Телескоп

Материал из Циклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Лекция 2.1. История создания и принцип работы телескопов. Владимир Сурдин // Лекториум [23:21]

Телескоп — прибор, созданный для наблюдения за космосом.

Содержание

[править] Оптические телескопы

Конструктивно оптический телескоп представляет собой трубу (сплошную, каркасную или ферменную), установленную на монтировке. Оптическая система телескопа состоит из нескольких оптических элементов (линз, зеркал). Телескопы, построенные на основе линзовой оптической системы, называют рефракторами.

Телескопы с зеркальной системой называют рефлекторами.

Первым оптическим прибором для астрономических наблюдений был телескоп-рефрактор схемы Галилея (1609 гг.). Самый телескоп схемы Галилея складается из двух линз — объективом служит двусторонне выпуклая линза (собирательная линза), а окуляром двусторонне вогнутая линза (рассеивающая линза).

Большие телескопы являются преимущественно рефлекторами. Создание больших линз гораздо сложнее — нужно достичь высокой однородности стеклянной заготовки и обработать две поверхности линзы (вместо одной в зеркалах). Наибольший построен рефрактор имеет диаметр объектива один метр. Кроме того линзовые объективы имеют значительные оптические аберрации, основные из которых хроматические и сферическая. Оба этих аберраций лишены зеркала, имеющие форму параболоида вращения.

[править] Назначение

Телескоп имеет три основных назначения:

  • Собирать слабое излучение от небесных светил на приемное устройство (глаз, фотографическую пластинку, спектрограф и др.), что позволяет увидеть тусклые объекты;
  • Строить в фокальной плоскости изображение объекта или определенного участка неба, позволяет зафиксировать его;
  • Различать объекты, расположенные на близком угловом расстоянии друг от друга, что сливаются в наблюдениях невооруженным глазом.

Основной оптической составляющей телескопа является объектив, который собирает свет и строит изображение объекта или участка неба. Объектив соединяется с приемным устройством трубой (тубусом). Механическая конструкция, несущая трубу и обеспечивающая ее наведение на небо, называется монтировкой. Если приемником света является глаз (при визуальных наблюдений), то обязательно нужен окуляр, в который рассматривается изображение, построенное объективом. Для фотографических, фотоэлектрических, спектральных наблюдений окуляр не нужен. Фотографическую пластинку, входную диафрагму электрофотометрами, щель спектрографа и др. устанавливают непосредственно вблизи фокальной плоскости телескопа.

Телескоп с линзовым объективом называется рефрактором, есть преломляющим телескопом. Поскольку световые лучи с разной длиной волны преломляются неодинаково (это явление называется дисперсия света), то одиночная линза дает окрашенное изображение. Это явление называется хроматической аберрацией. Хроматические аберрации во многом устранены в объективах, составленных из двух линз, изготовленных из стекла с различными коэффициентами преломления (ахроматический объектив или ахромат).

Законы отражения не зависящие от длины волны, и, естественно, возникла мысль заменить линзовый объектив вогнутым сферическим зеркалом. Такой телескоп называется рефлектором, то есть отражательным телескопом. Первый рефлектор (диаметром всего лишь 3 см и длиной 15 см) был построен Исааком Ньютоном в 1671 году.

Однако сферическое зеркало собирает параллельный пучок лучей в одну точку, оно дает в фокусе несколько размытое изображение. Это искривление называется сферической аберрацией. Если зеркалу придать форму параболоида вращения, то сферическая аберрация исчезает. Параллельный пучок, направленный на такой параболоид вдоль его оси, собирается в фокусе практически без искажений (если не принимать во внимание неизбежного размытия из дифракции). Поэтому современные рефлекторы имеют зеркала параболоидальными (параболической) формы.

К концу XIX века основной целью телескопических наблюдений было изучение видимых положений небесных светил. Важную роль играли наблюдения комет и деталей на планетных дисках. Все эти наблюдения осуществлялись визуально, и рефрактор с дволинзовим объективом полностью удовлетворял потребности астрономов.

[править] Телескопы ХХ века

Телескоп Хаббл

В конце XIX (и особенно в XX веке) характер астрономической науки претерпел органических изменений. Большинство исследований сдвинулась в область астрофизики и звездной астрономии. Основным предметом исследования стали физические характеристики Солнца, планет, звезд, звездных систем. Появились новые приемники излучения — фотографическая пластинка и фотоэлемент. Начала широко применяться спектроскопия. В результате изменились и требования к телескопам.

Для астрофизических исследований желательно, чтобы оптика телескопа НЕ накладывала ограничений на доступный диапазон длин волн: земная атмосфера и так очень ограничивает его. Однако стекло (из которого изготавливаются линзы) Фотографические эмульсии и фотоэлементы чувствительны в более широкой области спектра, чем глаз, и поэтому хроматические аберрации при работе с этими приемниками сказывается сильнее.

Таким образом, для астрофизических исследований нужен рефлектор. К тому же большое зеркало рефлектора изготовить значительно легче: надо обработать с оптической точностью[1] одну поверхность зеркала (вместо четырех поверхностей линз), и при этом особых требований к однородности стекла не выдвигается. Все это привело к тому, что рефлектор стал основным инструментом астрофизики.

В астрометрических работах по-прежнему применяют рефракторы, поскольку в астрометрии необходимо измерять положение светил с максимальной точностью. Дело в том, что рефлекторы очень чувствительны к малым случайных поворотов зеркала: так как угол падения равен углу отражения, то поворот зеркала на некоторый угол α смещает изображение на угол 2α. Аналогичный поворот объектива в рефракторе дает гораздо меньшее смещение.

Рефлектор с параболическим зеркалом строит изображение очень четко, правда изображение можно считать идеальным, пока оно остается вблизи оптической оси. При удалении от оси появляются искажения. Поэтому рефлектор с одним только параболическим зеркалом не позволяет фотографировать больших участков неба, а это необходимо для исследования звездных скоплений, галактик и галактических туманностей. Поэтому для наблюдений, требующих большого поля зрения, стали строить комбинированные зеркально-линзовые телескопы, в которых аберрации зеркала исправляется тонкой линзой — мениском, изготовленной из стекла, прозрачного для ультрафиолетовых лучей.

Зеркала рефлекторов в прошлом (XVIII—XIX веках) делали металлическими из специального сплава, однако впоследствии, по технологическим причинам, оптики перешли на стеклянные зеркала, которые после механической обработки покрывают тонкой пленкой металла, имеющего большой коэффициент отражения (чаще всего — алюминий).

[править] Монтаж

Сложной технической задачей является наведение телескопа на объект и отслеживание его. Ведь в результате вращения Земли звезды и другие небесные объекты осуществляют видимое суточные движение на небесной сфере.

Монтировка телескопа всегда имеет две взаимно перпендикулярные оси, поворот вокруг которых позволяет навести его практически на любой участок неба.

Большинство телескопов устанавливаются на экваториальной монтировке, одна из осей которого направлена ​​на полюс мира (полярная ось), а другая лежит в плоскости небесного экватора (ось прямого восхождения). Телескоп на экваториальной монтировке называется экваториалом. Преимущество экваториальной монтировки заключается в том, что отслеживание светила в поле зрения телескопа (после наводнения) осуществляется вращением только вокруг одной оси и вращения является равномерным.[2] Для такого вращения можно применять простой механизм наподобие часового. Это особенно важно при длительных наблюдений, фотографирования слабых объектов и тому подобное.

В вертикально-азимутальной монтировке одна из осей направлена ​​в зенит, другая лежит в горизонтальной плоскости. Для того, чтобы на азимутальной монтировке удержать небесное тело в поле зрения, приходится выполнять вращения вокруг обеих осей монтировки (горизонтальной и вертикальной), к тому же это движение должно быть неравномерным.

Но для телескопов большой массы вертикальное и горизонтальное расположение осей значительно упрощает конструкцию и расчет деформаций. Поэтому самые земные телескопы применяют именно такую ​​схему (несмотря сложнее управления для отслеживания движения светил). Среди крупных телескопов такое монтирование впервые было применено 1976 года в СССР для 6-метрового рефлектора.

[править] Радиотелескопы

Радиотелескопы представляют собой направленные антенны, чаще параболической формы. Поскольку радиодиапазон гораздо шире оптического, конструкции радиотелескопов могут значительно отличаться.

[править] См. также

[править] Примечания

  1. В 1/8 длины световой волны (0,07 микрона для визуальных лучей)
  2. Использование экваториальной монтировки
Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
Навигация
Инструменты