本書的創意最初來自於英國前皇家天文學家、原格林尼治天文臺臺長格雷翰•史密斯教授。
「要想成為望遠鏡方面的專家，就先寫出一本望遠鏡方面的書。」 這是史密斯教授的口頭禪。
1991年程景全應邀在貝爾實驗室作學術報告，史密斯教授稱讚他是「懂望遠鏡的學者」，並推薦其參加了世界上規模巨大的阿塔卡瑪大毫米波陣的工作。
1986年，著名的天文學家蔣世仰計劃出版一本天體物理觀測方法的教材，其中有一章專門介紹天文望遠鏡。程景全被邀請寫作該書的天文望遠鏡部分。當時的書稿是在標準的方格紙上完成的，所有的插圖也都是手繪在一張張描圖紙上。後來，這本重要教材因為缺少經費一直沒有出版。1986年以後，望遠鏡這一章的複印件在科學院研究生中得到廣泛流傳並受到好評。
2000年前夕，紫金山天文臺青海德令哈觀測基地首席科學家楊戟希望獲得天文望遠鏡方面的教材，但當時無論國內外，均沒有一本合適的天文望遠鏡教材。當他看到這份複印稿件後，立即建議將原稿由他的秘書整理到計算機中。2003年，經過修訂和擴充的《天文望遠鏡原理和設計》終於與讀者見面，一經出版很快成為銷售量最大的天文書籍之一，引起了斯普林格《天體物理和空間科學》叢書總編輯博託教授的關注。2009年，該書英文版正式出版，不久便成為世界上非常重要的一本天文望遠鏡的教材和參考書。當年國際天文學聯合會在巴西舉行年會，斯普林格出版社在會展中心展出了一系列最新的天文書籍，這本英文版《天文望遠鏡原理和設計》由於太受歡迎，僅僅展出了一天就不見了蹤影。
相對於早期版本，這本2020年新版《天文望遠鏡原理和設計》增加了許多新內容。在電磁波望遠鏡方面，全面介紹了射電波、毫米波、光學、X射線和伽瑪射線望遠鏡。在非電磁波望遠鏡方面，介紹了最新發展的引力波、宇宙線和暗物質望遠鏡。同時著重介紹了與天文望遠鏡相關的各種最新技術。這些技術包括主動光學和自適應光學技術、天文幹涉儀技術、大氣斷層成像技術、人造雷射星技術、結構保形技術、振動補償和隔離技術、精密傳感器技術、掠射光學技術、編碼孔口徑成像技術等。這本書可以作為天文學、光學、物理學、空間科學、精密測量等專業的科技工作者的教材或者重要參考書。
目錄
第一章 光學天文望遠鏡基礎
1.1 光學天文望遠鏡的發展
1.2 天文學對光學天文望遠鏡的要求
1.2.1 角解析度和大氣擾動
1.2.2 聚光本領和極限星等
1.2.3 視場和綜合效率
1.2.4 大氣窗口和臺址選擇
1.3 天文光學基礎
1.3.1 光學天文望遠鏡的基本光路
1.3.2 像差和基本計算公式
1.3.3 望遠鏡系統的主要像差公式
1.3.4 像場改正器的設計
1.3.5 光線追蹤、點圖和評價函數
1.4 現代光學理論
1.4.1 光學傳遞函數
1.4.2 波像差和調製傳遞函數
1.4.3 斯特爾比
1.4.4 星像的空間頻率
1.4.5 拼合鏡面的成像特點
參考文獻
第二章 光學望遠鏡鏡面設計
2.1 光學鏡面的設計要求
2.1.1 鏡面面形的基本要求
2.1.2 鏡面誤差和鏡面支承系統
2.1.3 鏡面誤差的貼合和斜率誤差的表示
2.2 減輕鏡面質量的意義和途徑
2.2.1 減輕鏡面質量的必要性
2.2.2 薄鏡面
2.2.3 蜂窩鏡面的設計
2.2.4 多鏡面望遠鏡的結構
2.2.5 拼合鏡面望遠鏡
2.2.6 金屬和其他輕型鏡面
2.3 光學鏡面的加工和支承
2.3.1 光學鏡面的材料特性
2.3.2 光學鏡面的加工
2.3.3 光學鏡面的鍍膜
2.3.4 光學鏡面的支承結構
2.4 光學鏡面的檢測
2.4.1 鏡面檢測方法
2.4.2 計算機全息圖檢測方法
2.4.3 移相干涉儀和動態移相干涉儀
2.4.4 子口徑縫合(Subaperture Stitiching,SAS)檢驗方法
2.4.5 軟體光學檢測方法
2.5 鏡面寧靜度和雜散光的控制
2.5.1 鏡面寧靜度
2.5.2 雜散光的控制
2.5.3 太陽望遠鏡和日冕儀的設計
參考文獻
第三章 天文望遠鏡的結構和控制
3.1 望遠鏡的機架結構
3.1.1 赤道式天文望遠鏡
3.1.2 地平式天文望遠鏡
3.1.3 六桿萬向平臺式天文望遠鏡
3.1.4 固定鏡面和固定高度角裝置
3.2 望遠鏡的鏡筒和其他結構設計
3.2.1 望遠鏡鏡筒的誤差要求
3.2.2 望遠鏡的鏡筒設計
3.2.3 副鏡的四翼梁設計
3.2.4 望遠鏡軸承的設計
3.2.5 望遠鏡的靜態結構分析
3.3 望遠鏡驅動和控制
3.3.1 望遠鏡的基本運動方式
3.3.2 傳動機構設計的基本動向
3.3.3 望遠鏡的軸角位置指示
3.3.4 望遠鏡指向誤差的校正
3.3.5 望遠鏡的伺服控制
3.3.6 光電導星
3.4 望遠鏡的動態結構分析
3.4.1 風和地震波的能量譜
3.4.2 望遠鏡的動態模擬
3.4.3 望遠鏡的結構控制模擬
3.4.4 望遠鏡的振動控制
3.4.5 自適應控制中的卡爾門濾波器
3.4.6 望遠鏡的基礎設計
參考文獻
第四章 主動光學和自適應光學
4.1 主動光學和自適應光學的基本原理
4.2 波陣面傳感器
4.2.1 哈特曼一肖克波陣面探測器
4.2.2 金字塔稜鏡傳感器
4.2.3 幹涉儀式波陣面傳感器
4.2.4 相位對比波陣面傳感器
4.3 觸動器、變形鏡、相位校正器和精密測量裝置
4.3.1 觸動器
4.3.2 變形鏡
4.3.3 液晶相位改正器
4.3.4 精密計量系統
4.4 主動光學系統
4.4.1 單鏡面系統的主動光學
4.4.2 拼合鏡面系統的主動光學
4.5 相位差傳感器
4.5.1 色散條紋相位差傳感器
4.5.2 樣板式相位差傳感器
4.5.3 楊肖克哈特曼相位差傳感器
4.5.4 馬赫章 德相位差傳感器
4.5.5 金字塔稜鏡相位差傳感器
4.6 曲率傳感器和擺鏡補償裝置
4.6.1 曲率傳感器和擺鏡補償裝置
4.6.2 雙星像曲率傳感器
4.6.3 單星像波陣面和曲率傳感器
4.6.4 小擺動鏡和曲率補償裝置
4.7 大氣擾動的補償和人造雷射星
4.7.1 自適應光學對大氣撓動的補償
4.7.2 人造雷射星和自適應光學
4.7.3 雷射星的其他限制
4.8 大氣斷層成像和多層共軛自適應光學
4.8.1 大氣斷層成像分析
4.8.2 多層共軛自適應光學
4.8.3 自適應副鏡的設計
參考文獻
第五章 天文光學幹涉儀及其他
5.1 斑點幹涉和斑點遮擋
5.2 麥可遜幹涉儀
5.3 斐索成像幹涉儀
5.4 口徑遮擋幹涉儀和超級望遠鏡
5.4.1 口徑遮擋幹涉儀
5.4.2 超級望遠鏡
5.5 強度幹涉儀
5.5.1 強度幹涉儀
5.5.2 頻譜型強度幹涉儀
5.6 光學振幅幹涉儀
5.7 射電幹涉儀和光學幹涉儀的區別
5.8 光學切趾法和星冕儀
5.8.1 相位引導下的振幅分布切趾法
5.8.2 光瞳相位調製切趾法
5.8.3 口徑變異遮擋切趾法
參考文獻
第六章 空間光學望遠鏡及其發展
6.1 軌道空間環境及軌道選擇
6.1.1 空間軌道簡介
6.1.2 軌道空間的溫度環境
6.1.3 軌道空間的其他環境
6.2 空間望遠鏡的姿態控制
6.2.1 空間望遠鏡的姿態傳感器
6.2.2 空間望遠鏡的姿態觸動器
6.3 空間光學望遠鏡工程
6.3.1 哈勃空間望遠鏡
6.3.2 依巴谷、克卜勒和蓋亞空間望遠鏡
6.3.3 韋伯空間望遠鏡
6.3.4 光學傳遞函數差分檢驗方法
6.3.3 空間光學幹涉儀
參考文獻
第七章 射電天文望遠鏡基礎
7.1 射電望遠鏡的發展歷史
7.2 天文學對射電望遠鏡的要求
7.3 大氣射電窗口和臺址選擇
7.4 射電望遠鏡的基本參量
7.4.1 天線方向圖
7.4.2 增益
7.4.3 天線溫度和噪聲溫度
7.4.4 天線效率
7.4.5 天線的極化特性
7.4.6 射電望遠鏡基本參數的選擇
7.4.7 偏軸射電望遠鏡的特性
7.5 射電望遠鏡的接收器
參考文獻
第八章 射電天文望遠鏡的設計
8.1 天線的誤差理論和保形設計
8.1.1 電磁波透射損耗
8.1.2 天線的誤差理論
8.1.3 天線的保形設計
8.1.4 天線表面的最佳拋物面貼合
8.1.5 射電望遠鏡鏡面和接收器位置允差
8.1.6 副鏡支承的口徑遮擋和天線噪聲
8.1.7 應用光線追跡進行表面貼合
8.2 射電望遠鏡的結構設計
8.2.1 射電望遠鏡的基本結構形式
8.2.2 拋物面射電望遠鏡的設計
8.2.3 風對射電望遠鏡的影響
8.2.4 射電望遠鏡的主動控制
8.3 射電天文幹涉儀
8.3.1 射電幹涉儀的基本原理
8.3.2 綜合口徑望遠鏡
8.3.3 維納辛欽和範西特譯尼克定理
8.3.4 定標校正：觀測後的主動光學
8.3.5 甚大陣、新甚大陣和平方千米陣
8.3.6 甚長基線幹涉儀
8.3.7 空間射電幹涉儀
參考文獻
第九章 毫米波和亞毫米波望遠鏡
9.1 溫度對毫米波和亞毫米波望遠鏡的影響
9.1.1 毫米波和亞毫米波望遠鏡的特點
9.1.2 天線溫度環境
9.1.3 熱量傳遞公式
9.1.4 面板的溫度考慮
9.1.5 背架的溫度考慮
9.2 毫米波和亞毫米望遠鏡的結構設計
9.2.1 面板的要求和加工
9.2.2 背架和其他結構
9.2.3 擺動副鏡的設計
9.2.4 傳感器、精密計量裝置和光學指向望遠鏡
9.2.5 毫米波望遠鏡中的主動光學
9.2.6 望遠鏡的雷電保護
9.3 碳纖維合成材料
9.3.1 碳纖維合成材料的性質
9.3.2 異形三明治結構的溫度變形
9.3.3 碳纖維和金屬的接頭
9.4 全息檢測和準光學理論
9.4.1 全息面形檢測
9.4.2 天線的面板調整
9.4.3 準光學理論
9.4.4 廣譜平面天線的應用
參考文獻
第十章 紅外、紫外、X射線和γ射線望遠鏡
10.1 紅外望遠鏡
10.1.1 紅外望遠鏡的基本要求
10.1.2 紅外望遠鏡的結構特點
10.1.3 球載和空間紅外望遠鏡
10.2 X射線和紫外線望遠鏡
10.2.1 X射線的基本特性
10.2.2 X射線成像望遠鏡
10.2.3 多層圓錐薄片和多層廣譜鍍層望遠鏡
10.2.4 空間X射線望遠鏡
10.2.5 微角秒Ｘ射線成像儀
10.2.6 紫外天文衛星
10.3 γ射線望遠鏡
10.3.1 γ射線的基本特點
10.3.2 γ射線編碼孔望遠鏡
10.3.3 γ射線探測器
10.3.4 康普頓散射和電子對望遠鏡
10.3.5 γ射線空間望遠鏡
10.3.6 大氣切倫科夫望遠鏡
10.3.7 沿展式大氣雨陣
10.3.8 地面γ射線望遠鏡
參考文獻
第十一章 引力波、宇宙線和暗物質望遠鏡
11.1 引力波望遠鏡
11.1.1 引力波理論概述
11.1.2 諧振式引力波望遠鏡
11.1.3 雷射幹涉儀式引力波望遠鏡
11.1.4 新一代雷射幹涉儀引力波望遠鏡
11.1.5 重要的引力波望遠鏡
11.1.6 其他引力波和重力望遠鏡
11.2 宇宙線望遠鏡
11.2.1 宇宙線頻譜
11.2.2 擴展式大氣雨望遠鏡陣
11.2.3 宇宙線螢光探測器
11.2.4 宇宙線磁譜儀
11.3 暗物質望遠鏡
11.3.1 冷和熱暗物質
11.3.2 中微子探測方法
11.3.3 中微子望遠鏡
11.3.4 τ子中微子的探測
11.3.5 冷暗物質的探測
參考文獻
第十二章 天文望遠鏡綜述
12.1 引言
12.2 電磁波和地球大氣層
12.3 非電磁波望遠鏡
12.4 地面天文望遠鏡
12.5 空間天文望遠鏡
12.6 人類空間探索
12.6.1 月球
12.6.2 水星
12.6.3 金星
12.6.4 火星
12.6.5 木星
12.6.6 土星、天王星、海王星和冥王星
12.6.7 小行星和彗星
12.7 偵察望遠鏡
參考文獻
附錄1望遠鏡名稱的縮寫
附錄2標準單位的中、英文縮寫