很灵敏的引力波望远镜、大型的宇宙线望远镜和极其灵敏的暗物质望远镜都正在建设之中。大的口径面积、低的接收器的温度和十分复杂的现代技术极大提高了望远镜的灵敏度。这些就保证了对更暗淡的、更远的天体的探测能力以及所获得的天体图像的清晰度。不仅仅是望远镜的大小和精度具有重要的意义，天文望远镜还必须具有多项功能——既具有很好的频谱分辨率，又具有极高的时间分辨率。

天文干涉仪最早是在射电波范围内实现的。现在甚大阵已经可以获得50微角秒的分辨率。而甚长基线阵的最高分辨能力则是这个数字的千分之一。在光学波段，干涉仪同样获得了长足的发展。天文望远镜中的另一个重要的成果则是主动光学和自适应光学。因为主动光学和自适应光学可以使一大批的大口径望远镜获得衍射极限所定义的光学分辨率。在对非电磁波的探测中，超低温的应用、振动的控制、对干扰的自适应的补偿、超导跃迁点传感器以及超导量子干涉装置的应用大大地改进了仪器的灵敏度和测量精度。所有这些都将很多方面的技术发展到了极限点。总的来讲，现代望远镜工程和一般的工业工程有很大的区别，望远镜工程总是需要大量的研究工作和最新的技术发展为支撑。

要用一本书来全面概括天文望远镜发展的众多领域和获得的激动人心的成果是十分困难的事情。作者的意图是向读者全面地一步一步地介绍各种天文望远镜的基本原理、必要的理论和有关的技术。通过这本书，读者可以直接进入天文望远镜的前沿领域。这本书特别重视对相关技术的介绍。这些技术包括主动光学和自适应光学、人造引导星、斑点、麦克尔逊、斐索、能量和振幅干涉仪、口径综合、全息面形测量、红外信号调制、光学桁架、宽频平面天线、隐形面形设计、激光干涉仪、切伦科夫荧光探测器、大视场后向反射器、波阵面、曲率和相位差传感器、X射线和 γ 射线的成像、触动器、精密测量系统等。本书对这些技术及其理论基础都进行了详细的介绍。望远镜的各个专门部件的设计原理分别在相关的章节中进行了讨论。所有这些原理常常可以直接应用到其他的望远镜之中。所以望远镜的设计者应当全面地阅读本书的所有章节。

本书的前身是作者1986年在中国南京为研究生所写的讲稿。这份讲稿在研究生中得到了一定的传播。本书的中文版于2003年出版。中文版的发行很快受到了中国天文界的广泛的欢迎。同时在英语国家，一部分研究生希望能够获得本书的英文版本。英文版的翻译工作开始于2005年，书的基本结构没有变化。这本书仍然是面向天文学、光学、粒子物理、仪器、空间科学和其他领域的研究生、科学家和工程师。本书为他们提供了望远镜仪器的原理、设计方法及限制，并为望远镜的设计工程和艰深的物理原理提供了一座连接的桥梁。在翻译的过程中，很多专家和朋友在技术和语言上均提供了很大的帮助。没有这些帮助，翻译工作是不能顺利完成的。

2008年12月于美国