[科普中國]-邁克耳孫測星干涉儀

邁克耳孫測星干涉儀（Michelson stellar interferometer）是最早被提出并建造的天文干涉儀之一，它的概念首先由美國物理學(xué)家阿爾伯特·邁克耳孫和法國物理學(xué)家阿曼德·斐索在1890年提出，而邁克耳孫和美國天文學(xué)家弗朗西斯·皮斯于1920年在威爾遜山天文臺使用它首次測量了恒星的角直徑。 在此之前，恒星尺寸（角直徑）的測量是天文學(xué)上的一大難題，這是由于傳統(tǒng)光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡的角分辨率受到物鏡口徑的限制，即使是人類能制造的最大的天文望遠(yuǎn)鏡，其角分辨率也大約只有10弧度秒的量級，無法達(dá)到測量普通恒星所需的分辨率。邁克耳孫測星干涉儀利用干涉條紋的可見度隨擴(kuò)展光源的線度增加而下降的原理，將恒星看作一個平面非相干光源，從而可以很巧妙地測量恒星的角直徑。

簡介邁克耳孫測星干涉儀（Michelson stellar interferometer）是最早被提出并建造的天文干涉儀之一，它的概念首先由美國物理學(xué)家阿爾伯特·邁克耳孫和法國物理學(xué)家阿曼德·斐索在1890年提出，而邁克耳孫和美國天文學(xué)家弗朗西斯·皮斯于1920年在威爾遜山天文臺使用它首次測量了恒星的角直徑。 在此之前，恒星尺寸（角直徑）的測量是天文學(xué)上的一大難題，這是由于傳統(tǒng)光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡的角分辨率受到物鏡口徑的限制，即使是人類能制造的最大的天文望遠(yuǎn)鏡，其角分辨率也大約只有10弧度秒的量級，無法達(dá)到測量普通恒星所需的分辨率。邁克耳孫測星干涉儀利用干涉條紋的可見度隨擴(kuò)展光源的線度增加而下降的原理，將恒星看作一個平面非相干光源，從而可以很巧妙地測量恒星的角直徑。1

歷史最初設(shè)計的邁克耳孫測星干涉儀的長度約為6米，架設(shè)在口徑為2.5米的胡克望遠(yuǎn)鏡之上。其中兩面平面鏡M1、M2的最大間距為6.1米，并且是可調(diào)的；而平面鏡M3、M4的位置是固定的，等于1.14米。當(dāng)有星光入射到干涉儀上時，兩組平面鏡所構(gòu)成的光路是等光程的，從而會形成等間距的干涉直條紋，而條紋間距為

這里是望遠(yuǎn)鏡的焦距，是平面鏡M3和M4之間的距離。而平面鏡M1和M2之間的距離相當(dāng)于擴(kuò)展光源的線度，當(dāng)M1和M2靠得很近時干涉條紋的襯比度接近于1，隨著兩者間距增加襯比度會逐漸下降為零。如果認(rèn)為恒星是一個角直徑為，光強(qiáng)均勻分布的圓形光源，其可見度由下面公式給出

其中，是貝塞爾函數(shù)。隨著逐漸增加平面鏡M1和M2之間的距離，當(dāng)滿足下面關(guān)系時，襯比度首次降為零：

邁克耳孫測星干涉儀首次成功測量的恒星是參宿四，測得其角直徑為0.047弧度秒，根據(jù)它到太陽的距離（約600光年）就可得到它的直徑約為4.1×10千米，是太陽直徑的300倍。事實上，這一臺邁克耳孫測星干涉儀所能測量的都是直徑在太陽直徑數(shù)百倍的巨星，因為測量體積更小的恒星要求更大的M1和M2之間的距離，架設(shè)一臺如此龐大的干涉儀對當(dāng)時的技術(shù)而言相當(dāng)困難。2

干涉 (物理學(xué))干涉（interference）在物理學(xué)中，指的是兩列或兩列以上的波在空間中重疊時發(fā)生疊加，從而形成新波形的現(xiàn)象。

例如采用分束器將一束單色光束分成兩束后，再讓它們在空間中的某個區(qū)域內(nèi)重疊，將會發(fā)現(xiàn)在重疊區(qū)域內(nèi)的光強(qiáng)并不是均勻分布的：其明暗程度隨其在空間中位置的不同而變化，最亮的地方超過了原先兩束光的光強(qiáng)之和，而最暗的地方光強(qiáng)有可能為零，這種光強(qiáng)的重新分布被稱作“干涉條紋”。在歷史上，干涉現(xiàn)象及其相關(guān)實驗是證明光的波動性的重要依據(jù)，但光的這種干涉性質(zhì)直到十九世紀(jì)初才逐漸被人們發(fā)現(xiàn)，主要原因是相干光源的不易獲得。

為了獲得可以觀測到可見光干涉的相干光源，人們發(fā)明制造了各種產(chǎn)生相干光的光學(xué)器件以及干涉儀，這些干涉儀在當(dāng)時都具有非常高的測量精度：阿爾伯特·邁克耳孫就借助邁克耳孫干涉儀完成了著名的邁克耳孫－莫雷實驗，得到了以太風(fēng)觀測的零結(jié)果。邁克耳孫也利用此干涉儀測得標(biāo)準(zhǔn)米尺的精確長度，并因此獲得了1907年的諾貝爾物理學(xué)獎。而在二十世紀(jì)六十年代之后，激光這一高強(qiáng)度相干光源的發(fā)明使光學(xué)干涉測量技術(shù)得到了前所未有的廣泛應(yīng)用，在各種精密測量中都能見到激光干涉儀的身影?，F(xiàn)在人們知道，兩束電磁波的干涉是彼此振動的電場強(qiáng)度矢量疊加的結(jié)果，而由于光的波粒二象性，光的干涉也是光子自身的幾率幅疊加的結(jié)果。3

參見干涉

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

尹維龍 - 副教授 - 哈爾濱工業(yè)大學(xué)