Главные части в телескопе - объектив и окуляр. Объектив направляют в сторону объекта, который хотят наблюдать, а в окуляр смотрят глазом.
Существует три основных типа оптических систем телескопов – рефрактор (с линзовым объективом), рефлектор (с зеркальным объективом) и зеркально-линзовый телескоп.
Телескоп-рефрактор имеет в качестве объектива линзу в передней части трубы. Чем больше диаметр линзы, тем ярче кажется небесный объект в поле зрения, тем более слабый объект можно заметить в этот телескоп. Как правило, объектив рефрактора представляет собой не одиночную линзу, а систему линз. Они изготовляются из разных сортов стекла и склеиваются между собой специальным клеем. Это делается для того, чтобы уменьшить искажения в изображении. Эти искажения называются аберрациями. Аберрациями обладает любая линза. Главные из них – сферическая аберрация и хроматическая аберрация.
Сферическая аберрация заключается в том, что края линзы сильнее отклоняют световые лучи, чем середина. Иными словами, лучи света, пройдя через линзу, не сходятся в одном месте. А нам очень важно, чтобы лучи сходились в одной точке. Ведь от этого зависит чёткость изображения. Но это еще полбеды. Ты знаешь, что белый свет является составным – в него входят лучи всех цветов радуги. В этом легко убедиться с помощью стеклянной призмы. Направим на неё узкий луч белого света. Мы увидим, что белый луч, во-первых, разложится на несколько цветных лучей, и, во-вторых преломится, т.е. изменит направление. Но самое важное то, что лучи разного цвета преломляются по-разному – красные отклоняются меньше, а синие – больше. Линза тоже своего рода призма. И она неодинаково фокусирует лучи разных цветов – синие собираются в точку ближе к линзе, красные – дальше от неё.
Изображение, даваемое линзой, всегда слегка окрашено по краям радужной каймой. Так проявляет себя хроматическая аберрация.
Чтобы уменьшить сферическую и хроматическую аберрации, средневековые астрономы придумали делать линзы с очень большим фокусным расстоянием. Фокусное расстояние
– это расстояние от центра линзы до фокуса
, т.е. точки, где происходит пересечение преломленных лучей света (на самом деле в фокусе получается крошечное изображение предмета). Задача объектива - собрать побольше света от небесного объекта и построить крошечное и чёткое изображение этого предмета в фокусе.
Польский астроном XVII века Ян Гевелий изготавливал телескопы длиной 50 метров. Зачем? Чтобы не так сильно сказывались аберрации, т.е. чтобы получить возможно более чёткое и неокрашенное изображение небесного объекта. Конечно, работать с таким рефрактором было очень неудобно. Поэтому Гевелий, хотя и был трудолюбивым астрономом, многого не смог открыть.
Впоследствии оптики придумали делать объектив не из одной, а из двух линз. Причём так подбирали сорта стекол и кривизну их поверхностей, что аберрации одной линзы гасили, компенсировали аберрации другой линзы.
Так появился сложный объектив. Рефракторы сразу уменьшились в размерах. Зачем делать длинный телескоп, если качественный объектив можно сделать более короткофокусным? Именно поэтому в детских телескопах такое плохое изображение – ведь там используется в качестве объектива всего одна линза. А нужно минимум две. Одна линза стоит дешевле, чем две, поэтому детские телескопы так дешевы. Но всё-таки, какие бы стёкла оптики ни подбирали для объективов, совсем избежать хроматической аберрации не удаётся. Поэтому в рефракторах всегда есть небольшой синий ореол вокруг изображения. Однако в целом, рефракторы среди телескопов других систем дают самое чёткое изображение.
Ты должен остановить свой выбор на рефракторе, если собираешься наблюдать подробности небесных объектов – горы и кратеры на Луне, полосы и Большое Красное Пятно на Юпитере, кольца Сатурна, двойные звёзды, шаровые звёздные скопления и т.п. Бледные, размытые объекты – туманности, галактики, кометы – нужно наблюдать в телескоп-рефлектор .
В рефлекторе свет собирается не линзой, а вогнутым зеркалом определённой кривизны. Зеркало изготовить проще, чем линзу, потому что приходится шлифовать только одну поверхность. К тому же, для линз нужно особое качественное стекло, а для зеркал подходит любое стекло. Поэтому рефлекторы в целом стоят дешевле рефракторов с таким же диаметром линзы. Многие любители астрономии сами строят неплохие рефлекторы. Главное преимущество рефлектора в том, что зеркало не даёт хроматической аберрации. Первый в истории рефлектор создал Исаак Ньютон в XVIII веке. Этот английский учёный первым заметил, что вогнутое зеркало одинаково отражает лучи всех цветов и может создавать неокрашенное изображение. Ньютон разработал оптическую систему телескопа, которую принято называть Ньютоновской. Рефлекторы системы Ньютона изготовляются сегодня промышленным способом во многих странах мира.
Самый большой рефлектор системы Ньютона в XVIII веке построил английский астроном Вильям Гершель. Диаметр вогнутого зеркала был 122 см, а длина трубы телескопа – 12 метров. Конечно, телескоп неуклюжий, но всё-таки это уже не 50-метровый рефрактор Гевелия. Со своим телескопом Гершель совершил много замечательных открытий. Одно из самых важных – открытие планеты Уран.
Посмотрим на ход лучей в системе рефрактора и рефлектора.
В рефракторе свет проходит через линзу и непосредственно попадает в окуляр и дальше в глаз наблюдателя. В рефлекторе свет отражается от вогнутого зеркала и направляется сначала на плоское зеркало, установленное в верхней части трубы, и только потом попадает в окуляр и глаз. В рефлекторе, таким образом, работает два зеркала – одно вогнутое (главное), другое плоское (диагональное). Задача главного зеркала такая же, как у линзового объектива - собирать свет и строить крошечное и чёткое изображение в фокусе.
Плоское (диагональное) зеркало держится на специальных растяжках (как правило, их 4 штуки) в передней части трубы. А теперь представь: свет попадает в трубу телескопа, часть света загораживает плоское зеркало и растяжки. В результате на главное вогнутое зеркало попадает меньше света, чем могло попасть. Это называется центральным экранированием. Центральное экранирование приводит к потере чёткости изображения.
Наконец, познакомимся с зеркально-линзовыми телескопами . Они сочетают в себе элементы и рефрактора и рефлектора. Там есть и вогнутое зеркало, и линза в передней части трубы. Как правило, задняя часть этой линзы посеребрена. Этот серебристый кружок играет роль дополнительного зеркала. Ход световых лучей в зеркально-линзовых телескопах сложнее. Свет проходит через переднюю линзу, затем попадает на вогнутое зеркало, отражается от него, идёт обратно к передней линзе, отражается от серебристого кружка, идёт обратно к вогнутому зеркалу и проходит сквозь отверстие в этом зеркале. И только после этого свет попадает в окуляр и глаз наблюдателя. Световой поток внутри трубы три раза меняет направление. Поэтому зеркально-линзовые телескопы так компактны. Если у тебя мало места на балконе, то свой выбор нужно остановить именно на таком телескопе.
Существует несколько оптических систем зеркально-линзовых телескопов. Например, телескоп системы Максутова, Шмидта, Кассегрена, Клевцова. Каждый из этих оптиков по-своему решает основные недостатки зеркально-линзового телескопа. Что же это за недостатки? Во-первых, много оптических поверхностей. Давай посчитаем: как минимум 6, и на каждой из них теряется часть света (к сведению, в рефракторе и рефлекторе их по 4). В нутри такого телескопа теряется много света. Если рефрактор способен пропускать 92% попадающего в него света от небесного объекта, то через зеркально-линзовый телескоп проходит только 55% света. Иными словами, объекты в такой телескоп выглядят более тусклыми по сравнению с рефрактором с таким же диаметром объектива. Поэтому зеркально-линзовые телескопы лучше использовать для ярких объектов – Луны и планет. Но, учитывая центральное экранирование из-за зеркала на передней линзе, приходится признать, что чёткость изображения также ниже, чем в рефракторе. Во-вторых, и линза, и вогнутое зеркало создают свои аберрации. Поэтому качественный зеркально-линзовый телескоп стоит довольно дорого.
Увеличение телескопа. Чтобы найти увеличение телескопа, нужно фокусное расстояние объектива разделить на фокусное расстояние окуляра. Например, объектив имеет фокусное расстояние 1 м (1 000 мм), при этом у нас в распоряжении три окуляра с фокусными расстояниями 5 см (50 мм), 2 см (20 мм) и 1 см (10 мм). Меняя эти окуляры, мы получим три увеличения:
Обрати внимание, если мы берём фокусное расстояние объектива в мм, то и фокусное расстояние окуляра тоже в мм.
Казалось бы, если брать всё более короткофокусные окуляры, то можно получать всё большие увеличения. Например, окуляр с фокусным расстоянием 1 мм дал бы с нашим объективом увеличение 1 000 крат. Однако изготовить такой окуляр с высокой точностью очень сложно, да и нет необходимости. При наземных наблюдениях использовать увеличение более 500 крат не удаётся из-за атмосферных помех. Даже если поставить увеличение в 500 крат, атмосферные течения так сильно портят изображение, что на нём нельзя рассмотреть ничего нового. Как правило, наблюдения проводят с увеличением максимум 200-300 крат.
Несмотря на применение больших увеличений, звёзды в телескоп всё равно выглядят точками . Причина - колоссальная удалённость звёзд от Земли. Однако, телескоп позволяет увидеть невидимые глазом звёзды, т.к. собирает больше света, чем человеческий глаз. Звёзды в телескоп выглядят ярче, у них лучше различаются оттенки, а также сильнее заметно мерцание, вызываемое земной атмосферой.
Максимальное и минимальное полезные увеличения телескопа.
Одно из назначений телескопа в том, чтобы собрать побольше света от небесного объекта. Чем больше света пройдёт через объектив телескопа, тем ярче будет выглядеть объект в поле зрения. Это особенно важно при наблюдении туманных объектов - туманностей, галактик, комет. При этом нужно, чтобы весь собранный свет попал в глаз наблюдателя.
Максимальный диаметр зрачка человеческого глаза 6 мм. Если выходящий из окуляра световой пучок (т.н. выходной зрачок ) будет шире 6 мм, значит, часть света в глаз не попадёт. Следовательно, нужно использовать такой окуляр, который даёт выходной зрачок не шире 6 мм. При этом телескоп даст минимальное полезное увеличение. Его рассчитывают так: диаметр объектива (в мм) делят на 6 мм. Например, если диаметр объектива 120 мм, то минимальное полезное увеличение будет 20 крат. Ещё меньшее увеличение на этом телескопе использовать нерационально, так как выходной зрачок будет больше 6 мм.
Запомни закономерность: чем меньше увеличение телескопа, тем больше выходной зрачок (и наоборот).
Минимальное полезное увеличение телескопа ещё называют равнозрачковым
, потому что выходной зрачок окуляра совпадает с максимальным диаметром зрачка человека - 6 мм.
Чтобы найти максимальное полезное увеличение телескопа,
нужно диаметр объектива (в мм) умножить на 1,5. Если диаметр объектива 120 мм, то получим максимальное полезное увеличение 180 крат. Большее увеличение на этом телескопе получить можно, но это будет бесполезно, т.к. новых деталей выявить не удастся из-за появления дифракционных картин. При наблюдении двойных звёзд иногда используют увеличение, численно равное удвоенному диаметру объектива (в мм).
Таким образом, на телескопе с диаметром объектива 120 мм имеет смысл использовать увеличения от 20 до 180 крат.
Существует т.н. проницающее увеличение.
Считают, что при его использовании достигается наилучшее проницание - становятся видны самые слабые звёзды, доступные для данного телескопа. Проницающее увеличение используют для наблюдения звёздных скоплений и спутников планет. Чтобы его найти, нужно диаметр объектива (в мм) разделить на 0,7.
В телескопах совместно с окуляром иногда применяют т.н. линзу Барлоу
, представляющую собой рассеивающую линзу. Если линза Барлоу двухкратная (2х), то она как бы увеличивает фокусное расстояние объектива в 2 раза (3-кратная линза Барлоу - в 3 раза). Если, например, у объектива фокусное расстояние равно 1 000 мм, то с использованием 2-кратной линзы Барлоу и окуляра с фокусным рассоянием 10 мм мы получим увеличение 200 крат. Таким образом, линза Барлоу служит для повышения увеличения. Конечно, эта линза вносит в общую картину свои аберрации, поэтому при выявлении мелких деталей на Луне, Солнце, планетах от этой линзы лучше отказаться.
Подробнее смотри
Телескоп, оборудованный для фотографии небесных объектов, называется астрографом
. В нём вместо окуляра используется приёмник излучения (раньше это была фотопластинка, фотоплёнка, сегодня - приборы с зарядовой связью). Светочувствительный элемент приёмника излучения располагается в фокусе объектива, так что крошечное изображение предмета запечатлевается. Сегодня астрограф непременно используется в сочетании с компьютером.
Существует два основных вида оптических телескопов - линзовые, или рефракторы, и зеркальные, или рефлекторы. У рефракторов объектив, собирающий световые лучи, изготовлен из стеклянных линз, а у рефлекторов объективом служит вогнутое зеркало.
Экскурсанты, увидевшие в астрономической обсерватории крупный телескоп, обычно спрашивают, во сколько раз он увеличивает, и с удивлением слышат в ответ, что основное назначение телескопов состоит не в достижении большого увеличения, а в том, чтобы собрать как можно больше световой энергии от небесного тела.
От небесных тел к Земле приходят параллельные лучи света, из которых в глаз попадает лишь ничтожная доля, поскольку диаметр зрачка очень мал и не превышает 6-7 мм. Объектив телескопа, имея значительные размеры, воспринимает больший световой поток и, концентрируя его, позволяет видеть слабые небесные объекты, недоступные невооруженному глазу.
Рефракторы (линзовые)
Так как учащиеся средних школ при наблюдениях небесных светил пользуются в основном телескопами-рефракторами, то мы опишем их достаточно подробно, чтобы наблюдатели смогли самостоятельно определить основные характеристики и возможности своих телескопов.
Любые оптические линзы обладают рядом недостатков. Чтобы их значительно снизить, объектив телескопа-рефрактора изготавливают из двух (реже - из трех) линз небольшой кривизны, одной - двояковыпуклой и второй - плоско-вогнутой, исправляющей оптические недостатки первой линзы.
Прямая линия (ОФ), проходящая через центр объектива и перпендикулярная поверхностям линз, называется оптической осью объектива (телескопа). Падающие на объектив световые лучи (С), параллельные оптической оси, преломляются в нем и сходятся в фокусе (Ф) объектива - точке, лежащей на оптической оси и отстоящей от центра объектива на определенном расстоянии, называемом фокусным расстоянием объектива (F = ОФ) или телескопа.
Параллельные лучи (A, В), падающие на объектив под некоторым углом к его оптической оси, тоже преломляются и сходятся, но уже не в фокусе, а в точках (а, b), расположенных в фокальной плоскости, проходящей через фокус перпендикулярно оптической оси. Поэтому изображения (ab) протяженных объектов (АВ) с ощутимыми угловыми размерами (р) лежат в фокальной плоскости телескопа и получаются перевернутыми.
Таким образом, одной из основных характеристик телескопа является фокусное расстояние F его объектива, от которого зависят линейные размеры / изображения протяженных небесных объектов (Солнца, Луны, планет, туманностей и др.) в фокальной плоскости телескопа.
Вторая основная характеристика телескопа - это диаметр D объектива, так как световой поток, собираемый объективом, пропорционален квадрату его диаметра.
Весьма существенна третья характеристика телескопа, его относительное отверстие (часто неправильно называемое светосилой):
A=D/F=1:(F/D)
Чем меньше отношение F/D, тем более ярким получается изображение протяженного объекта в фокальной плоскости телескопа. Действительно, с уменьшением фокусного расстояния объектива линейные размеры изображения протяженного объекта тоже уменьшаются, а при неизменном диаметре объектива воспринимаемый им световой поток остается прежним, поэтому изображение объекта становится более ярким. Однако уменьшать фокусное расстояние объектива можно до разумных пределов так, чтобы размеры изображения были не очень малы и различимы. Для детального изучения протяженных объектов желательны длиннофокусные телескопы, дающие большее увеличение. Но тогда для сохранения достаточной яркости изображения необходимо увеличить диаметр объектива, что возможно лишь в определенных пределах из-за трудностей его изготовления. Поэтому у крупных телескопов-рефракторов диаметр объектива обычно не превышает 70 см, а относительное отверстие заключено в пределах от 1:16 до 1:10.
При визуальных наблюдениях фокальное изображение светила рассматривается в окуляр (от лат. ocularis - глазной и oculus - глаз), состоящий из двух небольших короткофокусных линз, поэтому протяженное светило представляется увеличенных размеров. Увеличение телескопа W=F/f где F — фокусное расстояние объектива, а f — фокусное расстояние окуляра.
К каждому телескопу прилагается несколько окуляров для наблюдений с различными увеличениями, которые необходимо подбирать в зависимости от условий. Слабо светящиеся объекты, например кометы, туманности и звездные скопления, следует наблюдать с наименьшим увеличением, чтобы они выглядели яркими. Планеты и Луну можно наблюдать с наибольшим увеличением, допустимым атмосферными условиями. Однако часто бывает так, что при неспокойной или перенасыщенной влагой земной атмосфере планеты и видны значительно лучше с меньшим увеличением.
Но даже при исключительно хороших атмосферных условиях невозможно добиться от телескопа произвольно большого увеличения путем применения окуляров с очень малым фокусным расстоянием, так как начнут отрицательно сказываться оптические недостатки линз. Поэтому каждый телескоп обладает наибольшим допустимым, или предельным, увеличением Wm=2D где диаметр объектива D выражен в миллиметрах, но считается безразмерной величиной.
Диаметр объектива определяет разрешение (или разрешающую способность) телескопа, показывающее наименьшее угловое расстояние, четко различимое в телескоп, в частности возможность видеть раздельно две звезды, расположенные на небе очень близко друг к другу (тесные пары звезд) Разрешение телескопа обозначается греческой буквой Θ (тэта).
Из физики известно, что разрешающая способность телескопа обратно пропорциональна диаметру объектива и прямо пропорциональна длине электромагнитных волн, воспринимаемых телескопом.
В астрономии видимая яркость, или блеск, небесных светил выражается в звездных величинах, причем чем меньше блеск светила, тем больше его звездная величина, обозначаемая латинской буквой m. В идеальных условиях, т. е. в темную безоблачную и безветренную ночь, невооруженный человеческий глаз различает звезды 6 m , а в телескоп же видны более слабые звезды, большей звездной величины. Поэтому каждый астроном-наблюдатель обязан знать наименьший блеск звезд, различимых в его телескоп при идеальных условиях.
Нужно твердо помнить, что наблюдать непосредственно в телескоп без защиты глаз нельзя, так как сконцентрированный телескопом солнечный свет мгновенно их сожжет. При наблюдениях Солнца необходимо укрепить перед объективом очень темный светофильтр (темное стекло). Но лучше и безопаснее всего наблюдать Солнце на белом экране, укрепленном за окуляром; тогда светофильтр не нужен.
Необходимость изучения слабых небесных светил заставляет делать линзовые объективы больших размеров. Но изготовление крупных линз настолько сложно, что из всех существующих в мире рефракторов только один имеет объектив диаметром 102 см (F = 1940 см), а у второго по величине - диаметр 91 см (F = 1730 см). Оба объектива изготовлены американским оптиком А. Кларком (соответственно в 1897 и в 1886 гг.) и установлены в Йерксской и Ликской обсерваториях (США). Все дальнейшие попытки изготовить линзовые объективы хотя бы таких же размеров окончились неудачей. В Советском Союзе самый крупный телескоп-рефрактор установлен в Главной астрономической обсерватории Академии наук; диаметр его объектива равен 65 см, а фокусное расстояние F = 1040 см.
Рефракторы, предназначенные для фотографирования небесных объектов, называются астрографами. Фотографирование ведется в фокальной плоскости объектива, поэтому в окулярной части телескопа вместо окуляра укрепляется фотокамера. Астрографы используются, как правило, для фотографирования небесных объектов с целью определения их видимых положений на небе и последующего изучения их движения. Существуют и двойные астрографы, с двумя раздельными объективами, позволяющими одновременно фотографировать с различными экспозициями.
Рефлекторы
Для исследования физической природы небесных тел предпочтительнее телескопы-рефлекторы, у которых объективом служит вогнутое параболическое зеркало небольшой кривизны, изготовленное из толстого стекла и покрытое тонким слоем порошкообразного алюминия, напыляемого на стекло под большим давлением.
Световые лучи, отраженные от зеркала, собираются в его фокальной плоскости, где изображения объектов тоже получаются перевернутыми. Фокальная плоскость выводится в сторону окуляра посредством дополнительного небольшого либо плоского (предложено Ньютоном в 1671 г., либо выпуклого зеркала (предложено Кассегреном в 1672 г.), которое значительно удлиняет фокусное расстояние зеркального объектива (схемы «а» и «б» на рисунке ниже).
Советский оптик Д. Д. Максутов (1896-1964 гг.) создал рефлектор, известный под названием менискового телескопа. В нем зеркальный объектив имеет сферическую форму (проще в изготовлении), а его оптические недостатки исправляются тонкой линзой малой кривизны (мениском), установленной впереди объектива (схема «в» на рисунке). Роль дополнительного зеркала выполняет небольшое алюминиевое пятно, напыленное на внутренней поверхности мениска. Телескопы Максутова изготовлены в нескольких вариантах - от школьного типа с объективом диаметром 70 мм до крупных инструментов диаметром до 1 м.
Изготовление крупных зеркальных объективов тоже требует колоссального труда. Зеркала, в отличие от линз, практически не поглощают света, что особенно ценно при изучении физической природы небесных тел. Поэтому современные крупные телескопы снабжаются зеркальными объективами диаметрами, как правило, от 1,5 до 4 м и фокусным расстоянием от 9 до 12 м.
Крупнейшие оптические телескопы
Телескоп-рефлектор с диаметром зеркала 6 м и фокусным расстоянием 24 м был изготовлен в СССР по проекту и под руководством Б. К. Иоаннисиани. Зеркало весит 420 кг, а стеклянная заготовка, из которой оно изготовлено, весила 700 кг и после отливки при в 1600 °C охлаждалась 736 суток! Этот уникальный телескоп, общим весом в 8500 кг, установлен осенью 1974 г. в специальной астрофизической обсерватории Академии наук СССР на горе Пастухова (Ставропольский край) высотой 2070 м над уровнем моря. Система дополнительных зеркал дает возможность увеличивать фокусное расстояние этого телескопа до 350 м. Разрешение телескопа составляет 0,02″, и он позволяет фотографировать звезды до 24 m , т. е. в 4 млрд. раз более слабые, чем яркие звезды, видимые невооруженным глазом. Он долгое время был крупнейшим телескопом в мире.
Крупнейший в мире телескоп с цельным зеркалом - Большой бинокулярный телескоп, расположенный на горе Грэхэм (США, штат Аризона), он был построен в 2005 году. Диаметр его обоих зеркал, обеспечивающих стереоскопическое изображение, — 8,4 метра.
Большой Канарский телескоп с диаметром зеркала 10,4 м (36 шестиугольных сегментов) был открыт 13 июля 2007 года. Это самый большой оптический телескоп в мире.
Все большие оптические телескопы смонтированы на специальных установках, в башнях, покрытых куполами с открывающимися створками, и во время наблюдений медленно поворачиваются электромоторами в направлении суточного вращения неба, с той же скоростью (15° за 1 ч), что позволяет проводить длительные экспозиции. Контроль за равномерным поворотом телескопа осуществляется специальными компьютерами.
Телескоп - это уникальный оптический прибор, предназначенный для наблюдения за небесными телами. Использование приборов позволяет рассмотреть самые разные объекты, не только те, которые располагаются недалеко от нас, но и те, которые находятся за тысячи световых лет от нашей планеты. Так что такое телескоп и кто его придумал?
Первый изобретатель
Телескопические устройства появились в семнадцатом веке. Однако по сей день ведутся дебаты, кто изобрел телескоп первым - Галилей или Липперсхей. Эти споры связаны с тем, что оба ученых примерно в одно время вели разработки оптических устройств.
В 1608 году Липперсхей разработал очки для знати, позволяющие видеть удаленные объекты вблизи. В это время велись военные переговоры. Армия быстро оценила пользу разработки и предложила Липперсхею не закреплять авторские права за устройством, а доработать его так, чтобы в него можно было бы смотреть двумя глазами. Ученый согласился.
Новую разработку ученого не удалось удержать втайне: сведения о ней были опубликованы в местных печатных изданиях. Журналисты того времени назвали прибор зрительной трубой. В ней использовалось две линзы, которые позволяли увеличить предметы и объекты. С 1609 года в Париже вовсю продавали трубы с трехкратным увеличением. С этого года какая-либо информация о Липперсхее исчезает из истории, а появляются сведения о другом ученом и его новых открытиях.
Примерно в те же годы итальянец Галилео занимался шлифовкой линз. В 1609 году он представил обществу новую разработку - телескоп с трехкратным увеличением. Телескоп Галилея имел более высокое качество изображения, чем трубы Липперсхея. Именно детище итальянского ученого получило название «телескоп».
В семнадцатом веке телескопы изготавливались голландскими учеными, но они имели низкое качество изображения. И только Галилею удалось разработать такую методику шлифовки линз, которая позволила увеличить четко объекты. Он смог получить двадцатикратное увеличение, что было в те времена настоящим прорывом в науке. Исходя из этого невозможно сказать, кто изобрел телескоп: если по официальной версии, то именно Галилео представил миру устройство, которое он назвал телескопом, а если смотреть по версии разработки оптического прибора для увеличения объектов, то первым был Липперсхей.
Первые наблюдения за небом
После появления первого телескопа были сделаны уникальные открытия. Галилео применил свою разработку для отслеживания небесных тел. Он первым увидел и зарисовал лунные кратеры, пятна на Солнце, а также рассмотрел звезды Млечного Пути, спутники Юпитера. Телескоп Галилея дал возможность увидеть кольца у Сатурна. К сведению, в мире до сих пор есть телескоп, работающий по тому же принципу, что и устройство Галилея. Он находится в Йоркской обсерватории. Аппарат имеет диаметр 102 сантиметра и исправно служит ученым для отслеживания небесных тел.
Современные телескопы
На протяжении столетий ученые постоянно изменяли устройства телескопов, разрабатывали новые модели, улучшали кратность увеличения. В результате удалось создать малые и большие телескопы, имеющие разное назначение.
Малые обычно применяют для домашних наблюдений за космическими объектами, а также для наблюдения за близкими космическими телами. Большие аппараты позволяют рассмотреть и сделать снимки небесных тел, расположенных в тысячах световых лет от Земли.
Виды телескопов
Существует несколько разновидностей телескопов:
- Зеркальные.
- Линзовые.
- Катадиоптрические.
К линзовым относят рефракторы Галилея. К зеркальным относят устройства рефлекторного типа. А что такое телескоп катадиоптрический? Это уникальная современная разработка, в которой сочетается линзовый и зеркальный прибор.
Линзовые телескопы
Телескопы в астрономии играют важную роль: они позволяют видеть кометы, планеты, звезды и другие космические объекты. Одними из первых разработок были линзовые аппараты.
В каждом телескопе есть линза. Это главная деталь любого устройства. Она преломляет лучи света и собирает их в точке, под названием фокус. Именно в ней строится изображение объекта. Чтобы рассмотреть картинку, используют окуляр.
Линза размещается таким образом, чтобы окуляр и фокус совпадали. В современных моделях для удобного наблюдения в телескоп применяют подвижные окуляры. Они помогают настроить резкость изображения.
Все телескопы обладают аберрацией - искажением рассматриваемого объекта. Линзовые телескопы имеют несколько искажений: хроматическую (искажаются красные и синие лучи) и сферическую аберрацию.
Зеркальные модели
Зеркальные телескопы называют рефлекторами. На них устанавливается сферическое зеркало, которое собирает световой пучок и отражает его с помощью зеркала на окуляр. Для зеркальных моделей не характерна хроматическая аберрация, так как свет не преломляется. Однако у зеркальных приборов выражена сферическая аберрация, которая ограничивает поле зрения телескопа.
В графических телескопах используются сложные конструкции, зеркала со сложными поверхностями, отличающиеся от сферических.
Несмотря на сложность конструкции, зеркальные модели легче разрабатывать, чем линзовые аналоги. Поэтому данный вид более распространен. Самый большой диаметр телескопа зеркального типа составляет более семнадцати метров. На территории России самый большой аппарат имеет диаметр шесть метров. На протяжении многих лет он считался самым большим в мире.
Характеристики телескопов
Многие покупают оптические аппараты для наблюдений за космическими телами. При выборе устройства важно знать не только то, что такое телескоп, но и то, какими характеристиками он обладает.
- Увеличение. Фокусное расстояние окуляра и объекта - это кратность увеличения телескопа. Если фокусное расстояние объектива два метра, а у окуляра - пять сантиметров, то такое устройство будет обладать сорокакратным увеличением. Если окуляр заменить, то увеличение будет другим.
- Разрешение. Как известно, свету свойственны преломление и дифракция. В идеале любое изображение звезды выглядит как диск с несколькими концентрическими кольцами, называемыми дифракционными. Размеры дисков ограничены только возможностями телескопа.
Телескопы без глаз
А что такое телескоп без глаза, для чего его используют? Как известно, у каждого человека глаза воспринимают изображение по-разному. Один глаз может видеть больше, а другой - меньше. Чтобы ученые смогли рассмотреть все, что им необходимо увидеть, применяют телескопы без глаз. Эти аппараты передают картинку на экраны мониторов, через которые каждый видит изображение именно таким, какое оно есть, без искажений. Для малых телескопов с этой целью разработаны камеры, подключаемые к аппаратам и снимающие небо.
Самыми современными методами видения космоса стало использование ПЗС камер. Это особые светочувствительные микросхемы, которые собирают информацию с телескопа и передают ее на ЭВМ. Получаемые с них данные настолько четкие, что невозможно представить, какими еще устройствами можно было бы получить такие сведения. Ведь глаз людей не может различать все оттенки с такой высокой четкостью, как это делают современные камеры.
Для измерения расстояний между звездами и другими объектами пользуются специальными приборами - спектрографами. Их подключают к телескопам.
Современный астрономический телескоп - это не одно устройство, а сразу несколько. Получаемые данные с нескольких аппаратов обрабатываются и выводятся на мониторы в виде изображений. Причем после обработки ученые получают изображения очень высокой четкости. Увидеть глазами в телескоп такие же четкие изображения космоса невозможно.
Радиотелескопы
Астрономы для своих научных разработок используют огромные радиотелескопы. Чаще всего они выглядят как огромные металлические чаши с параболической формой. Антенны собирают получаемый сигнал и обрабатывают получаемую информацию в изображения. Радиотелескопы могут принимать только одну волну сигналов.
Инфракрасные модели
Ярким примером инфракрасного телескопа является аппарат имени Хаббла, хотя он может быть одновременно и оптическим. Во многом конструкция инфракрасных телескопов схожа с конструкцией оптических зеркальных моделей. Тепловые лучи отражаются обычным телескопическим объективом и фокусируются в одной точке, где находится прибор, измеряющий тепло. Полученные тепловые лучи пропускаются через тепловые фильтры. Только после этого происходит фотографирование.
Ультрафиолетовые телескопы
При фотографировании фотопленка может засвечиваться ультрафиолетовыми лучами. В некоторой части ультрафиолетового диапазона возможно принимать изображения без обработки и засвечивания. А в некоторых случаях необходимо, чтобы лучи света прошли через специальную конструкцию - фильтр. Их использование помогает выделить излучение определенных участков.
Существуют и другие виды телескопов, каждый из которых имеет свое назначение и особые характеристики. Это такие модели, как рентгеновские, гамма-телескопы. По своему назначению все существующие модели можно разделить на любительские и профессиональные. И это далеко не вся классификация аппаратов для отслеживания небесных тел.
До середины XIX в. астрономия была уделом ученых, но позднее телескоп стал находить спрос у любителей. Французский ученый К. Фламмарион основал целое направление научно-популярной литературы, благодаря которой любители приобщились к астрономическим наблюдениям, и, естественно, появился спрос на промышленно изготовленные телескопы.
Существует три основных типа телескопов:
♦ рефлектор (от лат. reflecto - обращаю назад, отражаю) - отражательный телескоп, в котором изображения светил (звезд, планет, Солнца) создаются главным вогнутым зеркалом и вспомогательными выпуклыми или плоскими зеркалами;
♦ рефрактор-телескоп, в котором изображения светил (Солнца, звезд, планет) создаются преломлением световых лучей в линзовом объективе;
♦ катадиоптрический - зеркально-линзовый телескоп. Диапазон качества рефракторов самый широкий - от
самых простых до самых совершенных. Труба у этих телескопов длинная и относительно тонкая. В ее верхней части расположен линзовый объектив, который собирает и фокусирует попадающий в телескоп свет.
Рефракторы имеют надежную конструкцию, которая почти не требует никакого обслуживания. Герметичная труба телескопа предотвращает попадание пыли внутрь трубы и возникновение тепловых воздушных потоков в оптической системе, ухудшающих качество изображения. Но любительские рефракторы имеют небольшую апертуру 1 - от 60 до 130 мм, что бывает недостаточно для многих видов астрономических наблюдений.
На протяжении многих десятилетий лучшим любительским телескопом считался рефлектор. В этих телескопах для собирания и фокусирования света используется большое вогнутое зеркало; окуляр, в который смотрит наблюдатель, обычно расположен на боковой поверхности верхней части трубы телескопа.
У рефлекторов самая низкая стоимость единицы апертуры. Он достаточно прост в изготовлении. Оптическая система рефлектора состоит из двух зеркал, поэтому наблюдатель видит "правильное" изображение, т.е. не зеркально отраженное.
Но рефлекторы требуют дополнительного обслуживания, так как во время работы труба телескопа открыта, что приводит к появлению на оптической поверхности пыли. Необходима периодическая юстировка (настройка) оптической системы. Процедура эта несложная, но утомительная и заключается в регулировке винтов крепления зеркал. Во время наблюдений в открытой трубе телескопа могут возникать (из-за разницы температуры зеркала и окружающего воздуха) воздушные потоки, которые будут ухудшать качество изображения до тех пор, пока не произойдет выравнивания температур.
Катадиоптрические телескопы - зеркально-линзовые, так как в оптических системах этих телескопов используются как линзы, так и зеркала. Наиболее популярным в этом классе является телескоп системы Шмидта-Кассегрена. Он появился в продаже в 1970-х гг. и прочно удерживает свою нишу на рынке телескопов наряду с рефрактором и рефлектором, которые используются для астрономических наблюдений уже много десятилетий.
К достоинствам этого телескопа можно отнести его компактность, приспособленность для фотографических наблюдений. Катадиоптрические телескопы наилучшим образом подходят для занятия астрофотографией. В продаже имеются разработанные специально для монтировок таких телескопов электронные блоки управления приводом часового механизма, повышающие точность слежения за различными небесными объектами.
Однако телескопы Шмидта-Кассегрена уступают по резкости изображения рефлекторам с одинаковой апертурой. Особенно это заметно при наблюдении планет. Стоимость их также превышает стоимость рефлектора с равной апертурой. Кроме того, юстировку этих телескопов невозможно выполнить в домашних условиях.
Всех потребителей телескопов можно разделить условно на 4 группы:
♦ начинающие - не имеющие опыта наблюдений. В круг их интересов попадают любые объекты наблюдения, включая земные. Навыки работы с телескопом и поиска небесных объектов наблюдения минимальные;
♦ интересующиеся - имеют определенный опыт наблюдения различных небесных объектов с элементами формирующихся предпочтений в их выборе. Умеют работать со звездными картами и находить интересующие объекты на небе;
♦ квалифицированные - обладают самыми широкими познаниями в области астрономии. Уделяют очень большое внимание качеству инструмента и принадлежностей. Самые
придирчивые пользователи телескопов. Планируют свои наблюдения и умеют их обрабатывать;
♦ специалисты - обладают углубленными знаниями в области специализации. Очень требовательны к аппаратуре.
Практически все отечественные телескопы предназначены любителям, имеющим некоторые познания из области сферической астрономии и представление о склонении 1 и восхождении светил.
Телескоп выбирается исходя из оптической силы объектива, т.е. диаметра объектива, удобства монтировки или механизма крепления оптической трубы, которая служит для наведения телескопа на небесные объекты, и простоты обслуживания.
Чем больше диаметр объектива, тем больше света он соберет, тем более слабые по яркости объекты можно будет увидеть на фоне неба. Диаметр объектива или зеркала определяет максимальное практическое увеличение системы.
Удобная монтировка (или механическое крепление трубы) также очень существенна при выборе телескопа. Самый удобный тип монтировки - экваториальный, позволяющий вращением только вокруг одной оси компенсировать вращение Земли. Бывают еще азимутальные монтировки, которые требуют одновременного вращения телескопа по двум осям - вертикальной и горизонтальной. Этот тип монтировки удобен только при наличии компьютерного управления или при наблюдении наземных объектов.
Простота обслуживания также учитывается при выборе телескопа. Сюда входит мобильность всей системы, т.е. размеры, масса и необходимость периодической юстировки оптики, т.е. установки оптических элементов в расчетное положение.
Ассортимент телескопов, представленных сегодня на российском рынке, уже достаточно широк и дает свободу выбора для всех групп потребителей.
Среди российских производителей лидирующие позиции занимает Новосибирский приборостроительный завод. До недавнего времени линейка его телескопов ограничивалась классическим рефлектором на немецкой монтировке с диаметром зеркала 65 мм (ТАЛ), 80 мм (ТАЛ-М) и 110 мм (ТАЛ-1). Позже появились модификации с часовым приводом. Сейчас ассортимент этого предприятия значительно расширился за счет включения новых типов телескопов-рефракторов (ТАЛ-IOOR) и катадиоптрических (ТАЛ-200К).
Характеристики нескольких моделей телескопов Новосибирского завода приведена в табл...
Таблица Основные параметры телескопов марки ТАЛ
На российском рынке сегодня появились телескопы мировых лидеров фирм MEADE и CELESTRON, которые дали любителям недоступные ранее возможности - прекрасную оптику, компьютерное управление, цифровую съемку, мобильность. Этими телескопами могут пользоваться люди, не имеющие базовых знаний по астрономии.
С того времени, как любительская астрономия заявила о своем существовании, идеальными телескопами для новичков и более опытных наблюдателей считались рефракторы диаметром от 60 мм и рефлекторы от 110 мм.
Но никогда в телескопах этого класса не использовались достижения электроники и микропроцессорной технологии. Цифровые электронные телескопы MEADE новой серии DS стали одним из самых важных достижений в области любительской астрономической техники за последние 100 лет. Поиск небесных объектов при помощи компьютерной системы Autostar 493, подключенной к панели управления телескопа серии DS, максимально прост. Даже тот, кто никогда не имел дело с телескопами, может быстро освоить управление и найти на небе один из 1586 объектов, заложенных в память телескопа.
Практически все телескопы этой серии имеют отличное по четкости изображение, и выбор между той или иной моделью сводится только к внешним признакам и доступности по цене.
Для наиболее подготовленных наблюдателей фирма MEADE выпускает телескопы с компьютерным управлением серии LX 200.
В табл. приведены основные параметры телескопов серии DS.
Небо манит нас, когда мы смотрим на его просторы. Что же скрывается за облаками, и что находится в его непроглядной темноте? На эти вопросы, разумеется, отчасти мы смогли получить представления с помощью телескопа. Бесспорно, это уникальное устройство, которое подарило нам великолепную картину космоса. И несомненно, приблизило наше понимание небесного пространства.
Известно, что первый телескоп создал Галилео Галилей. Хотя немногие знают, что он использовал ранние открытия других учёных. Например, изобретение зрительной трубы для мореплавания.
Кроме того, мастера по стеклу уже создали очки. Вдобавок, использовались линзы. И эффект преломления и увеличения стекла был более или менее изучен.
Первый телескоп Галилея
Безусловно, Галилео добился значительного результата в исследовании данной области. К тому же, он собрал и усовершенствовал все наработки. И в итоге, разработал и представил первый в мире телескоп. По правде, он имел лишь трёхкратное увеличение. Но отличался высоким на тот момент качеством изображения.
Кстати, именно Галилей назвал свой разработанный объект телескопом.
В дальнейшем, учёный не остановился на достигнутом. Он усовершенствовал прибор до двадцати кратного увеличения картинки.
Важно, что Галилео не только разработал телескоп. Более того, он первым использовал его для исследования космоса. Кроме того, он сделал массу астрономических открытий.
Характеристика телескопов
Телескоп состоит из трубы, которая стоит на специальной монтировке. Её оснащают осями для нацеливания на наблюдаемый объект.
Кроме того, у оптического устройства имеется окуляр и объектив. Причём задняя плоскость объектива перпендикулярна оптической оси, и соединена с передней поверхностью окуляра. Которая, между прочим, аналогична объективной по отношению к оптической оси.
Стоит отметить, что для фокусировки используется особое устройство.
Основными характеристиками телескопов являются увеличение и разрешение.
Увеличение изображения зависит от фокусного расстояния окуляра и объекта.
С разрешением связано свойство преломления света. Таким образом, размер наблюдаемого объекта ограничен разрешением телескопа.
Виды телескопов в астрономии
Разновидности телескопов в связаны с различными способами построения. Если точнее, то применением различных инструментов в качестве объектива. Кроме того, имеет значение для какой цели нужно устройство.
На сегодняшний день существует несколько основных типов телескопов в астрономии. В зависимости от светособирающего компонента они бывают линзовые, зеркальные и комбинированные.
Линзовые телескопы (диоптрические)
По другому, их называют рефракторами. Это самые первые телескопы. В них свет собирается линзой, которая с двух сторон ограничена сферой. Поэтому она считается двояковыпуклой. К тому же, линза является объективом.
Что интересно, можно использовать не просто линзу, а целую систему из них.
Стоит заметить, что выпуклые линзы преломляют лучи света и собирают их в фокус. А в нём, в свою очередь, строится изображение. Для того, чтобы его рассмотреть применяют окуляр.
Что важно, линза устанавливается так, чтобы фокус и окуляр совпадали.
Кстати, Галилео изобрёл именно рефрактор. Но современные приборы состоят из двух линз. Одна из них собирает свет, а другая рассеивает. Что позволяет уменьшить отклонения и погрешности.
Зеркальные телескопы (катаптрические)
Также их называют рефлекторы. В отличие от линзового типа, объектив у них это вогнутое зеркало. Оно собирает свет звезды в одной точке и отражает его на окуляр. При этом погрешности минимальны, а разложение света на лучи отсутствует полностью. Но использование рефлектора ограничивает поле зрения наблюдателя.
Что интересно, зеркальные телескопы самые распространённые в мире. Потому как разработка их намного легче, чем, например, линзовых приборов.
Катадиоптрические телескопы (комбинированные)
Это зеркально-линзовые приборы. В них для получения изображения применяют и линзы, и зеркала.
В свою очередь, их разделили на два подвида:
1) телескопы Шмидт-Кассегрена-в них в самом центре кривизны зеркала установлена диафрагма. Тем самым происходит исключение сферических нарушений и отклонений. Но увеличивается поле зрения и качество изображения.
2) телескопы Максутова-Кассегрена-в районе фокальной плоскости установлена плоско-выпуклая линза. В результате предотвращается кривизна поля и сферическое отклонение.
Стоит отметить, что в современной астрономии чаще применяются именно комбинированный вид приборов. В результате смешения двух разных элементов для собирания света они позволяют получать более качественные данные.
Такие устройства способны принимать исключительно одну волну сигналов. С помощью антенн происходит передача сигналов и обработка их в изображения.
Радиотелескопы используются астрономами для научных исследований.
Инфракрасные модели телескопов
Они по своей конструкции очень схожи с оптическими зеркальными телескопами. Принцип получения изображения практически аналогичен. Лучи отражаются объективом и собираются в одной точке. Далее специальный прибор измеряет тепло и фотографирует полученный результат.
Современные телескопы
Телескоп это оптический прибор для наблюдений. Изобрели его почти полвека назад. На протяжении этого времени, учёные меняли и усовершенствовали устройство. Действительно, создано много новых моделей. В отличие от первых они имеют повышенное качество и увеличение изображения.
В нашем веке технологий используются компьютерные телескопы. Соответственно, они оснащены специальными программами. Что важно, современный прототип учитывает, что у каждого человека восприятие глаз разное. Для высокой точности картинку передают на монитор. Таким образом изображение воспринимается таким, какое оно на самом деле есть. Вдобавок, данный способ наблюдения исключает любые искажения.
Кроме того, учёные нашего поколения применяют одновременно не одно устройство, а несколько. Более того, к телескопу подключают уникальные камеры, которые передают информацию на компьютер. Это позволяет получать чёткие и точные сведения. Которые, разумеется, используют для изучения и .
Что интересно, сейчас телескопы не просто приборы для наблюдения. Но также устройства для измерения расстояний между космическими объектами. Для этой функции к ним подключают спектрографы. И взаимодействие этих приборов предоставляет конкретные данные.
Другая классификация
Есть еще и другие виды телескопов. Но используются они по своему отдельному назначению. Например, рентгеновские и гамма-телескопы. Или ультрафиолетовые устройства, которые фильтруют картинку без обработки и засвечивания.
Кроме того, можно разделить приборы на профессиональные и любительские. Первые используются учёными и астрономами. Очевидно, что вторые подходят для домашнего применения.
Как выбрать телескоп для любителей астрономии
Выбор телескопа для любителей астрономии основывается на том, что же вы хотите наблюдать. В принципе, выше описаны виды и характеристики приборов. Вам просто нужно выбрать какой больше нравится. Лучше, на мой взгляд остановиться на линзовом, либо комбинированном виде. Но выбирать, разумеется, вам.
По данным интернета, лучшие любительские телескопы представлены фирмами: Celestron, Bresser и Veber.
Телескопом сотни лет изучают жизнь планет
Создание и разработка телескопа, на самом деле, позволили сделать огромный шаг в исследовании космоса. Вероятно, всё, что мы знаем сформировалось с помощью этого прибора. Хотя, конечно, не стоит приуменьшать саму деятельность учёных.
Сегодня мы рассмотрели некоторые типы телескопов и их характеристики. Однозначно, виден прогресс технологий. И как результат, мы узнали множество интересного о космических объектах и самом космосе. Кроме того, мы можем любоваться прекрасным небом и знакомиться с ним благодаря этому чудесному изобретению.