Телескопи

Телескоп, у перекладі з давньо-грецької мови, утворюється з двох слів: «тілі» - далеко і «скоп» - дивлюся. Таким чином, телескоп – це оптичний пристрій, призначений для спостережень за далекими небесними об'єктами.

Це визначення лише наочно визначає сферу його застосування, але насправді можливості телескопа для любителів астрономії практично безмежні. Телескоп допомагає відкривати таємниці всесвіту, яких людство прагнуло за всіх часів. Жоден інший сучасний оптичний прилад поки не може зрівнятися з телескопом за масштабами спостережень. Окрім звичних космічних спостережень, телескоп можна використовувати для спостереження за земними об'єктами, тому його відносять до універсальних спостережних апаратів, які використовують і любителі та професіонали.

Телескопи існують всім діапазонів електромагнітного спектра: радіотелескопи, рентгенівські телескопи, оптичні телескопи і навіть гамма-телескопы. Класичні оптичні телескопи використовують в астрономії для спостереження та вивчення небесних світил. Перші креслення найпримітивнішого телескопа були знайдені в записках Леонардо Да Вінчі, а створення його приписується Хансу Ліпперсхею та його сучасникам у 1608 році.

Робота телескопа заснована на фокусуванні та збиранні світлового випромінювання від небесних тіл. Тому, чим більше діаметр його світлозбирального елемента, тим більше об'єктів можна розглядати в телескоп. Для збору світла конструкції оптичної зони телескопа передбачені дзеркала або лінзи. Залежно від виду паркану світла, телескопи діляться на рефрактори і рефлектори.У лінзових телескопах (рефракторах) використовуються великі лінзи, а рефлектори зазвичай комплектуються увігнутим дзеркалом, тому ще називають дзеркальними. Існують також дзеркально-лінзові (катадіоптричні) телескопи, у яких застосовують одночасно обидві оптичні системи.

Для того, щоб збільшити небесні об'єкти, і подивитися на них чіткіше, потрібен окуляр, який складається з кількох лінз. Окуляри діляться на кілька видів і відрізняються за своєю фокусною відстанню, що також впливає на характеристики телескопа. Значно збільшити фокусну відстань дозволяє спеціальна лінза Барлоу, яка розташована перед окуляром. Під час спостереження у будь-який астрономічний телескоп зображення зіркових об'єктів буде перевернуте чи дзеркальне. Це не надто важливо при дослідженні зоряного неба чи космічних тіл, але наземних спостережень не підійде. Тому для дослідження Землі є спеціальні телескопи, які комплектуються призмами, що випрямляють, корегують зображення.

Меню

Статті

Однією з найскладніших технічних завдань майже для будь-якого пілотованого перельоту на Марс є правильна та безпечна доставка космонавтів на поверхню «Червоної планети».

Навіть зараз, багатьом вченим, філософам та простим людям не дає спокою питання про існування позаземного життя чи цілих інопланетних цивілізацій. Цьому питанню присвячують багато фільмів та книг.

Оптичні характеристики телескопа

Для любителя початківця астрономії можуть бути незрозумілими безліч параметрів і специфікацій - оптичних характеристик інструменту. Але розуміти про що йдеться просто необхідно для усвідомленого вибору майбутнього інструменту.Апертура, світлосила або відносний отвір, збільшення, кутова роздільна здатність та гранично доступна зоряна величина, центральне екранування в рефлекторах і т.д. - всі ці параметри та величини несуть у собі певний сенс, вони допомагають підібрати телескоп відповідно до ваших спостережних завдань та житлових умов.

У деяких випадках, чимось можна знехтувати на користь зручності та комфорту при спостереженнях, в той же час не загострювати увагу на теоретичних і на практиці дуже абстрактних параметрах, як граничне збільшення телескопа або роздільна здатність та гранична зоряна величина. Адже такі речі зазвичай є з основних параметрів, таких як діаметр об'єктиву — апертура, і такі здібності телескопа можуть бути сильно обмежені атмосферними умовами або засвіченим небом.

Апертура та фокус

Апертурою є робочий діаметр телескопа об'єктиву. Від цієї величини, як правило, повністю залежать можливості інструменту і багато інших параметрів. Адже чим більшим діаметром об'єктива має телескоп, тим більше світла буде зібрано від далеких об'єктів космосу. Зрозуміло, для серйозних астрономічних спостережень апертури може бути багато!

Саме це змушує професійних астрономів будувати по всьому світу телескопи із дзеркалами, що мають діаметр 8-10м. І навіть це не межа, вже сьогодні на креслярських дошках інженерами розробляються телескопи із дзеркалами до неймовірних 30м у діаметрі.

Звичайно, для любителів астрономії діапазон застосовуваних апертур дещо менший, але і він дивує.Початківці любителі астрономії приступають до своїх перших спостережень, озброївшись невеликими телескопами з діаметром від 70мм до 100-150мм, а набравшись достатньо досвіду і вже цілком визначившись зі своїми спостережними завданнями, переступають до детального вивчення Всесвіту з куди більш потужними телескопами іноді й більше.

Згадаймо, як працює найпростіший телескоп. Об'єктив телескопа збирає світло від об'єкта, що спостерігається, і на деякій відстані будує його зображення. Точка оптичної осі, на якій було побудовано зображення, називається фокальною, а площина, побудована від цієї точки і строго перпендикулярна до оптичної осі — фокальною площиною. Окуляр телескопа працює як потужна лупа, дозволяючи спостерігачеві вивчати збудоване у фокальній площині зображення. Відстань від об'єктиву до фокальної площини телескопа називається фокусною відстанню об'єктива, відповідно відстань від лінзи найпростішого окуляра до фокальної площини – фокусною відстанню окуляра. Ставлення цих величин визначає збільшення телескопа. Наприклад, маючи об'єктив з фокусом 1000мм і окуляром 10мм, ми отримаємо збільшення в 100х.

На перший погляд може здатися, що найкращим вибором стане телескоп, який має найбільшу апертуру в рамках бюджету на покупку. Великий фокус об'єктива забезпечує можливість застосування більш довгофокусних і комфортних для спостережень окулярів.

Але на практиці все не так однозначно. Те, де і як ви збираєтеся спостерігати, накладає певні обмеження на максимально допустиму апертуру телескопа та його фокусну відстань.Всі ці параметри безпосередньо впливають на вагу та габарити телескопа, складання якого може стати надто трудомістким, а в зібраному вигляді він може просто не поміститися на тісній лоджії тощо.

Відносний отвір

Відношення між фокусом та діаметром телескопа є його відносним отвором або світлосилою. Порахувати світлосилу телескопа дуже просто, телескоп з фокусом 1000мм і діаметром 100мм матиме відносний отвір 1/10. Цей параметр важливий переважно у астрофотографії, т.к. велика світлосила забезпечує менший час експозиції при зйомці об'єктів, що слабо світяться - туманностей, галактик і зоряних скупчень. Тобто ми отримуємо можливість накопичити на фотоплівці або чіпі ПЗЗ-приймача більше світла за менший час і отримати більше відзнятого матеріалу.

При візуальних спостереженнях та планетної астрофотографії ситуація дещо змінюється. Тут вигідніше великий фокус і, отже, менший відносний отвір. Це пов'язано, по-перше, з особливостями об'єктива, аберації якого сильніше себе проявляють саме за великої світлосили. І, по-друге, з масштабом зображення, одержуваного у фокальній площині. Більшість телескопів рефракторів розумним відносним отвором є 1/10-1/12, рефлектори Ньютона зазвичай мають 1/5-1/8, а катадіоптричні системи кассегреновского типу щось близько 1/10-1/15.

Роздільна здатність телескопа та гранично доступна зоряна величина

Власне, саме за кутовий дозвіл і проникнення телескопа борються всі спостерігачі. Ці параметри забезпечує величина апертури телескопа.Висока роздільна здатність дозволяє розглянути дрібні деталі на поверхні Місяця і планет, розділити тісні пари подвійних зірок та подробиці структури дип-ської об'єктів. Проникнення вказується як гранична зоряна величина, доступна телескопу.

Необхідно пам'ятати, що ці специфікації є теоретичними і на практиці можуть бути сильно обмежені спостережними умовами. Ось, наприклад, теоретично 250мм телескоп має кутову роздільну здатність в 0,5'' (кутові секунди) і проникнення 14,8m (зоряних величини). Але навіть можливі найкращі атмосферні умови середніх широт, в яких перебуває Україна та країни, що межують, рідко коли дозволяють розділити тісні пари подвійних зірок менше 1''. Теж стосується проникнення телескопа, зірки 14,8m будуть доступні для 250мм телескопа лише під первозданно темним небом високо в горах і далеко від міського засвічення. Зрозуміло, виняткова якість і контраст телескопа, що застосовується, також необхідні.

Центральне екранування телескопів рефлекторів

Одним з важливих параметрів телескопів рефлекторів і катадіоптриків, що впливають на якість одержуваного зображення, є величина центрального екранування апертури вторинним дзеркалом. Ця величина зазвичай виражається у відсотках від діаметра головного дзеркала, але іноді від площі. Так, наприклад, у 200мм телескопа, що має вторинне дзеркало діаметром 50мм, величина центрального екранування складе 25% від діаметра і 6% від площі.

Крім, нехай невеликих, але все ж таки очевидних світловтрат центральне екранування призводить до перерозподілу енергії з гуртка Ері, видимого зображення зірки, в дифракційні кільця.Звичайно, це призводить до зниження контрасту зображення та роздільної здатності телескопа.

Зрозуміло, необхідно прагнути найменшого центрального екранування для досягнення найкращої якості зображення. Але слід пам'ятати, що із зменшенням розмірів вторинного дзеркала падає освітленість крайових ділянок поля, що призводить до відомого ефекту віньєтування зображення. При візуальних спостереженнях цей ефект практично не виявляється, а ось при фотографічних його дія цілком помітна - центральна частина кадру опрацьовується нормально, а ось крайові ділянки начебто затемнені. Виробником зазвичай вибраний якийсь компроміс, що забезпечує відносно невелике екранування для візуальних спостережень і водночас невелике віньєтування на краю поля під час роботи з більшістю доступних приймачів зображення.

Збільшення телескопа

Питання збільшення телескопа ми не просто так розглянемо в останню чергу. Найчастіше, початківцями і просто зацікавленими в астрономії людьми цьому питанню приділяється надмірна увага. Як згадувалося вище, найголовнішими з параметрів телескопа, що визначають практичну більшість усіх наступних специфікацій, є його апертура та фокусна відстань. Зображення будує саме об'єктив, а окуляр лише дозволяє його збільшити та докладно розглянути. Отже, збільшення телескопа залежить повністю від застосовуваного окуляра.

У специфікаціях та параметрах телескопа зазвичай вказують мінімально та максимально можливе робоче збільшення тієї чи іншої моделі. Максимальне збільшення є досить індивідуальним параметром для певної оптичної системи.Так, наприклад, в умовах спокійної атмосфери, телескопи рефрактори можуть досягати відомого 2D (збільшення рівного подвоєного діаметру об'єктива в міліметрах), ця система виключає появу помітних конвективних потоків всередині труби і завдяки зазвичай невеликому діаметру об'єктива, менш чутлива до деяких з атмосферних. Телескопи катадіоптричних схем, що мають високу якість оптики, також можуть досягати 2D, а ось граничним збільшенням телескопів рефлекторів Ньютона зазвичай можна вважати 1,6-1,8D. Знов-таки, подібні параметри дуже індивідуальні, і на 200мм телескопі можна поставити збільшення 500х, перевищивши відомі 2D, але з цим тільки потьмяніє і помутніє зображення, збільшиться кількість видимих ​​атмосферних перешкод. Тому максимальним можна вважати збільшення, яке ще дозволяє комфортно спостерігати об'єкт і бачити при цьому більшу кількість деталей. Варто пам'ятати, що кожен об'єкт пред'являтиме свої вимоги. Для спостереження Юпітера на 200мм телескопі, максимальним збільшенням може бути 350-380х, тоді як спостерігати якусь галактику вийде максимум при 100-150х.

Мінімальним збільшенням телескопа є так зване рівнозірникове збільшення. У темряві діаметр зіниці людського ока дорівнює приблизно 6мм, рівнозірниковим збільшенням є те, при якому вихідна зіниця оптичної системи дорівнюватиме тим же 6мм. В іншому випадку, якщо вихідна зіниця телескопа перевищує розмір зіниці спостерігача, значить, частина світла просто не потрапляє на сітківку і для спостерігача телескоп діафрагмується. Про те, як обчислити рівнозіркове збільшення, ми ще поговоримо нижче.

Набір зручних збільшень

Але, варто розглянути набір збільшення, який буде необхідний для комфортного проведення спостережень різних об'єктів. На практиці, велике збільшення потрібне лише при вивченні яскравих та компактних об'єктів, таких як планети, деталі рельєфу Місяця, подвійні зірки. У більшості випадків використовують невелике збільшення для пошуку об'єкта, для спостереження зоряних полів і дивовижних скупчень в Чумацькому Шляху. Мале та середнє збільшення також використовується для туманностей, галактик. Середнє та досить високе збільшення часто підходить для детального вивчення та поділу на окремі зірки кульових зоряних скупчень. Розглянемо невеликий список із простими формулами для обчислення відповідного збільшення для тих чи інших завдань:

Мінімальне або рівнозірникове збільшення. Для того, щоб обчислити рівнозіркове збільшення телескопа, необхідно діаметр його об'єктиву в міліметрах розділити на 6 (D/6). Наприклад, 200мм/6 = 33x. Залежно від фокусної відстані об'єктиву, підбираємо окуляр, який забезпечує телескопу рівнозіркове збільшення. Саме таке збільшення якнайкраще підійде для вивчення протяжних об'єктів дип-скай і зоряних скупчень.

Середнє збільшення близько D/2 добре підходить для докладнішого вивчення структури дип-ской об'єктів, у деяких випадках виявлення додаткових деталей будови туманностей і галактик.

Для оглядових спостережень Місяця та поділу кульових зоряних скупчень зазвичай добре підходить збільшення близько D/1, тобто дорівнює величині діаметра об'єктива в міліметрах.

Максимальне збільшення досягається, залежно від атмосферних умов та типу оптичної системи, при 1,6-2 D. Зрозуміло, саме це збільшення допоможе розрізнити тонкі деталі у структурі Марса, Юпітера, Сатурна, поверхні Місяця та розділити тісні пари подвійних зірок.

Ткачук Леонід