天文圆顶

天文圆顶（astrodome），是为天文望远镜的安装与观测而专门设计的专用屋顶结构，通常作为天文台的观测室使用，其屋顶呈半圆球形。

世界发展历程

17世纪：光学望远镜问世，但受限于技术，小型仪器可灵活搬进搬出，而大型仪器则只能利用普通建筑的窗口进行观测，天区限制极大。

19世纪：真正意义上的转动圆顶并配备可启闭天窗的建筑物开始出现，为天文观测提供了更为专业的环境。

20世纪：随着望远镜技术的不断进步，对观测室的要求也越来越高。例如，帕洛马5m天文望远镜的圆顶就特别注重热性能，设计了双层结构的墙体和屋顶。同时，人们逐渐发现台址上空大气对星像质量的影响与近地表的大气湍流密切相关，开始探讨合理的圆顶高度及地表植被等问题，并发现了与自然大气视影有别的“圆顶视影”及其主要成因，对热效应及抽排风的考虑越来越重视。纵观全球口径2m以上的30余架光学望远镜，圆顶观测室的造价均大致与望远镜本身的造价相等。下一代望远镜及其观测室的形式也将会大加变革。

中国发展历程

1949年以前：中国仅有的几个天文台建筑均较为简单，难以满足高水平的天文观测需求。

1968年：北京天文台的兴隆观测站南北山梁上出现了5个圆顶，其中之一是内装60cm中间试验望远镜的圆顶，标志着中国天文圆顶建设迈出了重要一步。

1973年：2.16m天文望远镜的建造被提上日程，圆顶的设计与建造也同期开始考虑。

1974年10月-1975年7月：中国利用一架高出地面40m的铁塔及自制的温度脉动仪，得出夜间近地面大气湍流层的特征高度为35m，为圆顶设计提供了重要依据。

1977年及1978年：中国先后向北京天文台提出了“2.16m天文望远镜圆顶观测室设计任务书”及其补充说明。

1983年6月：经过多方探讨与协同工作，浙江大学、中国科学院建筑设计院、北京重型电机厂和北京天文台的有关专家共同完成了圆顶观测室的初步设计。

1986年7月：圆顶观测室正式开始施工，由江苏南通第七建筑公司和江南造船厂分别承担土建和圆顶钢结构及机械部分的施工工作。

1989年10月：圆顶观测室全部建成交付使用，标志着中国天文圆顶建设达到了新的水平。 

天窗设计

天文圆顶并非完全密闭，其半圆球上有一条宽宽的“裂缝”，从屋顶的最高处一直延伸到屋檐处，这道裂缝实际上是一个巨大的天窗。天文望远镜就是通过这个天窗指向辽阔的天空，进行天文观测。

机械旋转系统

在天文台的圆顶和墙壁的接合部，装置了由计算机控制的机械旋转系统。当人们使用天文望远镜时，只需转动圆形屋顶，把天窗转到要观测的方向，望远镜也随之转到同一方向，再上下调整天文望远镜的镜头，就可以指向天空中的任何目标，大大提高了观测的便捷性。

外表设计

圆顶的运动应力求平稳，以减少对观测的干扰。同时，圆顶的基础和地板应同望远镜基墩分开，从而消除外界振动的影响。圆顶外表面一般涂成白色，以便能够反射掉大部分的太阳辐射，降低圆顶内部的温度。

隔热设施

为了减少室内温度变化对望远镜的影响，圆顶还采取了一定的隔热措施。圆顶的高度一般根据当地的温度脉动观测来选定，圆顶直径的大小一般按望远镜口径的10倍选取（指赤道式装置的望远镜）。

圆顶主动排风系统

大型望远镜圆顶内通常配备有主动排风系统，与制冷系统一起可在白天进行制冷或换气。夜间观测时，若无自然通风孔或外界自然风较弱时，启动主动排风将圆顶内的热空气排出，以改善观测条件。例如，双子座（Gemini）望远镜就是一台同时具有自然通风孔和主动排风系统的望远镜，圆顶外空气由自然通风孔和天窗进入，主动通风系统位于地板下面，促进空气流动，将圆顶内空气排出室外。

传统形式圆顶

根据传统的赤道式望远镜回转结构，将天文圆顶设计成能包容该望远镜转动，并留有一定工作空间的金属壳形结构。一般下半部为圆柱形，上半部为半球冠状，且开有大于通光口径的天窗。不工作时由风屏遮挡封闭天窗，工作时打开天窗，让天体辐射进入望远镜光路系统。随着望远镜跟踪天体，圆顶也须随动，或隔一段时间转动，以保证观测进行。中国的一些天文圆顶，包括2.16、1.56、1.2m红外以及其它一些更小的望远镜均采用这种结构。例如，2.16m望远镜的圆顶总高34.6m，外径23.5m，下为圆柱体，上为半圆球冠，球冠上有一可上下移动、开启和闭合的天窗，天窗净宽5.2m，以供望远镜观察天体时用。其中活动圆顶高15m、外径也达23m，重250t，成本较高。1.56m望远镜的圆顶外径也达20m以上，尺寸较大。只有1.2m红外望远镜采用了已有的6m圆顶，虽尺寸较小，安装调试有些困难，但由于观测操作均在其旁边的控制室中进行，所以效果很好。

小尺寸圆顶

在传统圆顶基础上，尽量减小尺寸，降低造价。特别是当地平式机架被广泛运用后，望远镜的外形尺寸大大减小，相应的圆顶尺寸也就减小了。例如，中国2.16m望远镜采用传统圆顶设计，虽然望远镜不大，口径只有2m，但其圆顶直径却达23米。而地平式的SOAR望远镜（SOuth Astrophisical Research Telescope），口径为4.2m，但其圆顶直径只有20米，造价为170万美元，比传统的2m望远镜圆顶的成本还低。HET（Hobby—Eberly Telescope）主镜口径达9m，其圆顶直径也只有20米左右。

开启式圆顶

这种圆顶与望远镜随动旋转，外形可为圆柱体或多边柱体。其优点是望远镜与圆顶间没有相对转动，因而可根据望远镜外廓进一步缩小圆顶尺寸。另外，开启式结构也更有利于空气流通，改善圆顶内视宁度问题。这种圆顶结构更为紧凑，成本也降低了。

百页窗口式

在第3类开启式圆顶的基础上，再加上充分通风的百页窗口。这样既保持了开启式圆顶的优点，也进一步改善了观测时的视宁度。目前世界上建成的几台8m级的望远镜均采用了这类结构。例如，VLT的4台8m级望远镜圆顶，原先从解决视宁度和降低成本出发，拟采用露天式方案。后考虑到副镜部分风振问题解决得不够理想，且当时资金已足够，因此最终采用了开启式、与望远镜随动的紧凑结构，且在圆顶下部留有足够大的可开启的通风口。

天文圆顶

完全开启式

这类圆顶观测时望远镜完全暴露在露天环境下，结构简单，成本低。因为观测时望远镜周围没有附加的构件热源，所以视宁度最好。有的天文学家称“工作时，没有圆顶的圆顶，是最好的圆顶”。但由于望远镜完全暴露在气流中，当风力较大时，会产生振动。

随动的挡风罩

在第5类完全开启式圆顶的基础上，增加了与望远镜随动的挡风罩。这样克服了完全开启式方案中风大时望远镜振动的问题，但风罩及其随动机构也相应增加了成本。美国SDSS望远镜（Sloan Digital Sky Survey Telescope）即采用了这种圆顶方案。

第七类（独特设计）

这是一种很独特的设计，它将圆顶与望远镜镜筒合为一体，做成圆球状，省去了镜筒结构，大大降低了望远镜造价。其跟踪运动一般由摩擦机构直接驱动圆球完成，成本较低。这种结构的难点在于大圆顶表面的加工，一般没有通用的机床能胜任，必须设计专用的加工设备。法国已有一台1m级望远镜成功地采用了这种结构。原拟建造的LEST大阳望远镜（Large European Solar Telescope），也曾想采用这种结构。中国天文普及专家伊世同先生在他提出水上公园望远镜时，也曾考虑采用水上浮球式望远镜结构。

第八类（结合方案）

这是第3种开启式圆顶与第6种随动挡风罩方案的结合。它将风屏固定在望远镜结构上，与第6种方案不同的是，风屏固定在望远镜结构上增加了望远镜驱动的转动惯量。这种风屏在不工作时可以完全关闭，以保护望远镜，因而不需外加圆顶。LBT（Large Binocular Telescope）即采用了这种方案。

天文圆顶主要发挥两大作用：

保护设备与人员：保护望远镜等设备免受自然界中雨、雪、风沙等恶劣气候的侵蚀，同时为观测人员提供一个良好的观测环境。

优化观测条件：防止外界温度变化对观测产生不良影响，确保观测时具有良好的天文大气宁静度（Seeing），从而提高观测质量。 

2011年冬天：风速高达每小时95英里的大风侵袭了迈尔旺布尔天文台，大风将罩着望远镜的22英尺高的圆顶吹裂，给天文观测带来了严重影响。

阿帕奇天文台事件：阿帕奇天文台曾遭到闪电击中，圆顶室停电，但并没有起火。只不过电气柜里18英寸长的电线全烧光了，幸运的是未造成更严重的后果。