Принцип работы телескопа с точки зрения физики

В зависимости от принципа действия и типа ис­пользуемого объектива телескопы бывают линзовые, зеркальные и зеркально-линзовые.

В линзовых телескопах, или рефракторах, для собирания света ис­пользуется система линз, называемая объективом. Принцип действия таких телескопов основан на явлении преломления света — рефрак­ции. Свет от небесных тел попадает в объектив. Объектив создаёт уменьшенное изображение рассматриваемого предмета в фокусе лин­зы, и наблюдатель рассматривает это изображение в окуляр, как в лупу. На рисунке 28 изображена схема телескопа, которым пользо­вался И. Кеплер и принцип действия которого лежит в основе большинства современных линзовых телескопов. Особенность такого те­лескопа заключается в том, что изображение наблюдаемого предмета является перевёрну­тым. Самый большой линзовый телескоп на­ходится в Йеркской обсерватории в США, ди­аметр его линзы составляет 102 см (рис. 29).

В зеркальных телескопах, или рефлекто­рах, светособирающими элементами являют­ся не линзы, а зеркала (рис. 30). Первый зер­кальный телескоп был построен И. Ньютоном в 70-х гг. XVII в., с тех пор большинство астрономических наблюдений проводится именно рефлекторами. До начала XXI в. самым большим зеркальным телескопом в мире считался российский телескоп «БТА», установленный в 1976 г. в го­рах Кавказа, диаметр его главного зеркала — 6 м. На 2015 год самым большим зеркальным теле­скопом является «Gran Telescopio Canarias» с диаметром главного зер­кала 10,4 м, установленный в 2002 г. на Канарских островах.

В зеркально-линзовых телескопах в качестве объектива использу­ется система линз и зеркал (рис. 31). Основным преимуществом теле­скопов такого типа является относительно большое поле зрения, по­зволяющее вести измерения расстояний между небесными телами.

» Телескопы » Принципы работы телескопов

Телескопы – оптические инструменты (приборы), служащие для рассмотрения отдаленных предметов, которые при этом принимают большую кажущуюся величину, чем при рассматривании их простым (невооруженным) глазом. При этом мелкие части предмета, невидимые простым глазом, могут быть различаемы в телескопе, как будто бы рассматриваемый предмет приблизился к наблюдателю. Поэтому телескопы иногда называются «увеличивающими» или «приближающими».

Телескоп, увеличивающий в 10-20 раз, представляет рассматриваемый предмет в таких размерах, как будто бы он приближен на расстояние, в 10-20 раз меньшее действительного расстояния. Однако, предмет представляется менее ясным, чем он представился бы в том случае, когда действительно подойти к нему на расстояние в 10-20 раз меньшее. Эта неотчетливость и бледность изображения, которая тем ощутительнее, чем больше (сильнее) увеличение телескопа, происходит от того, что телескоп не уничтожает ослабляющего влияния воздуха, поглощающего свет тем больше, чем удаленнее предмет.

Телескопы могут состоять из одних оптических стекол, или же из сочетания таких стекол и вогнутых или выпуклых зеркал. Телескопы первого рода называются преломляющими, второго — отражательными. Преломляющие телескопы значительных размеров называют также рефракторами, отражательные — рефлекторами.

Устройство телескопов изменяется, в зависимости от их назначения (астрономические, земные), но в основании одно и тоже во всех случаях: одна часть трубы (стекло или зеркало) принимает лучи света от отдаленного предмета и образует его изображение, другая часть (всегда состоящая из стекол) служит для рассматривания этого изображения. Стекло, направленное в сторону предмета и собирающее его лучи, называется предметным или объективом. Стекла для рассматривания изображения, составленного объективом, к одному из которых наблюдатель приставляет глаз, называются глазными или окуляром.

Астрономические телескопы имеют ахроматический объектив и окуляр, состоящий из двух и более стекол. Изображение представляется в положении обратном действительному, то есть верх кажется внизу и правая сторона предмета — на левой. Движение небесных светил представляется в телескопе также обратным действительному. Эти неудобства наблюдений посредством астрономических труб так малы, что к ним легко привыкнуть, оптические же качества телескопов этого рода выше, чем земных, потому что первые составлены из возможно малого числа стекол. Трубы, для рассматривания земных предметов, должны изображать их в действительном их положении. Для этого земные телескопы составляются из 5 стекол: одного объектива и 4 стекол, составляющих сложный окуляр. Собственно для устройства земной трубы можно было бы обойтись 3 стеклами, а для астрономической — двумя, но такие инструменты давали бы изображения неотчетливые, по причине сферической и хроматической аберрации.

Названные телескопы состоят из выпуклых оптических стекол. В телескопе, собранном Галилеем окуляр был вогнутый. В отражательных инструментах, рефлекторах или отражательных телескопах изображение отдаленных предметов составляется лучами, отраженными от вогнутого зеркала телескопа. Эти лучи еще раз отражаются выпуклым (в телескопе Кассегрена) или вогнутым (в телескопе Грегори) зеркалами, меньшей величины, по направлению к большому зеркалу, а именно в вырезанное в его средине круглое отверстие, где собственно и составляется изображение рассматриваемого предмета. В это отверстие ввинчивается трубка со сложным окуляром, устроенным так же как и в рефракторах. Изображение получается прямое. В телескопе системы Ньютона, лучи, отброшенные первым зеркалом, отражены в сторону стеклянной призмой (в прежних инструментах этого рода — плоским зеркальцем) с полным внутренним отражением, и составляют, по выходе из нее, изображение, рассматриваемое чрез окуляр, вделанный сбоку трубы и направленный к призме. Этого рода телескоп представляет то неудобство, что наблюдатель должен смотреть по направлению, перпендикулярному к общему направлению трубы телескопа.

Еще один вид телескопа (Гершеля) представляет ту особенность, что изображение, составленное вогнутым зеркалом, находится близ верхнего края самой трубы и рассматривается окуляром, направленным вниз. Наблюдатель обращен затылком к действительному предмету (например, к звезде).

Отчетливость изображения, получаемого оптическими стеклами, зависит от степени уничтожения в них аберрации (аберрация — погрешность изображения), что достигается сложным объективом, состоящим из двух или более стекол, а также соответственным устройством окуляров. От отчетливости изображения зависит разлагающая сила астрономического телескопа, вследствие которой могут быть видимы отдельно звезды, составляющие так называемые двойные звезды, и вообще близкие друг к другу, отдаленные предметы или части одного и того же предмета.

Увеличение телескопа производится частью тем, что изображение отдаленного предмета, образующееся в фокусе объектива или вогнутого зеркала, рассматривается окуляром, на подобие того, как рассматриваются действительные малые предметы увеличительными стеклами. Так как окуляр, в сущности, есть стекло с коротким фокусным расстоянием, и близко пододвигается к рассматриваемому изображению, то последнее представляется под большим углом, чем действительный предмет представляется глазу. Чем короче фокусное расстояние окуляра, тем значительнее производимое им увеличение, именно оно почти обратно пропорционально главному фокусному расстоянию окуляра. Кроме того, оно прямо пропорционально фокусному расстоянию объектива: стекло с фокусным расстоянием в один метр дает изображение солнца, имеющее в поперечнике 8,7 мм, а с фокусным расстоянием в 10 м дает изображение 87 мм в поперечнике. Но чем более поперечник изображения солнца, тем больше можно видеть на его поверхности подробностей, даже без помощи окуляра.

Вообще же увеличение предмета зрительной трубой измеряется приблизительно отношением главного фокусного расстояния объектива к главному фокусному расстоянию окуляра, который предполагается состоящим из одного выпуклого стекла. Сложные окуляры каких бы то ни было систем могут быть, для расчета увеличения, заменены мысленно простым окуляром, который производил бы одинаковое со сложным окуляром увеличение. Этот простой окуляр и его фокусное расстояние называют эквивалентными сложному окуляру. В действительности увеличение практически определяется отношением поперечника объектива к поперечнику наименьшего кружка, образуемого пересечением лучей, выходящих из окуляра трубы, раздвинутой так, что в нее отчетливо мог бы быть виден какой-либо отдаленный предмет.

В телескопе, созданном Галилео Галилеем (как известно, это первый в мире телескоп), окуляр состоял из вогнутого стекла, которое ставится между главным фокусом объектива и самим объективом, вследствие чего эта труба короче, чем равносильная астрономическая с выпуклым окуляром, помещаемым за главным фокусом объектива, если мерить расстояние от этого последнего стекла.

Технологии и Наука

Новое о высоких технологиях и достижениях науки, информационных технологиях (IT), инновациях и изобретениях, событиях в природе, интересных фактах и явлениях

Телескопы — принцип работы

Представьте человеческий глаз диаметром 5 см. При этом вытянутый от зрачка к сетчатке на полметра. Примерно так устроен телескоп. Он работает как большое глазное яблоко. Наш глаз по сути – большая линза. Сами по себе предметы он не видит, а улавливает отраженный от них свет (поэтому в полной темноте мы ничего не видим). Свет попадает через хрусталик на сетчатку, импульсы передаются в мозг, и мозг формирует картинку. У телескопа линза намного больше, чем наш хрусталик. Поэтому она собирает свет от удаленных предметов, которые глаз просто не улавливает.

Принцип действия у всех телескопов одинаковый, а вот строение бывает разное.

Первый вид телескопов – рефракторы

Самый простой вариант рефрактора представляет собой трубку, в оба конца которой вставлены двояковыпуклые – вот такие ( )– линзы. Они собирают свет от небесных объектов, преломляют и фокусируют – и в окуляре мы видим изображение.

Телескоп-рефрактор Levenhuk Strike 80 NG:

Второй вид телескопов – рефлекторы

Рефлекторы не преломляют, а отражают лучи. Простейший рефлектор – трубка с двумя зеркалами внутри. Одно зеркало, большое, расположено на противоположном объективу конце трубки, второе, поменьше – посередине. Лучи, попадая в трубку, отражаются от большого зеркала и попадают на маленькое зеркало, которое расположено под углом и направляет свет в линзу – окуляр, куда мы можем заглянуть и увидеть небесные объекты.

Телескоп Bresser Junior Reflector. Внешне рефрактор от рефлектора отличить просто: у рефрактора окуляр расположен с торца трубы, у рефлектора – сбоку.

Что лучше – рефрактор или рефлектор – предмет настоящей холивар между любителями астрономии. У каждого свои особенности. Рефракторы проще и более неприхотливые: не боятся пыли, меньше страдают при транспортировке, позволяют вести наземные наблюдения (т.к. в них изображение не перевернутое). Рефлекторы более нежные, но зато позволяют наблюдать за объектами дальнего космоса и заниматься астрофотографией. В целом рефракторы больше подойдут новичкам, а рефлекторы – продвинутым астрономам.

Так как рефракторы проще, рассмотрим работу телескопа на их примере. За образец возьмем телескопы серии Levenhuk Strike NG – они предназначены для начинающих астрономов и сделаны с минимумом сложностей.

Это линза, которая собирает свет. Она стеклянная. Именно поэтому телескопы–рефракторы не бывают очень большими: стекло тяжелое. Самый большой рефрактор находится в Йеркской обсерватории в США. Диаметр его объектива – 1,02 м.

Через линзу видно, что труба телескопа изнутри черного цвета, чтобы не было бликов от ярких объектов.

А это – бленда, которая защищает объектив от росы. Убережет и от небольших механических повреждений (толчков, ударов). Также бленда убирает блики от фонарей и других близко расположенных объектов.

Окуляр. Через него мы смотрим на небо.

Диагональное зеркало (с окуляром и линзой Барлоу) – нужно для того, чтобы изображение было прямым (неперевернутым). Тогда в телескоп можно наблюдать не только космические, но и земные объекты, как на следующей фотографии.

Этот снимок сделан через телескоп цифровым фотоаппаратом. Камера устанавливается на телескоп с помощью переходника.

Камеру можно установить не на все рефракторы. Например, у самых младших моделей Levenhuk Strike NG за 3 тыс. руб. такой возможности нет.

И, наконец, самое интересное. Снимки, которые можно сделать с помощью телескопа:

Этот снимок сделан через рефрактор Levenhuk Strike 80 NG осенью, в ясную погоду. Луна получилась хорошо, но планеты или галактики качественно сфотографировать с помощью рефрактора вряд ли получится. Это все-таки начальная модель, с которой предполагается совершать первые шаги в астрономии. Но зато ее можно возить с собой и использовать для наблюдения и съемки наземных объектов.

Рассмотрите строение и принцип работы телескопов. Читайте, какие бывают виды телескопов, история создания, отражательные и катадиоптрические телескопы.

Телескоп позволяет наблюдать за удаленными объектами при помощи сбора электромагнитных лучей, вроде видимого света.

Основные пункты

• До появления зеркал с серебристым покрытием, все телескопы использовали преломляющие зеркала.
• Есть три главных разновидности оптических телескопов: рефракторные, отражающие и катадиоптрические.
• В рефракторных (как у Галилея) присутствует объектив и окуляр. Изображение фокусируется на фокальной точке.
• В отражающем используют изогнутые зеркала, отбивающие свет. Иногда вторичное зеркало может перенаправлять образ на окуляр или же записывается датчиком и отражает на мониторе.
• Катадиоптрические соединяют зеркала и линзы. В системе наблюдается высокая степень коррекции ошибок.

• Ахроматический – свободный от цвета, передача света без искажения.
• Сферическая аберрация – вызывает размытость вдали от центра объектива.
• Хроматическая аберрация – изображение обладает окрашенными полосами, созданными дифференциальным преломлением света разных длин волн.

Телескоп способен собирать электромагнитное излучение (рентгеновское, видимый свет, инфракрасное и субмиллиметровые лучи), благодаря чему используется для наблюдения за отдаленными объектами. Первые телескопы появились в 1600-х гг. в Нидерландах, в которых применяли стеклянные линзы. Позже люди начали создавать их на основе зеркал и называть отражающими.

Первый телескоп относился к преломляющему типу. Его создали в Нидерландах в 1608 году. В 1610 году Галилео Галилей улучшил дизайн и стал использовать для своих исследований. После этого люди заинтересовались зеркалами и стали внедрять их в модели. С этой новинкой удавалось уменьшить сферические аберрации и устранить хроматические.

Первый практичный отражающий телескоп появился в 1668 году из-под руки Ньютона. В 1733 году возникли ахроматические линзы, что частично исправило цветовые аберрации, и появились рефракторные телескопы. Однако они были непрактичными из-за проблем с коррозией у металлов зеркал. В 1857 году создали стеклянные зеркала с серебряным покрытием. Давайте изучим виды телескопов.

Разновидности телескопов

Преломляющий

Комбинацию объектива (1) и другого типа окуляра (2) применяют для сбора огромного количества света. Далее идет фокусировка (5) и представление четкого и увеличенного виртуального изображения (6)

На верхнем рисунке отображена диаграмма преломляющего телескопа. Объектив и окуляр отвечают за сбор света, причем его количество превосходит показатель, доступный человеческому глазу. Изображение фокусируется и передается в увеличенном и четком образе. Объектив преломляет (изгибает) свет. Из-за этого параллельные лучи сходятся в фокальной точке, а непараллельные – в фокальной плоскости.

Отражательные

Отражательные телескопы применяют комбинацию изогнутых зеркал, отражающих поступающий свет. Благодаря этому можно рассматривать объекты с огромными диаметрами. Это наиболее распространенный тип среди астрономов. Попавший в объектив объект отражается кривым первым зеркалом на фокальной плоскости. Здесь также присутствует датчик для фиксирования образа. Иногда добавляют дополнительное зеркало, чтобы отправить свет на окуляр.

Катадиоптрические

Катадиоптрические телескопы совмещают зеркала и линзы. Система выгодна, потому что гарантирует высокий уровень коррекции ошибок. В подобной комбинации каждый элемент способен исправить ошибки, допущенные предыдущим.

Школьная Энциклопедия

Nav view search

Как устроен современный телескоп

Подробности Категория: Работа астрономов Опубликовано 09.10.2012 14:07 Просмотров: 9609

Телескоп – это астрономический оптический прибор, предназначенный для наблюдения небесных тел.
Телескоп имеет окуляр, объектив или главное зеркало и специальную трубу, которая прикрепляется к монтировке, она же, в свою очередь, содержит оси, благодаря которым происходит наведение на объект наблюдения.

В 1609 году Галилео Галилеем был собран первый в истории человечества оптический телескоп. (Об этом читайте на нашем сайте: Кто создал первый телескоп?).
Современные телескопы бывают нескольких типов.

Рефлекторные (зеркальные) телескопы

Если дать им самую упрощенную характеристику, то это такие устройства, которые имеют специальное вогнутое зеркало, выполняющее собирание света и его фокусирование. К достоинствам таких телескопов можно отнести простоту изготовления, хорошее качество оптики. Основным недостатком является немного бОльшая забота и обслуживание, чем у других видов телескопов.
Ну, а теперь более подробно о рефлекторных телескопах.
Рефлектор – телескоп с зеркальным объективом, который образует изображение путем отражения света от зеркальной поверхности. Рефлекторы используются в основном для фотографирования неба, фотоэлектрических и спектральных исследований, а для визуальных наблюдений они используются реже.
Рефлекторы имею некоторые преимущества перед рефракторами (телескопами с линзовым объективом), т.к. в них отсутствует хроматическая аберрация (окрашенность изображений); главное зеркало легче сделать бОльших размеров, чем линзовый объектив. Если зеркало имеет не сферическую, а параболическую форму, то можно свести к нулю сферическую аберрацию (размытость краев или середины изображения). Изготовление зеркал легче и дешевле, чем линзовых объективов, что дает возможность увеличить диаметр объектива, а значит, разрешающую способность телескопа. Из готового комплекта зеркал любители-астрономы могут создать самодельный «ньютоновский» рефлектор. Достоинство, благодаря которому система получила распространение среди любителей, — простота изготовления зеркал (главное зеркало в случае малых относительных отверстий — сфера; плоское зеркало может быть небольших размеров).

Рефлектор системы Ньютона

Был изобретен в 1662 году. Его телескоп был первым зеркальным телескопом. В рефлекторах большое зеркало называют главным зеркалом. В плоскости главного зеркала могут быть помещены фотопластинки для фотографирования небесных объектов.
В системе Ньютона объектив представляет собой вогнутое параболическое зеркало, от которого отраженные лучи небольшим плоским зеркалом направляются в окуляр, находящийся сбоку от трубы.
Картинка: Отражение сигналов, приходящих с различных направлений.

Рефлектор системы Грегори

Лучи от главного вогнутого параболического зеркала направляются на небольшое вогнутое эллиптическое зеркало, которое отражает их в окуляр, помещенный в центральном отверстии главного зеркала. Поскольку эллиптическое зеркало расположено за фокусом главного зеркала, изображение получается прямое, тогда как в системе Ньютона – перевернутое. Наличие второго зеркала увеличивает фокусное расстояние и тем самым дает возможность большого увеличения.

Рефлектор системы Кассегрена

Здесь вторичное зеркало – гиперболическое. Оно установлено перед фокусом главного зеркала и позволяет сделать трубу рефлектора более короткой. Главное зеркало – параболическое, здесь нет сферической аберрации, но есть кома (изображение точки принимает вид несимметричного пятна рассеяния) – это ограничивает поле зрения рефлектора.

Рефлектор системы Ломоносова – Гершеля

Здесь, в отличие от рефлектора Ньютона, главное зеркало наклонено таким образом, что изображение фокусируется вблизи входного отверстия телескопа, где и помещается окуляр. Эта система дала возможность исключить промежуточные зеркала и и потери света в них.

Рефлектор системы Ричи-Кретьена

Эта система представляет собой улучшенный вариант системы Кассегрена. Главное зеркало – вогнутое гиперболическое, а вспомогательное – выпуклое гиперболическое. Окуляр установлен в центральном отверстии гиперболического зеркала.
В последнее время эта система получила широкое применение.
Существую и другие рефлекторные системы: Шварцшильда, Максутова и Шмидта (зеркально-линзовые системы), Мерсена, Нессмита.

Недостаток рефлекторов

Их трубы открыты потокам воздуха, которые портят поверхность зеркал. От колебаний температуры и механических нагрузок форма зеркал слегка меняется, а из-за этого ухудшается видимость.
Один из крупнейших рефлекторов находится в Маунт-Паломарской астрономической обсерватории США. Его зеркало имеет диаметр 5 м. Крупнейший в мире астрономический рефлектор (6 м) находится в Специальной астрофизической обсерватории на Северном Кавказе.

Телескоп-рефрактор (линзовый телескоп)

Рефракторы – это телескопы, имеющие линзовый объектив, который образует изображение объектов посредством преломления лучей света.
Это известная всем классическая длинная труба в виде подзорной с большой линзой (объективом) в одном конце и окуляром в другом. Рефракторы используются для визуальных, фотографических, спектральных и других наблюдений.
Рефракторы обычно построены по системе Кеплера. Угловое зрение этих телескопом мало, не превосходит 2º. Объектив, как правило, двухлинзовый.
Линзы в объективах небольших рефракторов обычно склеивают для уменьшения бликов и потерь света. Поверхности линз подвергают специальной обработке (просветление оптики), в результате этого на стекле образуется тонкая прозрачная пленка, которая значительно уменьшает потери света вследствие отражения.
Крупнейший в мире рефрактор Йерксской астрономической обсерватории в США имеет объектив диаметром 1,02 м. На Пулковской обсерватории установлен рефрактор с диаметром объектива 0,65 м.

Зеркально-линзовые телескопы

Зеркально-линзовый телескоп предназначен для фотографирования больших областей неба. Его изобрел в 1929 немецкий оптик Б. Шмидт. Главными деталями здесь являются сферическое зеркало и Шмидта коррекционная пластинка, установленная в центре кривизны зеркала. Благодаря такому положению коррекционной пластинки все пучки лучей, проходящие через неё от разных участков неба, оказываются равноправными по отношению к зеркалу, вследствие чего телескоп свободен от аберраций оптических систем. Сферическая аберрация зеркала исправляется коррекционной пластинкой, центральная часть которой действует как слабая положительная линза, а внешняя — как слабая отрицательная линза. Фокальная поверхность, на которой образуется изображение участка неба, имеет форму сферы, радиус кривизны которой равен фокусному расстоянию. Фокальная поверхность может быть преобразована в плоскую с помощью Пиацци — Смита линзы.

Недостатком зеркально-линзовых телескопов является значительная длина трубы, вдвое превышающая фокусное расстояние телескопа. Для устранения этого недостатка предложен ряд модификаций, в том числе применение второго (дополнительного) выпуклого зеркала, приближение коррекционной пластинки к главному зеркалу и др.
Крупнейшие телескопы Шмидта установлены на Таутенбургской астрономической обсерватории в ГДР (D= 1,37м, А = 1:3), Маунт-Паломарской астрономической обсерватории в США (D = 1,22 м, А = 1:2,5) и на Бюраканской астрофизической обсерватории АН Армянской ССР (D = 1,00 м, А = 1:2, 1:3).

Радиотелескопы

Они используются для исследования космических объектов в радиодиапазоне. Основными элементами радиотелескопов являются принимающая антенна и радиометр — чувствительный радиоприемник и принимающая аппаратура. Поскольку радиодиапазон гораздо шире оптического, для регистрации радиоизлучения используют различные конструкции радиотелескопов, в зависимости от диапазона.
При объединении в единую сеть нескольких одиночных телескопов, расположенных в разных частях земного шара, говорят о радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ). Примером такой сети может служить американская система VLBA (англ. Very Long Baseline Array). С 1997 по 2003 год функционировал японский орбитальный радиотелескоп HALCA (англ. Highly Advanced Laboratory for Communications and Astronomy), включенный в сеть телескопов VLBA, что позволило существенно улучшить разрешающую способность всей сети.
Российский орбитальный радиотелескоп Радиоастрон планируется использовать в качестве одного из элементов гигантского интерферометра.

Космические телескопы (астрономические спутники)

Они сконструированы для проведения астрономических наблюдений из космоса. Потребность в таком виде обсерваторий возникла из-за того, что земная атмосфера задерживает гамма-, рентгеновское и ультрафиолетовое излучение космических объектов, а также большую часть инфракрасного.
Космические телескопы оборудуют устройствами для сбора и фокусировки излучения, а также системами преобразования и передачи данных, системой ориентации, иногда двигательными системами.

Рентгеновские телескопы

Предназначены для наблюдения удаленных объектов в рентгеновском спектре. Для работы таких телескопов обычно требуется поднять их над атмосферой Земли, непрозрачной для рентгеновских лучей. Поэтому телескопы размещают на высотных ракетах или на искусственных спутниках Земли.

На рисунке: Рентгеновский Телескоп — Позиционно чувствительный (АРТ-П). Был создан в отделе астрофизики высоких энергий Института космических исследований АН СССР (Москва).

Устройство, назначение, принцип работы, типы и история телескопа

«Устройство, назначение, принцип работы, типы и история телескопа»

Телескоп любого типа имеет объектив и окуляр.

Линза, обращенная к объекту наблюдения, называется Объективом , а линза , к которой прикладывает свой глаз наблюдатель – Окуляр.

Может быть дополнительная лупа, которая позволяет приблизить глаз к фокальной плоскости и рассматривать изображение с меньшего расстояния, т. е. под большим углом зрения.

Таким образом, телескоп можно изготовить, расположив на одной оси одна за другой две линзы — объектив и окуляр. Для наблюдений близких земных предметов суммарное расстояние фокусов должно быть увеличено.Меняя окуляры, можно получить различные увеличения при одном и том же объективе.

Если линза толще посередине, чем на краях, она называется Собирающей или Положительной , в противном случае – Рассеивающей или Отрицательной.

Прямая, соединяющая центры этих поверхностей, называется Оптической осью линзы. Если на такую линзу попадают лучи, идущие параллельно оптической оси, они, преломляясь в линзе, собираются в точке оптической оси, называемой Фокусом линзы. Расстояние от центра линзы до её фокуса называют фокусным расстоянием. Чем больше кривизна поверхностей собирающей линзы, тем меньше фокусное расстояние. В фокусе такой линзы всегда получается действительное изображение предмета.

Tелескоп принято характеризовать угловым увеличением γ. В отличие от микроскопа, предметы, наблюдаемые в телескоп, всегда удалены от наблюдателя.

Телескопы бывают самыми разными – оптические (общего астрофизического назначения, коронографы, телескопы для наблюдения искуственных спутников Земли), радиотелескопы, инфракрасные, нейтринные, рентгеновские. При всем своем многообразии, все телескопы, принимающие электромагнитное излучение, решают две основных задачи.

Первая задача телескопа — создать максимально резкое изображение и, при визуальных наблюдениях, увеличить угловые расстояния между объектами (звездами, галактиками и т. п.);собрать как можно больше энергии излучения, увеличить освещенность изображения объектов.

Вторая задача телескопа – увеличивать угол, под которым наблюдатель видит объект. Способность увеличивать угол характеризуется увеличением телескопа. Оно равно отношению фокусных расстояний объектива и окуляра

Принцип работа телескопа

Принцип работы телескопа заключается не в увеличении объектов, а в сборе света. Чем больше у него размер главного светособирающего элемента — линзы или зеркала, тем больше света он собирает. Важно, что именно общее количество собранного света в конечном счете определяет уровень детализации видимого — будь то удаленный ландшафт или кольца Сатурна. Хотя увеличение, или сила для телескопа тоже важно, оно не имеет решающего значения в достижении уровня детализации.

Все телескопы подразделяются на три оптических класса.

Преломляющие телескопы, или рефракторы , в качестве главного светособирающего элемента используют большую линзу-объектив.

Рефракторы всех моделей включают ахроматические (двухэлементные) объективные линзы — таким образом сокращается или практически устраняется ложный цвет, который влияет на получаемый образ, когда свет проходит через линзу. При создании и установке больших стеклянных линз возникает ряд трудностей; кроме того, толстые линзы поглощают слишком много света. Самый большой рефрактор в мире, имеющий объектив с линзой диаметром в 101 см, принадлежит Йеркской обсерватории.

Все большие астрономические телескопы представляют собой рефлекторы . Рефлекторные телескопы популярны и у любителей, поскольку они не так дороги, как рефракторы. Это отражающие телескопы, и для сбора света и формирования изображения в них используется вогнутое главное зеркало. В рефлекторах ньютоновского типа, маленькое плоское вторичное зеркало отражает свет на стенку главной трубы.

Зеркально-линзовые (катадиоптрические) телескопы используют как линзы, так и зеркала, за счет чего их оптическое устройство позволяет достичь великолепного качества изображения с высоким разрешением, при том, что вся конструкция состоит из очень коротких портативных оптических труб.

Первый телескоп был построен в 1609 году итальянским астрономом Галилео Галилеем. Телескоп имел скромные размеры (длина трубы 1245 мм, диаметр объектива 53 мм, окуляр 25 диоптрий), несовершенную оптическую схему и 30-кратное увеличение. Однако он позволил сделать целую серию замечательных открытий (фазы Венеры, горы на Луне, спутники Юпитера, пятна на Солнце, звезды в Млечном Пути).
Очень плохое качество изображения в первых телескопах заставило оптиков искать пути решения этой проблемы. Оказалось, что увеличение фокусного расстояния объектива значительно улучшает качество изображения.

В 1663 году Грегори создал новую схему телескопа-рефлектора. Грегори первым предложил использовать в телескопе вместо линзы зеркало.

Первый телескоп-рефлектор был построен Исааком Ньютоном в 1668 году. Схема, по которой он был построен, получила название «схема Ньютона»..
Длина телескопа составляла 15 см.

В 1672 году Кассегрен предложил схему двухзеркальной системы, вскоре ставшую наиболее популярной. Первое зеркало было параболическим, второе имело форму выпуклого гиперболоида и располагалось перед фокусом первого.
В настоящее время практически все телескопы являются зеркальными.
Самый большой в мире зеркальный телескоп имени Кека имеет диаметр 10 м и находится на Гавайских островах. В России на Кавказе работает телескоп размером 6 м.

В двадцатом веке астрономы сделали много шагов в изучении вселенной.

Эти шаги были бы невозможны без использования больших и сложных телескопов, расположенных на высокогорных лабораториях и управляемых большим количеством квалифицированных специалистов.

Оптические телескопы

Астрономы наблюдают звезды, планеты и другие объекты Вселенной с помощью телескопов. Телескоп — основной рабочий инструмент каждого исследователя Вселенной. Когда же появились первые телескопы и как они были устроены?

В 1609 году профессор Падуанского университета Галилео Галилей (1564-1642) впервые направил изготовленную им самим небольшую зрительную трубу на звездное небо. В изучении небесных светил началась эпоха телескопической астрономии.

Принцип работы оптического телескопа основан на свойствах выпуклой линзы или вогнутого зеркала, выполняющих в телескопе роль объектива, собирать в фокус параллельные лучи света, приходящие к нам от различных небесных источников, и создавать в фокальной плоскости их изображения. Астроном-наблюдатель, рассматривающий в окуляр изображение космического объекта, видит его увеличенным. При этом под увеличением телескопа понимают отношение видимых угловых размеров объекта при наблюдении в телескоп и без него. Увеличение телескопа равно отношению фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра.

У первого телескопа Галилея объективом служила плосковыпуклая линза диаметром 4 см с фокусным расстоянием 50 см. Роль окуляра выполняла плоско-вогнутая линза размером поменьше. Такая комбинация оптических стекол давала трехкратное увеличение. Затем Галилей сконструировал более совершенный телескоп с объективом 5,8 см в диаметре и фокусным расстоянием 165 см. Он увеличивал изображения Луны и планет в 33 раза. С его помощью ученый сделал свои замечательные астрономические открытия: гор на Луне, спутников Юпитера, фаз Венеры, пятен на Солнце и множества слабых звезд.

Но телескоп Галилея имел существенный недостаток: у него было очень малое поле зрения, то есть в трубу был виден совсем крохотный кружочек неба. Поэтому, наводить инструмент на какое-нибудь небесное светило, и наблюдать его было совсем непросто.

Прошел лишь год со времени начала телескопических наблюдений, как немецкий астроном и математик Иоганн Кеплер (1571-1630) предложил свою конструкцию телескопа. Новизна заключалась в самой оптической системе: объектив и окуляр были двояковыпуклыми линзами. В результате изображение в кеплеровском телескопе получалось не прямое, как в трубе Галилея, а перевернутое. Конечно, так обозревать земные предметы неудобно, но при астрономических наблюдениях это совершенно не имеет никакого значения. Ведь во Вселенной нет ни абсолютного верха, ни абсолютного низа.

Телескоп Кеплера оказался намного лучше оптических первенцев Галилея: он обладал большим полем зрения и был удобен в работе. Эти важные достоинства нового инструмента однозначно определили его судьбу: в дальнейшем линзовые телескопы стали конструировать исключительно по схеме Кеплера. А оптическая система галилеевского телескопа сохранилась лишь в устройстве театрального бинокля.

Еще при жизни Галилея была высказана идея создания зеркального, то есть отражательного телескопа. Однако осуществлена она была только в 1668 году великим Исааком Ньютоном (1643-1727). В этом телескопе принципиально новой конструкции в качестве объектива Ньютон использовал маленькое вогнутое зеркальце, сферическая поверхность которого была изготовлена из бронзы и отполирована. Его диаметр был равен всего лишь 2,5 см, а фокусное расстояние составляло 15 см. Лучи света от сферического зеркала отражались совсем маленьким вспомогательным плоским зеркальцем (поставленным под углом 45 градусов к оптической оси телескопа) в окуляр — плоско-выпуклую линзу, расположенную сбоку от трубы.

Таким образом, различают два основных типа телескопов: линзовые телескопы-рефракторы, у которых лучи света, проходя через объектив, преломляются, и зеркальные (отражательные) телескопы-рефлекторы. Зеркальные телескопы со временем стали использоваться для наблюдений очень далеких и слабосветящихся объектов. Человеческий глаз способен различать в отдельности две части наблюдаемого предмета только в том случае, если угловое расстояние между ними не меньше одной-двух минут дуги. Так, на Луне невооруженным глазом можно рассмотреть детали рельефа, размер которых превышает 150-200 км. На солнечном диске, когда светило клонится к закату и его свет ослаблен поглощающим эффектом земной атмосферы, бывают видны пятна поперечником 50-100 тыс. км. Никаких других подробностей невооруженный глаз рассмотреть не в силах. И только благодаря телескопу, который увеличивает угол зрения, можно «приближать» к себе далекие небесные объекты — наблюдать их как бы рядом.

Обычно к телескопу прилагается комплект разных окуляров, позволяющих получать различные увеличения. Но астрономы при работе даже с самыми крупными инструментами редко пользуются более чем 300-кратным увеличением. Причина этому — атмосферные помехи, которые ограничивают возможность применения больших увеличений, ибо при больших увеличениях резко ухудшается качество изображения — оно размывается и сильно дрожит.

Но телескоп не только увеличивает угол зрения, под которым с Земли видны небесные светила. Объектив телескопа собирает во много раз больше света, чем зрачок человеческого глаза. Благодаря этому в телескоп можно наблюдать мириады звезд и других очень слабых объектов, которые невооруженному глазу совершенно недоступны. Очевидно, что количество света, собранного телескопом, будет во столько раз больше светового пучка, проникающего в глаз наблюдателя, во сколько раз площадь объектива больше площади зрачка (диаметр последнего около 6 мм). Галилей, например, в свой лучший телескоп мог наблюдать звезды 10-й звездной величины, которые слабее звезд 6-й величины (лежащих на пределе нашего зрения) примерно в 40 раз.

С увеличением диаметра объектива телескопа число видимых на небе звезд быстро возрастает, или, как говорят астрономы, увеличивается проницающая сила телескопа.
Таким образом, телескопические наблюдения раскрыли перед землянами невообразимый вселенский простор. То, о чем раньше великие мыслители только догадывались, получило зримое подтверждение.

С увеличением диаметра объектива возрастает также разрешающая сила телескопа, то есть становятся доступными для наблюдений тесные звездные системы. И астрономы стремились создавать крупные телескопы с объективами большого диаметра. Но изготовление таких линз — задача исключительно трудная. Ведь для этого надо сварить идеально прозрачное и совершенно однородное стекло больших размеров и большой массы, а затем обработать его — превратить в линзу. Достаточно сказать, что поверхность линзы должна быть отшлифована и отполирована с точностью до десятых долей микрона!

Самый большой в мире объектив для телескопа-рефрактора был изготовлен еще в конце XIX века знаменитой американской фирмой «Алван Кларк и сыновья». Этот объектив диаметром 40 дюймов (102 см) предназначался для Йеркской обсерватории, построенной в 1897 году недалеко от Чикаго. Изготовить более крупный объектив не удалось пока никому. Объективы Алвана Кларка (1804-1887) и по сей день считаются лучшими в мире. Но даже они не лишены аберраций — оптических недостатков, искажающих изображения.

Поэтому вместо однолинзовых объективов и окуляров в телескопах стали использовать многолинзовые оптические системы; впервые это удалось сделать английскому оптику Джону Доллонду (1706-1761) в 1757 году.

Кривизна поверхностей линз и сорта стекла подбираются таким образом, что их действия противоположны. Это существенно уменьшает аберрацию.

Для развития астрофизики, в частности для исследования туманностей, далеких галактик и других слабосветящихся космических объектов, требуются крупные телескопы, обладающие большой светосилой. Под светосилой следует понимать количество освещенности, которую может создать телескоп в фокальной плоскости. Так, если сравнить два телескопа с одинаковыми фокусными расстояниями, то большей светосилой будет обладать инструмент с большим объективом или зеркалом. Изготовлять же отражательные зеркала значительно проще, чем шлифовать огромные линзы: у каждой линзы обрабатываются две поверхности, у зеркала — только одна.

В настоящее время в мире построено более десятка рефлекторов с зеркалами, превышающими в диаметре 3,5 м. Самый крупный отражательный телескоп в нашей стране — БТА-6 — имеет 6-метровое зеркало.

Возможности этого телескопа огромны. При первых же наблюдениях, сделанных в 1975 году (систематические наблюдения на БТА-6 были начаты в июле 1976 года), были сфотографированы звезды и далекие галактики 24-й звездной величины. Они примерно в 15 млн раз слабее тех звезд, что способен увидеть человеческий глаз. Но, применяя более совершенную светочувствительную аппаратуру — фотоумножители, счетчики фотонов и другие новейшие приемники излучения, астрономы за часовую экспозицию получают на пластинках изображения объектов, имеющих звездную величину 26,5. Оптические объекты, излучение которых удалось принять, удалены от нас не менее чем на 10 млрд световых лет! Таковы способности телескопа, оснащенного современной светоприемной техникой.

Научные сотрудники Калифорнийского университета в США создали еще более внушительный — 10-метровый телескоп-рефлектор. Зеркало этого, самого большого в мире оптического гиганта состоит из 36 шестиугольных сопряженных зеркал, расположенных в виде трех концентрических колец. Электронные датчики сообщают об их положении и ориентации друг относительно друга в ЭВМ, которая выдает команды на установку зеркал по заданной программе. В результате обеспечивается необходимая форма составной зеркальной поверхности с учетом гравитационных и ветровых нагрузок.

Этот телескоп, названный «Кек I», установлен на вершине горы Мауна-Кеа (Гавайские острова), на высоте 4150 м над средним уровнем Мирового океана. Его стоимость составила 94 млн долларов. Официальное открытие крупнейшего в мире телескопа состоялось 7 ноября 1991 года, хотя последний сегмент зеркала был установлен только 14 апреля 1992 года.

Сейчас на горе Мауна-Кеа закончено сооружение второго 10-метрового телескопа — «Кек II». Фонд У. М. Кека выделил на него 74,6 млн долларов. Не случайно названия телескопам-близнецам даны по имени фонда, финансировавшего их строительство.
Благодаря своей громадной оптической мощи они являются идеальными инструментами для изучения далеких космических объектов.

Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию 🙂 Расскажите о нас друзьям на форуме, в блоге, сообществе. Это наша кнопочка:

Код кнопки:

Как работает телескоп

Любой телескоп выполняет две важные функции: увеличивает удаленные объекты и собирает окружающий свет. Возможно, вы удивитесь, но второе намного важнее первого. Даже на детский телескоп можно установить оптические аксессуары, которые обеспечат впечатляющую кратность. Но получится ли в этом случае что-то увидеть? Вряд ли.

Поставьте рядом два телескопа, отличающиеся только диаметром объектива, выставьте на них одинаковое увеличение и попробуйте посмотреть, например, на Юпитер. Телескоп с меньшей апертурой покажет общие очертания планеты и ее облаков, а вот в оптический прибор с большим объективом уже удастся рассмотреть структуру и мелкие детали. Почему? Большой объектив лучше собирает свет. Основной принцип работы телескопа заключается в улавливании электромагнитного излучения оптического диапазона (света) и перенаправлении его в точку фокуса.

Чтобы в общих чертах представить, как работает любой телескоп, возьмите обычную линзу или лупу. В солнечный день встаньте напротив окна и направьте линзу на стену. Приближайте ее к стене и удаляйте от стены, пока не увидите на ней перевернутое изображение окна. Расстояние между стеной и линзой – это фокусное расстояние. Кратность линзы – увеличение вашей импровизированной оптической схемы. Взяв линзу других размера и кратности, вы сможете получить то же изображение перевернутого окна, но точка фокуса будет расположена уже на другом расстоянии от стены, а сама картинка будет другого размера. Этот небольшой эксперимент покажет вам, как видит телескоп. И не только он, но и любой другой оптический прибор.

Как телескопы видят так далеко

Возможность телескопов видеть далеко связана с их способностью собирать свет. Схема их работы во многом напоминает работу человеческого глаза. Мы тоже хорошо различаем объекты при свете дня и практически ничего не видим в темное время суток. Чем больше света, тем четче и понятнее картинка. Поэтому ответ на вопрос «Как телескопы видят так далеко?» прост: телескопы улавливают отраженный свет от объектов и фиксируют его в точке фокуса.

В нашем интернет-магазине представлено множество телескопов разных марок и оптических возможностей. Наши консультанты быстро подберут для вас подходящую модель: небольшой телескоп для рассматривания Луны, мощную модель для изучения глубин космоса, обзорный телескоп или телескоп для ребенка. Мы консультируем по телефону, отвечаем на любые вопросы по электронной почте, предлагаем ознакомиться с актуальным ассортиментом вживую в наших розничных магазинах «Четыре глаза».

4glaza.ru
Декабрь 2017

Использование материала полностью для общедоступной публикации на носителях информации и любых форматов запрещено. Разрешено упоминание статьи с активной ссылкой на сайт www.4glaza.ru.

Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.

Другие обзоры и статьи о телескопах и астрономии:

Обзоры оптической техники и аксессуаров:

Статьи о телескопах. Как выбрать, настроить и провести первые наблюдения: