Телескопи – хто вони такі?

Телескоп – слово відоме практично кожному. Існує усталений візуальний образ цього поняття — те, як ми собі уявляємо телескоп — це така труба на підставці, усередині скельця якісь… на цьому конкретика у багатьох вичерпується.

Тому що вже на запитання — «У чому призначення телескопа» — відповідь, як правило, чутна плутана і нешвидка. Дехто вважає, що телескоп щось там наближає; інші думають, що він щось збільшує — ці ближчі до істини, але незначно.

Телескоп — не космічний корабель, і до Місяця за його допомогою ми ближче не станемо. Це не насос, і Місяць ми з його допомогою до великих розмірів не надуємо.

То навіщо ж їх роблять, ці блискучі труби на підставках?

Відкрию таємницю. Як би це не здавалося дивним, але головне призначення телескопа — зібрати від небесного об'єкта якнайбільше світла. Саме тому головною перевагою будь-якого телескопа є діаметр його об'єктиву — у розумінні середньостатистичного землянина — тієї лінзи, що звернена до неба, — саме її прийнято вважати об'єктивом. (Насправді в нашу епоху об'єктивом телескопа найчастіше є дзеркало, і ховається воно глибоко в трубі, але така оптична схема серед неастрономічної публіки непопулярна.) Тут ми стикаємося з другим призначенням телескопа: Збільшити кут зору, під яким можливо мабуть небесне тіло.

О, ці наукові формулювання! Хто б нам тепер пояснив, що означає це словосполучення: «кут зору», і навіщо його збільшувати?

Процитую рядок із пісні Віктора Цоя: «За вікном йде будівництво, працює кран».

Підійдемо до вікна і подивимося на кран — його довга стріла розкинулася на півнеба, і щоб оглянути її всю від кабіни кранівника, до того місця, де вона закінчується, і звисає вниз трос із гаком, доведеться повернути голову. Повернути – ключове слово. Виявляється, стріла баштового крана має деяку кутову довжину, що вимірюється в градусах і дорівнює тій величині, на яку нам доведеться повернути голову навколо уявної осі вставленої в нашу шию — допустимо на 45 градусів.

А якщо будівництво йде у сусідньому дворі? У цьому випадку кран стоїть відносно далеко і щоб перевести погляд з одного кінця його стріли на інший, нам потрібно повернути голову на менший кут, допустимо на 5 градусів, або змістити вічкову зіницю, подивившись трохи в бік, але на ту ж величину - на 5 градусів. .

Та величина, яку нам доводиться змінювати напрямок свого погляду, щоб розглянути об'єкт повністю — це кутовий розмір даного об'єкта. У побутовому розумінні. Астрономія, як наука, оперує геометричними поняттями. Але сенс залишається той самий. Він у тому, що всі видимі об'єкти, чи то далекі планети, чи якісь земні предмети — дерева чи будови — всі видаються нам великими чи маленькими в першу чергу, виходячи з тих кутових розмірів, які вони для нас мають. Реальні розміри для спостерігача вторинні і можуть виявитися несподіваними. Наприклад будинок, що стоїть неподалік, може заступити собою 60 градусів небесної сфери, але висотою він всього метрів 25. Наше денне світило — Сонце — має кутовий діаметр всього півградуса, але діаметр його більше мільйона кілометрів.

Тепер ми вперше торкнулися прикладу кутового розміру небесного об'єкта. Кути, як відомо, вимірюються у кутових величинах - градусах або радіанах, але радіани для любителя - незручна величина. Градуси — звичніші. Але все одно, не багато хто з Вас наведе приклад одного градуса в якості видимого розміру якогось видимого об'єкта. До того ж, так уже вийшло, що й зручного небесного об'єкта на нашому небі розміром 1 градус немає. Зате є два об'єкти, які з хорошою точністю можна вважати еталонами кутового розміру в півградуса - це Сонце або Місяць.

Виявляється, ці два небесні тіла, такі різні за своєю природою (Сонце — зірка, гігантська газова куля діаметром понад мільйон кілометрів і з температурою поверхні 6000°K; Місяць — супутник Землі, маленька холодна планетка діаметром 3600 км), для земного спостерігача на небі мають однаковий кутовий розмір 1/2 градуси.

І, як можна здогадатися, 1/2 градуси — величина не дуже велика, то телескоп покликаний змінити це у велику сторону, опинившись між об'єктом і спостерігачем.

Ось тепер ми наблизилися до того, що іноді називають «збільшенням», але щодо чого правильніше вживати поняття «кратність». Я бачив безліч розчарованих людей, які замість очікуваних десятків тисяч і мільйонів дізнавалися, що хороші телескопи дозволяють застосовувати 100-кратне збільшення. А збільшення понад 500 кратів у спостережній астрономії застосовуються вкрай рідко. Всі ми любимо великі цифри, особливо, якщо це цифри нашої зарплати.Але, на щастя, параметри телескопів не схильні до інфляції і, як за часів винахідника телескопа — італійця Галілео Галілея, — 30-кратне збільшення було цілком актуальним для низки астрономічних спостережень, так і через 400 років, воно нітрохи не втратило своєї актуальності.

Перший в історії телескоп був винайдений італійським ученим та священиком Галілео Галілеєм у 1609 році. Не слід думати, що сам принцип оптичної системи, що збільшує кутовий розмір об'єкта, що спостерігається, був придуманий Галілеєм. Підзорні труби в ті роки з успіхом і вже часто застосовувалися в мореплавстві та під час воєнних дій. Але Галілео був першим, кому вистачило сміливості в епоху інквізиції направити трубу в небо. При цьому він зробив важливий висновок — точність і якість виготовлення лінз в підзорних трубах ніяк не підходять для астрономічних спостережень. Він розробив власний — точніший і якісніший — метод шліфування, полірування та доведення до необхідної форми оптичних деталей, а саму схему «підзорної труби» оптимізував для астрономічних спостережень.

Його завзятість було винагороджено воістину революційними відкриттями. Багато чого, що раніше вважалося незаперечною істиною, набуло іншого вигляду і сенсу. На божественному образі Сонця виявилися темні плями, на гладкому і плоскому Місяці «виросли» гори, планети демонстрували кулястість, а Венера «показувала» фази подібні до місячних. Юпітер обзавівся супутниками і став альтернативним центром світу, а «Найвищу планету» — Сатурн — Галілео Галілей «потрійною спостерігав». Чумацький Шлях з молока, що пролилося колись, перетворився на розсипи зірок, а самих зірок на небосхилі, завдяки прозорим лінзам першого у світі телескопа, виявилося в десятки разів більше.

Чи треба говорити, як поставилася до відкриттів Галілея церква?! — вченого судили і під загрозою тортур змусили зректися всього побаченого. Галілей зрікся. Але подальша доля телескопа не залежала від цих подій. Винахід набув значної популярності і став використовуватися багатьма прогресивно налаштованими вченими. А разом з цим і вдосконалювалася його оптична схема, з'являлися нові конструкції.

Те поєднання лінз, яке використовував у своєму телескопі Галілей, незабаром вийшло з вживання, і хоча схожа оптична схема до цього часу використовується в театральних біноклях, для спостережень небесних тіл вже через кілька років після прем'єри Галілея було винайдено іншу, зручнішу конструкцію.

Її розробив Йоганн Кеплер — математик, фізик, астроном, але здебільшого теоретик, а тому власну конструкцію телескопа жодного разу не використовував. Вперше виготовив її та випробував на астрономічній ниві його колега та сучасник — К. Шейнер.

Система Кеплера мала низку істотних переваг: Більше поле зору, більш якісне зображення і, зважаючи на легше виготовлення короткофокусних збираючих лінз (а як окуляр у Галілея використовувалася негативна — лінза, що розсіює), дозволяла домагатися більшої кратності збільшення. Однак використовувати ту ж схему для підзорних труб уже не вдавалося – схема Кеплера давала перевернуті зображення. Для астрономічних спостережень це стало недоліком, тоді як спостереження земних віддалених об'єктів було неприйнятно.

Телескопічна астрономія почала стрімко розвиватися. Відкрилися нові горизонти, виявилася доступна нова точність вимірів і, звичайно ж, хотілося більшого.Астрономи XVII століття намагалися зазирнути все далі в космос, намагалися детальніше розглянути небесні тіла і застосовували для цього все більші збільшення своїх примітивних інструментів.

Незабаром стало зрозуміло, що переступивши певну кратність, якість зображення, його детальність, кількість зірок у полі зору перестають збільшуватися, і навіть починають знижуватися. Можна з упевненістю сказати, що в епоху Галілея та Кеплера 50-кратне збільшення було граничним і подальше збільшення кратності на користь не йшло.

Якщо звернутися до ілюстрації наведеної вище, можна відзначити закономірність, що чим більша фокусна відстань об'єктива [F] (відстань, на якій лінза будує зображення об'єкта — згадайте, як одержують вогонь у сонячний день за допомогою збільшувального скла — саме на цій відстані сонячні промені збираються в «точку»), і що менше фокусна відстань окуляра [f], то більше вписувалося кратність [ F/f ]. Може здатися, що зробивши дуже довгофокусний об'єктив і взявши короткофокусний окуляр, можна досягти неймовірно великої кратності збільшення. Однак, дуже швидко стає помітно, що чим більша кратність, тим слабша яскравість зображення. Траплялося так, що об'єкт досліджень чудово видно оком, але при великому збільшенні перестає бути видимим у телескоп. Друге несподіване відкриття астрономів полягало в тому, що певного розміру лінза об'єктива, яке б не було величезним використовуваним збільшенням, не в змозі показати детальність дрібніші за певний поріг. Це вже властивість самого світла його хвильової природи.

Виявляється, що є так звана «дифракційна межа», суть якої полягає в тому, що будь-які отвори, що пропускають світловий потік, обмежують детальність картинки, яку цей потік несе з собою. Більше того, всі точкові об'єкти, а зірки в ту далеку пору можна було вважати саме точковими об'єктами, внаслідок «дифракційної межі» при великих збільшеннях видно не точками, а кружками, оточеними кількома кільцями, що спадають по яскравості. І, власне, будь-яке зображення в телескопі начебто складалося із сукупності таких круглих плям.

Щоб підвищити роздільну здатність телескопа, зробити крок за «дифракційну межу», потрібен телескоп з великим діаметром об'єктива. Тоді дифракційні диски стають меншими.

Ах, якби це було все! Лінзи стали робити більше, але тут виявилося, що скло, з якого робили лінзи для телескопів, має властивість дуже по-різному заломлювати промені різної довжини хвилі (а по-народному — різних кольорів). Виявилося, що сині промені фокусуються ближче до лінзи, червоні — далі від неї. А оскільки у світлі небесних об'єктів присутні промені різних кольорів (довжин хвиль), то точно навести різкість при великих збільшеннях ніяк не можна. Чи то зірка чи планета, її зображення так і залишалося нерізким, відливаючи всіма кольорами веселки несфокусованих променів.

Та сама краса - розкладання білого світла на всі його складові, яке ми звикли називати веселкою, - на тривалий час стала головним болем астрономів. Вже й інквізиція відійшла на другий план, а ось упоратися з «хроматичною аберацією» не вдавалося близько сторіччя. За всіх часів існував список неможливого. У XVII столітті в ньому були такі пункти:

• Людина ніколи не зазирне на зворотний бік Місяця
• Людина ніколи не досягне зірок
• Людина ніколи не знайде засіб проти хроматичної аберації.
• До цієї біди додалася "сферична аберація" - принципова нездатність лінз зі сферичними поверхнями будувати якісні зображення. Але це біда була меншою.

Слід зазначити, що тут астрономи проявили себе масштабно, отже, навіть цю епоху в телескопобудуванні назвали епохою телескопів-динозаврів. При діаметрі лінзи об'єктива всього 8 сантиметрів, довжина інструменту іноді перевищувала 100 метрів — можете собі це уявити?! Звичайно ж, виготовити трубу для такого телескопа було неможливо — вона зігнулася б або зламалася під власною вагою. Телескопи робили «повітряними» — такі ґратчасті конструкції кріпилися на високих щоглах і керувалися цілою бригадою спеціально навчених робітників, всюди тяглися троси і канати, ферми телескопа рухалися за допомогою важелів і блоків, причому в повній темряві — користуватися факелами - від грандіозності задуму і зараз захоплює дух.

Жаль лише, що особливого результату та якості ці інструменти так і не показали. Втім, в епоху телескопів-динозаврів астрономи так само зробили чимало відкриттів. Християн Гюйгенс нарешті зміг зрозуміти, що ж мав на увазі Галілей говорячи про «троїстість найвищої планети», і відкрив кільце Сатурна (виступи в сторони вушка якого Галілей прийняв за дві інші близько розташовані планети — його телескоп не дозволив тоді це детально розглянути), а Кассіні відкрив у кільці Сатурна щілину, що відокремлює зовнішнє кільце від внутрішнього. Цей поділ обручки Сатурна пізніше назвали ім'ям його відкривача.

При цьому астрономи демонстрували неймовірну майстерність фіксації своїх спостережень. Фотографії тоді не було, але малюнки спостерігачів являли собою витвір мистецтва та науковий документ одночасно.

Але нескінченно так продовжуватися не могло. Телескопи завдовжки 90 метрів показували гірше 50-метрових і це був глухий кут. Вихід знайшов найбільший із фізиків усіх часів та народів — сер Ісаак Ньютон. Саме Ньютон належить винахід дзеркального телескопа.

Лінза збирає паралельний пучок променів у крапку та будує зображення. Але те саме може й увігнуте дзеркало. Щоправда, дзеркало збирає пучок перед собою, і, намагаючись розглянути побудоване зображення, спостерігач ризикує перекрити собою весь світловий потік, що ллється з небес. Так можна використовувати ще одне дзеркало, яке відведе пучок променів від головної оптичної осі.

Довелося миритися ще з низкою незручностей та недоліків — дзеркала тоді робили з особливого сплаву міді та олова. Відбивали вони світла небагато (40-50%, а якщо врахувати, що дзеркал було два, то до ока спостерігача доходила в кращому разі 1/5 частина світлового потоку), до того ж такі дзеркала швидко тьмяніли і вимагали частого переполірування. Допоміжне дзеркало також затуляло собою частину головного і це призводило до ще більших втрат. Зате, можете собі уявити, жодної хроматичної аберації! А якщо надати дзеркалу не сферичну, а параболічну форму, то можна позбавитися і від сферичної аберації. Так, звичайно, зображення планет і туманностей при тому ж діаметрі об'єктива набагато тьмяніше, зате яке воно різке, яке чітке! І ніщо не заважає зробити дзеркало в кілька разів більше.

Першим телескопом системи Ньютона був карликовий розмір.Його виготовив сам Ньютон як приклад та ілюстрацію своєї знахідки. Натомість, як розмахнулися виробники справжніх телескопів такої конструкції, один одного більше!

Найчастіше виробником телескопа і спостерігачем був той самий людина. У ті роки не існувало промислового виробництва оптики — все робилося вручну. Вільям Гершель, музикант за освітою, але який захопився у 30-річному віці астрономією, зробив понад десяток телескопів відмінної якості. Серед них найбільший телескоп XVIII століття (довжина труби 12 метрів, діаметр мідно-олов'яного дзеркала 122 см), який до середини наступного століття залишався неперевершеним. Важко собі уявити муки вченого вимушеного буквально цілодобово без перерви продовжувати полірування дзеркала, адже якщо процес зупинити до завершення, почнеться окислення верхнього шару, дзеркало не відбиватиме, і все доведеться почати з початку.

Але воно того варте — інструменти та спостереження Гершеля започаткували галактичну астрономію, астрофізику. Йому вдалося відкрити нову планету - Уран, а також безліч комет і кілька супутників планет. Щоправда, принагідно Гершель створив власну версію дзеркального телескопа — без допоміжного дзеркала:

І далі нові системи дзеркальних телескопів полізли, як гриби після дощу. Якісь набували багатовікової популярності, як система Кассегрена:

Інші залишалися в довідниках, але з реальності незабаром зникали як система Грегорі:

І коли перемога дзеркальних систем уже здавалася остаточною та безповоротною, оптики розгадали таємницю віків — винайшли «ахромат» — лінзовий об'єктив, позбавлений хроматичної аберації.

У середині XVIII століття ця щаслива ідея відвідала Леонарда Ейлера, і через кілька років її втілив, як то кажуть, «у склі» оптик Джон Доллонд.

У склі вся справа й була. Виявляється, різні сорти скла мають різний коефіцієнт заломлення (здатність викривляти природний напрямок світлових променів) — це було відомо давно. Але у різних сортів також була різна та різниця у заломленні променів різних довжин хвиль, яка й призводила до розмиття зображення. Виявляється у важких стекол сорту «флінт» розкид у заломленні різнокольорових променів набагато більше, ніж загальна відмінність коефіцієнта заломлення порівняно з легким склом сорту «Крон». Стало можливим створити таке поєднання двох лінз, в якому позитивна лінза з «Крона» створює пучок променів, що сходяться, «забарвлених» хроматичною аберацією, але лінза, що йде слідом же, з «флінта» трохи зменшуючи збіжність пучка променів, практично повністю усуває різницю в сходим. квітів - тобто прибирає хроматизм.

І «зголоднілі» по лінзах, астрономи знову перекинулися до телескопів із прозорого скла.

Ось, як буває в історії будь-якої справи — немає єдиної вірної дороги, Життя складається з метань, компромісів та крайнощів.

Але за розмірами лінзові телескопи все ж таки не змогли перевершити дзеркальних своїх побратимів. Була недовга доба розквіту лінзових інструментів. Скінчилася вона двома лінзовими велетнями — Лікським та Йєркським рефракторами (рефрактор — лінзовий телескоп, тоді як дзеркальний зветься рефлектором).Джеймс Лік і Чарльз Йеркс — два бізнесмени, два олігархи свого часу, з тією відмінністю від сучасних володарів незліченних багатств, що вирішили той надлишок коштів, який їм самим не витратити, вкласти в науку. А оскільки, і тоді, і зараз, у західному світі найпередовішим і найпрестижнішим напрямом було дослідження Всесвіту, то не змовляючись Лік та Йєркс вирішили профінансувати будівництво найбільшого у світі рефрактора. Обидва звернулися за цим до найвідомішого оптика ХІХ століття — Альвана Кларка. Але Лік це зробив трохи раніше і отримав телескоп трохи менше (93 см діаметр об'єктива). Йеркс виявив бажання, щоб його телескоп був більшим, і отримав, що просив (102 см діаметр об'єктива), але виявилося, що більше — не означає краще. 93 сантиметри Лікського рефрактора виявилися тією самою розумною межею, після якої кожен новий сантиметр у діаметрі об'єктива вже грає проти якості. Тому Єркський рефрактор виявився трохи менш «зорким» телескопом, зате найбільшим досі, і при цьому досить непоганим для своїх велетенських розмірів.

У цьому історія гігантських лінзових телескопів закінчується. Лік і Йеркс нині лежать у фундаменті власних обсерваторій — саме там вони заповідали поховати урни з власним прахом. Їхні величезні телескопи теж спочивають — зараз вони вже не актуальні для сучасної науки і є не більш як музейними експонатами.

Дзеркальні телескопи продовжили свій розвиток і майбутнє поза ними. Хоча для сучасної науки виявилися свого часу дуже корисними дзеркально-лінзові гібриди.Виявляється, якщо не мети зробити повноцінний лінзовий об'єктив, і немає бажання займатися дзеркальними системами зі складними поверхнями, то можна зробити недорогий у виробництві і дуже якісний за зображенням дзеркально-лінзовий телескоп.

Розробив таку несподівану схему наш співвітчизник Дмитро Дмитрович Максутов.

Біда всіх "великокаліберних" лінзових телескопів - маса лінз об'єктива. Лінзи великих рефракторів важать сотні кілограм — їх доводиться робити товстими, або вони прогинатимуться під власною вагою. Їх робили товстими, і вони все одно прогиналися, і плюс до цього — за таких обсягів лінзи вже не вдавалося зварити однорідне оптичне скло для неї.

Але якщо використовувати не лінзу, а тонкий і легкий меніск (теж лінза, але опукло-увігнута - з приблизно однаковими радіусами кривизни обох поверхонь), то відпадає відразу кілька проблем - нехай собі гнеться - прогин однієї поверхні точно компенсується вигином іншої. Через невелику оптичну силу меніск не страждає на хроматизм. Навіщо він тоді потрібен? — щоб виправити сферичну аберацію головного дзеркала — адже виготовлення сферичної поверхні простіше та дешевше, а сфера — за багатьох її недоліків — дозволяє отримати більший корисний зір телескопа.

Зрозуміло, давно вже ніхто не робить дзеркала з олова з міддю — їх також роблять зі скла і покривають алюмінієм у вакуумних камерах. Такі дзеркала відображають до 98% відсотків світла, що потрапляє на них із Всесвіту. Але виявляється, головна перешкода для цього зоряного світла все-таки заступає від нас багато світових таємниць. Це наша атмосфера.Цей природний фільтр захищає нас і все живе на планеті від жорсткого сонячного випромінювання, але і відповідно поглинає левову частку космічних променів, що цікавлять сучасних астрономів.

Башти з телескопами почали піднімати на найзахмарніші вершини, туди, де чистіше повітря, немає міського засвічення і тонше шар атмосфери — ближче до зірок.

Але найфеноменальнішим кроком до зірок став запуск заатмосферного телескопа імені Едвіна Хаббла. Перебуваючи на орбіті Землі, цей телескоп в автоматичному режимі веде спостереження цілодобово. Адже там — поза повітряним океаном — зірки видно завжди. Фото з комп'ютера телескопа ім. Хаббла відправляються на Землю у цифровому форматі по радіоканалу.

При тому, що цей космічний телескоп помітно поступається в розмірах багатьом земним, зображення отримані ним з космосу, де немає поглинання світла та турбуленції атмосферних потоків, настільки якісні та детальні, що розвиток наземних спостережних приладів стає менш перспективним.

Хоча, зрозуміло, обмеженою кількістю вкрай дорогих телескопів заатмосфери вся сучасна астрономія сита не буде, і нових веж у горах з'явиться ще немало.

На завершення розповіді хочу згадати, що поряд із цілком звичними оптичними телескопами вже багато десятиліть створюються і використовуються для вивчення нашого величезного світу телескопи дещо іншого. Досі йшлося про вивчення Всесвіту спираючись на світ, що приходить з космічних далечінь. Але з глибин Всесвіту до нас приходить не лише світло. Приходять радіохвилі, рентгенівське та гамма-випромінювання. Простір пронизаний ультрафіолетовими та інфрачервоними – тепловими – хвилями.Виявляється, для кожного з цих видів випромінювання існують спеціальні телескопи — вони фіксують це випромінювання і показують нам те, як би для нас виглядав Всесвіт, якби ми могли також сприймати своїми органами почуттів усі ці незвичні нам потоки невидимих ​​для очей променів.

Як музичний супровід до цієї статті буквально проситься мій відносно недавній, але напевно найастрофізичніший альбом: Stargazer — Старгейзер.

Ось посилання, де його завантажити:

Око в інший світ: як влаштований телескоп і чому людству так важливо вивчати космос

Мрія багатьох дітей (та й багатьох дорослих) опинитися в космосі, на жаль, не для всіх здійсненна – станом здоров'я туди пропустять лише обраних. Зате є інший варіант подивитися на зірки та планети, обійшовши стороною і медичне обстеження, і гравітацію, і важкі скафандри. Йдеться про телескопи: їх може купити кожен, але щоб почати з ними працювати, потрібно гарненько поринути у це питання.

Перші кроки до освоєння космосу: хто вигадав телескоп

Якщо поставити це питання першій (або хоча б другій) зустрічній людині, він напевно назве ім'я Галілео Галілея. Італійський вчений справді створив телескоп, завдяки якому можна було розглянути небесні тіла, але це була не перша спроба людства поглянути в космос.

Винахід першого лінзового телескопа відбулося 1608 року. Його створив Якоб Метіус – голландський винахідник та фахівець із шліфування лінз. Він з'єднав дві лінзи – опуклу та увігнуту – і встановив їхню трубку. У нього вдалося створити пристрій для спостереження за віддаленими предметами так, ніби вони знаходяться поблизу» (так говорилося в заявці на патент телескопа Метіуса).

Але до чого тут Галілео Галілей? А при тому, що в 1609 він повторив виготовлений раніше Якобом Метіусом телескоп, який давав приблизно триразове збільшення, але добре допрацював його, тоді він створив телескоп, що дає збільшення в 32 рази!

І хоча телескоп Галілея дозволяв бачити на дуже далекій відстані, мав один істотний мінус — маленький поле зір.

До речі, назву «телескоп» вигадав не Галілей, і навіть не Метіус. Його автором став грецький математик Іоанніс Дімісіанос. У 1611 році він запропонував назвати цю підзорну трубу телескопом, тому що з грецького «тіле» – «далеко» та «скопео» – «дивлюся».

Так Галілей започаткував вивчення космосу: дізнався, що Місяць подібно до Землі має складний рельєф, виявив супутники Юпітера, які зараз носять назву, пов'язані з його ім'ям, встановив, що Венера змінює фази і здійснив ще кілька геніальних відкриттів.

Галілей зробив телескоп найобговорюваним винаходом у суспільстві вчених. І, звичайно, тепер багатьом з них хотілося створити власну покращену версію приладу. Серед таких людей був Йоганн Кеплер. Вже 1611 року він створив телескоп, у якому і об'єктив, і окуляр були опуклими, що дозволило зробити більшим збільшення телескопа. Щоправда, зображення виходило перевернутим догори ногами.

Наступні серйозні зміни до механізму телескопа були внесені майже через півстоліття: 1656 року голландський учений Християн Гюйгенс створив зовсім новий прилад, довжина труби якого становила близько 4 метрів.Телескоп Гюйгенса кардинально відрізнявся від попередніх версій: у його конструкції була відсутня труба, об'єктив розміщувався на спеціальній платформі, яка могла рухатися вгору і вниз, а окуляр розташовувався окремо, на підставці. Завдяки цьому пристрою Гюйгенс зміг розглянути смуги на поверхні Юпітера, кільця Сатурна, відкрити його супутник (який пізніше отримав назву Титан).

Ще через три десятиліття телескоп знову почав зазнавати змін, цього разу їм зайнявся невідомий Ісаак Ньютон. Справжній знавець фізики вирішив перервати тенденцію використання одних лише лінз у телескопі та створив телескоп, у якому не було жодної лінзи. Головним героєм нового приладу стало дзеркало! Точніше, навіть два дзеркала: одне – промені, що збирає, інше – вторинне, яке виводило зображення до нас в окуляр. Це рішення дозволило позбавити зображення спотворення і трохи зменшити кольорові контури навколо небесних тіл (хроматизм – одна з головних проблем лінзових телескопів, яка нарешті практично вирішилася).

Тільки багато в телескопі Ньютона залежало від якості полірування дзеркал, і лише через кілька років йому вдалося вдосконалити свій прилад, вбудувавши в нього дзеркало. Телескоп давав 40-кратне збільшення, яке тоді не забезпечував жоден інший апарат.

Але треба зазначити, що хоч Ньютон і зменшив хроматизм, він ще не повністю його позбувся. Закінчив розпочате вже інший вчений, винахідник Честер Хол: він спорудив одну велику лінзу, використовуючи дві маленькі лінзи, виготовлені з різних сортів скла з різним коефіцієнтом заломлення. Таким чином, цим лінзам вдавалося коригувати один одного, завдяки чому яскраві райдужні плями навколо небесних тіл зникли.

Честер Холл таким чином довів - Ісаак Ньютон помилився у своєму припущенні про те, що колірні спотворення не можуть бути ліквідовані за допомогою телескопів, що заломлюють, а не відображають.

Остання (у списку, але не за значущістю) людина, яка доклала свою руку до створення найкращого телескопа, це радянський учений Дмитро Максутов. У 1941 році Максутов винайшов меніскову систему, якій судилося зіграти велику роль у розвитку оптичного приладобудування: він запропонував перед об'єктивом встановити увігнуто-опуклу лінзу (меніск), яка обмежувалася двома сферичними поверхнями.

Розбір за складом: з чого складається сучасний телескоп

• Труба (або тубус) – з'єднує всі елементи телескопа докупи.
• Тринога – «ніжки» телескопа.
• Об'єктив – «око», що прямує на об'єкт спостереження.
• Окуляр – частина телескопа, яку ми дивимося.

А ось їхня внутрішня складова вже сильно відрізняється.

Які бувають телескопи

Виділяють три види телескопів:

1. Рефрактори. У ньому використовуються лише лінзи, а принцип його роботи полягає у заломленні сонячних променів.
2. Рефлектори. Такі телескопи повністю складаються із дзеркал.
3. Катадіоптрики чи дзеркально-лінзові оптичні системи. Поєднують у собі складові рефракторів та рефлекторів.

Ми любимо вивчати все досконало, тому розберемо детальніше як улаштовані всі ці телескопи.

Як працюють рефрактори

Його ще називають рефрактором Ньютон. Об'єктив такого телескопа є двоопуклою лінзою, чиє завдання полягає в збиранні світлових променів і фокусуванні їх в одній точці - саме тут і створюється зображення.

А далі справа залишається за малим – це зображення потрібно збільшити.Така відповідальна роль лежить на окулярі та на фокусній відстані між ним та об'єктивом. Чим більша фокусна відстань, тим більші об'єкти можна досліджувати за допомогою рефрактора.

Але це тільки звучить все так просто і зрозуміло, а насправді ж лінзи, які застосовуються в сучасних моделях телескопів, є складними оптичними системами. Якщо прибрати з неї хоча б один компонент або щось не врахувати, це може спричинити сильні похибки одержуваного зображення.

По-перше, при використанні неякісної або тільки однієї лінзи, промені, що збираються, можуть не сфокусуватися в одній точці. Таке явище отримало назву «сферична аберація» — через неї отримана картинка буде розмита з обох боків.

А по-друге, окрім сферичної, можна натрапити і на хроматичну аберацію (або хроматизм) — про неї ми вже розповідали. Це відбувається тому, що до складу світла, що походить від космічних об'єктів, входять промені різного колірного діапазону. Проходячи через об'єктив рефрактора, вони не можуть однаково попрямувати в одну конкретну точку, в результаті ці промені розсіюються і утворюють райдужну облямівку навколо об'єкта, що розглядається.

На щастя, сьогодні фахівці навчилися позбавлятися аберацій, щоправда, вимагає це чималих зусиль.

Як працюють рефлектори

З рефлекторами проблем набагато менше: хроматизм зовсім відсутня, а сферична аберація якщо і є, то незначна, та й швидко виправна — потрібно лише трохи змінити форму головного дзеркала.

Отже, у рефлекторах замість лінз використовують дзеркала.Головне дзеркало, розташоване в об'єктиві, теж збирає світлові промені і направляє їх в одну точку через фокусатор — пристрій, який дозволяє змінювати налаштування фокусу телескопа та налаштовувати чіткість зображення. Далі промені потрапляють на невелике діагональне дзеркальце, завдання якого полягає в напрямку зображення в окуляр.

Для рефлектора в принципі не дуже потрібна труба. Тому більшість сучасних великих телескопів використовують замість неї полегшену сітчасту конструкцію, завдання якої лише одне — підтримувати всі елементи телескопа.

Як працюють катадіоптрики

Ця складна оптична система, що складається і з дзеркал, і з лінз, надає нам найбільш якісну картину космічних об'єктів без жодних аберацій та інших спотворень.

В об'єктиві розташовуються лінза Меніск і дзеркало сферичної форми, лінза збирає промені і направляє в інше дзеркало, увігнуте, звідки вони повертаються в перше дзеркало і фокусуються в одній точці. А потім з цієї точки промені прямують до окуляра.

Якщо порівняти катадіоптрики з рефракторами і рефлекторами, то в очі відразу впадає одна їхня особливість — більш коротка труба. Це необхідно для того, щоб забезпечити якісне багаторазове переображення світлових променів (і не втратити жодного з них).

З допомогою всіх трьох видів телескопів можна розглянути як планети, а й Сонце. Але тоді їм знадобляться додаткові фільтри, які захистять наші очі (та й самі прилади) від прямих сонячних променів.

Як вибрати перший телескоп

Якщо ви тільки починаєте прокладати шлях до зірок, але поки не бажаєте купувати собі телескоп, то почніть з бінокля. Його збільшення вистачить для того, щоб розглянути плеяди (ми перевіряли, чи це точно працює) і Місяць.

Із плюсів:

Мінуси:

Для тих, хто хоче відчути себе справжнім астроном, але ще не готовий поратися з налаштуваннями телескопа, підійде рефрактор. Він дозволяє розглянути тьмяні плеяди, планети, Місяць та Сонце.

А якщо ви хочете відразу максимально поринути у світ космосу, то вибирайте катадіоптрик! Але бажано б/в, нові коштуватимуть шалені гроші.

• Немає хроматизму;
• Чудово видно планети;
• Компактний у порівнянні з рефрактором.

Тим, хто вже давно в темі і хто хоче на власні очі переконатися, що галактик дійсно ціла множина, а ще розглянути такі явища, як, наприклад, туманності, необхідно вибирати рефлектор .

Мінуси:

• Якщо випадково зачепити телескоп рукою, його потрібно буде заново налаштовувати (юстувати);
• Дорогий у порівнянні з іншими варіантами.

Якщо ви все ще переживаєте, що не зможете розібратися в заплутаній карті зоряного неба і в тому, як налаштовувати телескопи для спостереження за планетами, то вам чудова мотивація: з телескопами можуть працювати навіть діти! У Росії існують школи юних астрономів, і одна з найперспективніших розташована в Чорноголівській обсерваторії. Там маленькі любителі космосу починають освоювати космічний простір із восьми років і активно користуються всіма видами телескопів. До речі, відвідати обсерваторію може кожен – абсолютно безкоштовно! Потрібно лише записатися на заняття на їхньому сайті.

Чому космос такий нам цікавий?

Звичайно, хочеться просто поглянути на інший світ на власні очі: подивитися на планети, на Сонце, на сузір'я.А навіщо вчені витрачають свій дорогоцінний час, вивчаючи космос? Про це ми попросили поміркувати планетарного геолога, космоблогера та наукового популяризатора Алісу Заріпову – її ми, до речі, знайшли на фестивалі «Тушіть Світло!» у наукограді Чорноголівка, який у перспективі проходитиме щороку.

«Якщо говорити про фундаментальне значення космосу, то це питання про те, хто ми є, звідки прийшли і куди йдемо, якщо говорити про прикладне застосування, то дуже багато сучасних пристроїв, якими ми користуємося в побуті створені завдяки тому, що людина відчуває свої сили , розум та технології для виходу за межі нашої атмосфери: мініатюризація комп'ютерів, мобільні телефони та багато іншого.

«Шляхом звичайного спостереження за зірками та планетами в телескоп на сьогоднішній день можна дізнатися дуже багато, бо є такі телескопи, що дозволяють нам заглянути на мільйони років у минуле і поглянути все далі до народження нашого Всесвіту»

Знову ж таки, якщо говорити про просте і дуже прикладне значення, то ми сильно залежні, по-перше, від нашої Зірки, та її «настрою» — тільки подивіться, як гіпертоніки по всій Землі відстежують спалахи на Сонці — загалом, це суттєво впливає на наше життя, наше функціонування, окрім вражаючих побічних ефектів у вигляді Північного Сяйва. По-друге, ми залежні від нашого природного супутника Місяця, який контролює припливну систему нашої планети.

Людство тільки починає свій шлях у дослідженні космічного простору, і багато що все ще залишається невідомим. Розвиток людства в космосі = прогрес на Землі, все, що використовується та розробляється для роботи в космосі, так чи інакше застосовується людьми на Землі, тому космос — це найвища та передова точка розвитку нашого виду.

Важливо: я не говорю про супутників, без яких ми взагалі сучасне життя не уявляємо, адже на висотах від 200 км до 30 тис км літають космічні апарати, які допомагають нам робити точні метеорологічні прогнози (супутники дистанційного зондування землі), допомагають нам переміщатися території (супутники навігаційні), допомагають нам зв'язуватися один з одним швидше та швидше доносити інформацію (супутники зв'язку та телекомунікації)».

Мережеве видання TechInsider
Засновник ТОВ «Фешн Прес»: 119435, р. Москва, Великий Саввінський пров., буд. 12, стор. 6, поверх 3, прим. II;
Адреса редакції: 119435, Москва, Великий Саввінський пров., буд. 12, стор. 6, поверх 3, прим. II;
Головний редактор: Василенок Микита Олександрович
Адреса електронної пошти у редакції: [email protected]
Номер телефону редакції: +7 (495) 252-09-99
Знак інформаційної продукції: 16+
Мережеве видання зареєстроване Федеральною службою з нагляду у сфері зв'язку, інформаційних технологій та масових комунікацій, реєстраційний номер та дата прийняття рішення про реєстрацію: серія ЕЛ № ФС 77 - 84123 від 09 листопада 2022 р.

© 2007 - 2024 ТОВ «Фешн Прес»
При розміщенні матеріалів на Сайті Користувач безоплатно надає ТОВ «Фешн Прес» невиключні права на використання, відтворення, розповсюдження, створення похідних творів, а також на демонстрацію матеріалів та доведення їх до загальної інформації.