Як влаштований телескоп

Хоча в наш час використовують переважно гігантські астрономічні інструменти, невеликі аматорські телескопи і тепер дозволяють отримати чимало корисних відомостей.

Існують дві основні системи телескопів: лінзові (рефрактори) та дзеркальні (рефлектори).

Найпростіший телескоп-рефрактор складається з об'єктива, що представляє собою двоопуклу лінзу, і двоопуклого окуляра. фокус. У фокусі створюється дійсне зображення об'єкта, що розглядається. Це зображення збільшується за допомогою окуляра.

Хід променів у телескопі-рефракторі.

Телескоп дозволяє вирішувати дві задачі. Перша полягає в тому, щоб за допомогою об'єктиву зібрати світло далеких небесних тіл. Чим більше площа об'єктива, тим більше світла він збирає.

Друге завдання - отримати збільшене зображення об'єкта, що вивчається.. Що це означає? У фокусі телескопа створюється зображення світила, яке, зрозуміло, у багато разів менше самого світила.

Таким чином, збільшення телескопа - це відношення кута, під яким видно зображення об'єкта в окуляр, до кута, під яким цей об'єкт можна було б спостерігати неозброєним оком.

Використовуючи різні окуляри, можна отримати різні збільшення.При цьому зі зростанням збільшення зменшуватиметься поле зору телескопа. При 300-кратному збільшенні на Місяці можна розрізнити значно більше деталей, ніж при 30-кратному. Однак у першому випадку в поле зору телескопа поміститься набагато менша ділянка місячної поверхні.

Якщо об'єкт, що спостерігається, має помітні кутові розміри (Сонце, Місяць, планети, комети, туманності, галактики), то телескоп побудує його протяжне зображення, що дозволяє виявити такі деталі, які недоступні неозброєному оку.

При спостереженнях зірок справа інакша. Навіть найближчі зірки настільки далекі від нас, що при спостереженні у найбільші телескопи, як вже було згадано вище, залишаються точками. Таким чином, телескопи не збільшують видимі розміри зірок, зате вони багато разів підвищують їх видимий блиск.

У той самий час, оскільки власні розміри зірок дуже малі проти міжзоряними відстанями, телескоп збільшує видимі відстані між зірками, хіба що відсуваючи їх друг від друга. Завдяки цьому часом за допомогою телескопа вдається окремо спостерігати такі зірки, які неозброєному оку здаються одиночними.

Лінзові об'єктиви, що застосовуються в сучасних телескопах-рефракторах, є дуже складними оптичними системами. Справа в тому, що проста двоопукла лінза має серйозні недоліки. По-перше, світлові промені від небесного світила, що проходять через неї, збираються не зовсім в одній точці. Це так звана сферична аберація. Через сферичну аберацію не можна отримати протяжне зображення об'єкта, що спостерігається, однаково різке як у центрі, так і на краях поля зору.Якщо за допомогою наведення домогтися різкої видимості в центрі, розмиті краї; навпаки, якщо зробити різкими краї – зображення у центрі стане нечітким.

Другий недолік - хроматична аберація. Вона виникає внаслідок того, що світло, що випромінюється космічними джерелами, складається з різних кольорових променів, які, проходячи через об'єктив, заломлюються неоднаково і збираються в різних точках оптичної осі телескопа. Іншими словами, у променів кожного кольору утворюється власний фокус. В результаті зображення точкового об'єкта, що спостерігається, наприклад зірки, сильно спотворюється. Для боротьби з абераціями лінзові об'єктиви доводиться робити складовими, їхнє виготовлення вимагає колосальної точності і пов'язане з величезними труднощами.

Тому невипадково у сучасній астрономії найбільшого поширення набули телескопи, у яких роль об'єктиву виконує увігнуте дзеркало. Перший такий телескоп був сконструйований та побудований Ісааком Ньютоном у 1668 році.

У телескопа-рефлектора фокус знаходиться на шляху падаючих променів, тобто між об'єктивом і об'єктом, що спостерігається. І щоб розглядати зображення, створюване об'єктивом, доводиться між основним дзеркалом і його фокусом поміщати додаткове дзеркало, яке відхиляє відбиті об'єктивом промені і виводить отримане зображення або убік, або через отвір у центрі головного дзеркала. У деяких великих телескопах, наприклад в шестиметровому, кабіна спостерігача розташовується безпосередньо всередині труби.

Хід променів у телескопі-рефлекторі (одна з можливих систем).

Телескопи-рефлектори вільні від хроматичної аберації, оскільки за відображенні поверхні дзеркала немає розкладання світла. Щоб ліквідувати сферичну аберацію, дзеркало-об'єктиву надають так звану параболічну форму. Параболічна поверхня має чудову властивість - вона зводить усі промені, що падають на неї паралельно оптичній осі, в одну точку.

Відстань від центру об'єктива до головного фокусу точки перетину паралельного пучка променів, що пройшли через лінзовий об'єктив або відображені дзеркалом, називається головною фокусною відстанню телескопа. А відношення діаметра об'єктива до його головної фокусної відстані відносним отвором об'єктива. У фотографічних камер відносний отвір зазвичай називають світлосилою. Об'єктиви зі світлосилою від 1:2 до 1:6 вважаються світлосильними, з їх допомогою можна фотографувати протяжні космічні об'єкти, що слабо світяться, - комети, туманності, зоряні поля. Світлосила звичайного середнього телескопа-рефрактора становить близько 1:15.

Можливості телескопа знаходяться у прямій залежності від діаметра його об'єктива. Чим більша площа об'єктива, тим слабкіші зірки можна спостерігати за допомогою даного телескопа. Так, телескоп з об'єктивом, що має діаметр 80 мм, дозволяє бачити зірки аж до 11 зіркової величини, а телескоп з діаметром об'єктиву 760 мм - до 16,2 зіркової величини.

Як влаштований телескоп

Хоча в наш час використовують переважно гігантські астрономічні інструменти, невеликі аматорські телескопи і тепер дозволяють отримати чимало корисних відомостей.

Існують дві основні системи телескопів: лінзові (рефрактори) та дзеркальні (рефлектори).

Найпростіший телескоп-рефрактор складається з об'єктива, що представляє собою двоопуклу лінзу, і двоопуклого окуляра. Об'єктив збирає промені, що йдуть від джерела світла, у точку, що носить назву фокус. У фокусі створюється дійсне зображення об'єкта, що розглядається. Це зображення збільшується за допомогою окуляра.

Хід променів у телескопі-рефракторі.

Телескоп дозволяє вирішувати дві задачі. Перша полягає в тому, щоб за допомогою об'єктиву зібрати світло далеких небесних тіл. Чим більше площа об'єктива, тим більше світла він збирає.

Друге завдання - отримати збільшене зображення об'єкта, що вивчається. Що це означає? У фокусі телескопа створюється зображення світила, яке, зрозуміло, набагато менше самого світила. Але так як це зображення знаходиться близько від спостерігача, його можна розглядати в окуляр під значно більшим кутом, ніж світило неозброєним оком.

Таким чином, збільшення телескопа - це відношення кута, під яким видно зображення об'єкта в окуляр, до кута, під яким цей об'єкт можна було б спостерігати неозброєним оком. Щоб обчислити збільшення, треба знати фокусні відстані об'єктива та окуляра. Збільшення дорівнює відношенню фокусної відстані об'єктива до фокусної відстані окуляра.

Використовуючи різні окуляри, можна отримати різні збільшення. При цьому зі зростанням збільшення зменшуватиметься поле зору телескопа. При 300-кратному збільшенні на Місяці можна розрізнити значно більше деталей, ніж при 30-кратному. Однак у першому випадку в поле зору телескопа поміститься набагато менша ділянка місячної поверхні.

Якщо об'єкт, що спостерігається, має помітні кутові розміри (Сонце, Місяць, планети, комети, туманності, галактики), то телескоп побудує його протяжне зображення, що дозволяє виявити такі деталі, які недоступні неозброєному оку.

При спостереженнях зірок справа інакша. Навіть найближчі зірки настільки далекі від нас, що при спостереженні у найбільші телескопи, як вже було згадано вище, залишаються точками. Таким чином, телескопи не збільшують видимі розміри зірок, зате вони багато разів підвищують їх видимий блиск.

У той самий час, оскільки власні розміри зірок дуже малі проти міжзоряними відстанями, телескоп збільшує видимі відстані між зірками, хіба що відсуваючи їх друг від друга. Завдяки цьому часом за допомогою телескопа вдається окремо спостерігати такі зірки, які неозброєному оку здаються одиночними.

Лінзові об'єктиви, що застосовуються в сучасних телескопах-рефракторах, є дуже складними оптичними системами. Справа в тому, що проста двоопукла лінза має серйозні недоліки. По-перше, світлові промені від небесного світила, що проходять через неї, збираються не зовсім в одній точці. Це так звана сферична аберація. Через сферичну аберацію не можна отримати протяжне зображення об'єкта, що спостерігається, однаково різке як у центрі, так і на краях поля зору. Якщо за допомогою наведення домогтися різкої видимості в центрі, розмиті краї; навпаки, якщо зробити різкими краї – зображення у центрі стане нечітким.

Другий недолік - хроматична аберація. Вона виникає внаслідок того, що світло, що випромінюється космічними джерелами, складається з різних кольорових променів, які, проходячи через об'єктив, заломлюються неоднаково і збираються в різних точках оптичної осі телескопа. Іншими словами, у променів кожного кольору утворюється власний фокус. В результаті зображення точкового об'єкта, що спостерігається, наприклад зірки, сильно спотворюється. Для боротьби з абераціями лінзові об'єктиви доводиться робити складовими, їхнє виготовлення вимагає колосальної точності і пов'язане з величезними труднощами.

Тому невипадково у сучасній астрономії найбільшого поширення набули телескопи, у яких роль об'єктиву виконує увігнуте дзеркало. Перший такий телескоп був сконструйований та побудований Ісааком Ньютоном у 1668 році.

У телескопа-рефлектора фокус знаходиться на шляху падаючих променів, тобто між об'єктивом і об'єктом, що спостерігається. І щоб розглядати зображення, створюване об'єктивом, доводиться між основним дзеркалом і його фокусом поміщати додаткове дзеркало, яке відхиляє відбиті об'єктивом промені і виводить отримане зображення або убік, або через отвір у центрі головного дзеркала. У деяких великих телескопах, наприклад в шестиметровому, кабіна спостерігача розташовується безпосередньо всередині труби.

Хід променів у телескопі-рефлекторі (одна з можливих систем).

Телескопи-рефлектори вільні від хроматичної аберації, оскільки за відображенні поверхні дзеркала немає розкладання світла. Щоб ліквідувати сферичну аберацію, дзеркало-об'єктиву надають так звану параболічну форму.Параболічна поверхня має чудову властивість - вона зводить усі промені, що падають на неї паралельно оптичній осі, в одну точку.

Відстань від центру об'єктива до головного фокусу точки перетину паралельного пучка променів, що пройшли через лінзовий об'єктив або відображені дзеркалом, називається головною фокусною відстанню телескопа. А відношення діаметра об'єктива до його головної фокусної відстані відносним отвором об'єктива. У фотографічних камер відносний отвір зазвичай називають світлосилою. Об'єктиви зі світлосилою від 1:2 до 1:6 вважаються світлосильними, з їх допомогою можна фотографувати протяжні космічні об'єкти, що слабо світяться, - комети, туманності, зоряні поля. Світлосила звичайного середнього телескопа-рефрактора становить близько 1:15.

Можливості телескопа знаходяться у прямій залежності від діаметра його об'єктива. Чим більша площа об'єктива, тим слабкіші зірки можна спостерігати за допомогою даного телескопа. Так, телескоп з об'єктивом, що має діаметр 80 мм, дозволяє бачити зірки аж до 11 зіркової величини, а телескоп з діаметром об'єктиву 760 мм - до 16,2 зіркової величини.