Навіщо потужним телескопам дзеркало? Яку функцію виконує?

Дзеркало, найголовніша частина телескопа, а чому? Що воно робить?

збирання дзеркала телескопа

дзеркало телескопа Гершель

телескоп Хабл у космосі

Тут два питання в одному. ЩО робить дзеркало як оптичний елемент і чому саме ДЗЕРКАЛО, а не лінза?

Ну, за пунктами. Дзеркало будує зображення. Увігнуте дзеркало оптично працює так само, як і лінза, що збирає: фокусує паралельний пучок світла в одну точку. Для нього навіть є своя формула дзеркала, яка точно повторює формулу лінзи.

Але далі починаються відмінності, і часом радикальні.

Насамперед, лінзові оптичні системи – будь-які – дають хроматичну аберацію (колірні спотворення), що викликається дисперсією – залежністю коефіцієнта заломлення скла від довжини хвилі. Через це у простому однолінзовому об'єктиві зображення завжди оконтурене - просто уявіть собі край лінзи у вигляді призми (яким він і є), і далі все стане зрозумілим. Тому вся лінзова оптика завжди багатолінзова - саме для зниження, наскільки це можливо, хроматичних аберацій.

Дзеркальні об'єктиви в принципі не дають хроматичних аберацій, бо кут падіння дорівнює куту відображення будь-якої довжини хвилі. Тобто єдине дзеркало за цим параметром - хроматичні аберації - принципово краще за будь-яку лінзову систему.

З цим же – відображенням замість заломлення – пов'язана і така перевага рефлекторів, як широкосмуговий. Металева поверхня (дзеркала - це алюміній, напилений на скло) однаково добре - або майже однакового - відображає світло практично будь-якої довжини хвилі - від жорсткого УФ до далекого ІЧ.Для скла, знову ж таки будь-якого, діапазон прозорості завжди обмежений і навіть близько не підбирається до того, що може дзеркало. Матеріали, прозорі в одному діапазоні довжин хвиль, в іншому теж "смачному" для астрономів, абсолютно непрозорі.

Другий момент, мабуть, навіть важливіший: чутливість. Відомо, що з розгляду слабких джерел світла (а віддалені галактики – це дуже слабкі джерела) треба збільшувати площу об'єктива. І тут рефлектори мають радикальну перевагу перед рефракторами. Ось просто уявіть собі складність створення багатолінзового об'єктиву діаметром 6 метрів (діаметр дзеркала на БТА в Зеленчукській обсерваторії – а він не входить навіть у топ-30 сучасних телескопів…) – адже обробляти із субмікронною точністю треба не одну поверхню ось такого розміру, а десяток . Ну а заразом уявіть собі й масу такого об'єктивника.

Розмір дзеркала може бути ... та практично будь-яким. Вже зараз дзеркала діаметром 8-10 метрів нікого не дивують. Більш того, для дзеркал можливий хитрий прийом, який дозволяє з двох дзеркал невеликого розміру зробити оптичну систему, за роздільною здатністю (хоча і не за чутливістю) еквівалентну дзеркалу куди більшого розміру, - цей прийом оптична астрономія злизала у радіоастрономії (радіотелескопи з рознесеною).

Ну і "останні вісті", що називається. В останні роки розвивається зовсім новий напрямок оптичної астрономії – активна оптика та адаптивна оптика. І це можливо лише із дзеркалами.

У чому найбільша складність створення дзеркал великого розміру? Навіть не в тому, щоб створити таке дзеркало з необхідною точністю.Складність у цьому, щоб підтримувати цю точність (точність форми поверхні) за зміни орієнтації дзеркала і за зміні температури. Так ось, останніми роками набула розвитку активна оптика. Дзеркала стали робити не надважкими і пожертвими, а гнучкими. Формою дзеркала у своїй керує безліч актюаторів (просто штоків, з'єднаних із сіткою точок лежить на поверхні дзеркала). Аналізуючи в реальному часі форму дзеркала, можна за допомогою цих приводів скоригувати спотворення, що викликаються механічними навантаженнями та зміною температури. Нема чого й казати, що з лінзовими системами такий фокус не вдасться… (відмазка: для мініатюрних лінзових об'єктивів відомі рішення такого типу. Та й людське око – рефрактор, по суті, – якраз так і працює)

І наступний крок у цьому напрямі – компенсація як спотворення форми самого дзеркала, а й компенсація турбулентності атмосфери. Адже "хабл" чим хороший? Не тільки тим, що він може бути націлений на певну точку (для нього немає поняття ніч – день), а й тим, що там немає атмосфери. Так от, при достатній швидкодії таких приводних механізмів можна змінювати форму дзеркала, що вдається компенсувати спотворення, які вносить турбулентність атмосфери.

І тут вже лінзовим системам просто нічого ловити.