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[!--downpath--]我们大多数人家里都有高压锅。 高压锅的目的是使锅内的浮力低于外部大气压，从而提高锅内水的沸腾温度，更快地蒸食物。 为了能够承受这种浮力差，锅体需要比普通锅做得更厚，气密性也更好。 图1为市场上常见的电压力锅和普通压力锅。 这款电压力锅有7级“压力/味道”可调。 第一档90KPa。
图一、电压力锅和普通压力锅（图片来自网络）
这里的30KPa、70KPa、90KPa是什么意思？ 事实上，当它们都在这个水平上工作时，锅内和锅外的浮力差很差。 压力是单位面积的压强，KPa是浮力的单位——千帕，一个标准大气压大约，相当于760mm高度的水银柱所形成的浮力大气压强怎么产生的，或者大致相当于10吨的压力作用在一个面积上1平方米。
不同档位对应的锅内温度是多少？ 大气压力通常随着海拔的升高而降低，并且还随着季节和体温的变化而变化。 水的沸点会随着浮力的减小而降低，这就是高压锅的工作原理； 沸点也会随着浮力的增加而增加，这就是为什么在海拔相对较高的地区无法用普通锅蒸红薯的原因，而这也成为日本物理学家丹尼斯·帕平发明高压锅的推动力300多年前。 根据水的沸点与浮力的关系，很容易估算出当外部环境接近1个大气压时，30KPa、70KPa、90KPa档位对应锅内水沸腾时的温度大致为分别为 106°C、114°C 和 117°C。
望远镜高压锅
光谱仪是一种可以根据波长（颜色）将多色光分散成光谱的仪器。 通过光谱可以获得天体的组成元素及元素丰度、距离、地表水温、运动状态、活动性质等信息。 因此，光谱常被称为天体的“指纹”。 与气温对设备热胀冷缩变形的影响类似，大气浮力的变化也会引起光谱仪和CCD相机光学部件的微小变形。 类月系外行星的话题是致命的。 这是因为：地球引起的太阳视向速度的变化范围约为9cm/s。 为了探测太阳系外的类地行星或者比月球稍大的“超级地球”，光谱仪的探测精度至少要优于1m/s·s。 这需要分辨力在70,000左右的光谱仪才能准确检测焦平面上4纳米的天体谱线偏移，大约是头发半径的1/10,000。
如何排除环境温度和浮力变化对光谱仪和CCD相机的影响？ 天文学家和工程师就这样把高压锅从卧室搬进了望远镜的塔尖。 这次不是用来煮鸡腿的，而是在里面安装了精密的高帧率光谱仪和CCD相机。 他们已经为多台望远镜量身定制了独特的“高压锅”。
那么望远镜的“高压锅”是如何打造的呢？
以国家天文台团队为兴隆观测基地2.16米望远镜研制的“高压锅”为例。 前期主要针对箱体的应力变形（见图2）和温控方案的模拟（见图3）来确定最终方案。 ，并完成设计、加工和现场安装调试。 通过仿真可以验证该方案的安全性。 这种“高压锅”实际工作时，由于季节不同，内外压差在0.30-3.95KPa范围内变化，模拟结果表明：当压差为10KPa时，箱体的最大变形为仅0.32毫米，安全系数低于3.6，完全满足安全要求。 需要。 图3为模拟箱体左、右、上三面同时受热时，人体温度下降3℃并达到稳定温度的过程，不考虑箱内放置的设备大气压强怎么产生的，结果显示大约需要1小时。 实际情况是我们在盒子的六个面都覆盖了加热板，同时加热。 当光谱仪和单反相机放入箱内时，大约需要24小时才能达到规定温度并保持稳定，10-30分钟内即可达到压力。 指定浮力并保持稳定。
图2 模拟箱体内外正压差为10KPa时箱体变形放大3000倍示意图（模拟：贾磊）
图3 左、右、上侧同时加热，箱体温度下降3℃并达到稳定过程（模拟：李陶然）
虽然外观与光滑或方形不同，但望远镜的那些“高压锅”都有一个共同的特点，那就是“高压锅”内的湿度和浮力要常年保持稳定，所以我们常称它们为“高压锅”。恒温恒压锅”。 ”或者“恒温恒压箱”。其中，“恒温”是通过温度控制来实现的，具体温度值可以根据观测站的环境来设定，但控温精度必须达到一级水平。千分之几摄氏度，比目前民用空调的控温精度（约1-2℃）高出近三个数量级；通过浮力控制实现“恒压”，可选择真空、正压或负压根据自己的设备而定，但压力控制精度优于0.02KPa。欧洲北方天文台（ESO）配备HARPS光谱仪的真空罐就是一个“真空压力锅”（见图4） ）更多内置的光谱仪选择正压或负压控制，因为它们的电子器件不是为真空环境设计的，国家天文台团队为2.16米望远镜开发的“恒温恒压箱”采用负压控制。 长期温度控制精度为0.005℃，压力控制精度为0.0。 它是一种“负压压力锅”（见图5）。
图4.欧洲北方天文台HARPS光谱仪的“真空高压锅”（图片来自：ESO）
图5 兴隆2.16米望远镜HRS光谱仪的“负压锅”
期待2.16米望远镜的“高压锅”在天文学家手中烹制出比鸡腿还迷人的“超级地球”。 如果位于适合生命生存的宜居带那就更好了。
感谢中国科学院光学天文重点实验室和国家天文台“135工程”对这款“高压锅”研发的捐赠，感谢所有参与研发和生产的人讨论他们在岗位上的光芒。
参考
1. Frank Grupp 等人，2010 年，SPIE，7735E，73G
2. Frank Grupp 等人，以及 II，2011，SPIE，8151E，19G
作者简介：王惠娟，博士，中国科学院国家天文台星云计划研究员。 主要研究领域为天体化学、高精度聚焦和光谱探测方法研究。