Телескопе какого типа содержатся только линзы
Сравнение основных зеркал некоторых телескопов
тёмно-синий кружок — БТА
Оптический телескоп — телескоп, собирающий и фокусирующий электромагнитное излучение оптического диапазона. Его основные задачи увеличить блеск и видимый угловой размер[1] объекта, то есть, увеличить количество света, приходящего от небесного тела (оптическое проницание) и дать возможность изучить мелкие детали наблюдаемого объекта (разрешающая способность). Увеличенное изображение изучаемого объекта наблюдается глазом или фотографируется. Основные параметры, которые определяют характеристики телескопа (оптическое разрешение и оптическое проницание) — диаметр (апертура) и фокусное расстояние объектива, а также фокусное расстояние и поле зрения окуляра.
Конструкция[править | править код]
Оптический телескоп представляет собой трубу, имеющую объектив и окуляр и установленную на монтировке, снабжённой механизмами для наведения на объект наблюдения и слежения за ним. Задняя фокальная плоскость объектива совмещена с передней фокальной плоскостью окуляра[2]. В фокальную плоскость объектива вместо окуляра может помещаться фотоплёнка или матричный приёмник излучения.
По своей оптической схеме делятся на:
- Линзовые (рефракторы или диоптрические) — в качестве объектива используется линза или система линз.
- Зеркальные (рефлекторы или катаптрические) — в качестве объектива используется вогнутое зеркало.
- Зеркально-линзовые телескопы (катадиоптрические) — в качестве объектива используется сферическое зеркало, а линза, система линз или мениск служит для компенсации аберраций.
Характеристики[править | править код]
- Разрешающая способность телескопа зависит от диаметра объектива. Предел разрешения накладывает явление дифракции — огибание световыми волнами краёв объектива, в результате чего вместо изображения точки получаются кольца. Для видимого диапазона он определяется по формуле
,
где — угловое разрешение в угловых секундах, а — диаметр объектива в миллиметрах. Эта формула выведена из определения предела разрешения двух звёзд по Рэлею. Если использовать другие определения предела разрешения, то численный коэффициент может быть меньше вплоть до 114 по Дове (Dawes’ Limit).
На практике, угловое разрешение телескопов ограничивается атмосферным дрожанием[3] — приблизительно 1 угловой секундой, независимо от апертуры телескопа.
- Угловое увеличение или кратность телескопа определяется отношением
,
где и — фокусные расстояния объектива и окуляра соответственно.
В случае использования дополнительных оптических узлов между объективом и окуляром (оборачивающих систем, линз Барлоу, компрессоров и т. п.) увеличение должно быть умножено на кратность используемых узлов.
- Угловое поле зрения телескопа (True Field Of View — TFOV) — истинный угловой размер участка, видимого в окуляр телескопа, — определяется используемым окуляром:
,
где — угловое поле зрения окуляра (Apparent Field Of View — AFOV), а — увеличение телескопа (которое зависит от фокусного расстояния окуляра — см. выше).
.
- Относительное фокусное расстояние объектива телескопа или F-number, F#,
.
и являются важными характеристиками объектива телескопа. Это обратные друг другу величины. Чем больше относительное отверстие, тем меньше относительное фокусное расстояние и тем больше освещённость в фокальной плоскости объектива телескопа, что выгодно при фотоработах (позволяет уменьшить выдержку при сохранении экспозиции). Но при этом на кадре фотоприёмника получается меньший масштаб изображения.
- Проницающая сила (оптическая мощь) — звёздная величина наиболее слабых звёзд, видимых с помощью телескопа при наблюдении в зените.
- Масштаб изображения на приёмнике:
,
где — масштаб в угловых минутах на миллиметр (‘/мм), а — фокусное расстояние объектива в миллиметрах.
Если известны линейные размеры ПЗС-матрицы, её разрешение и размер её пикселов, то отсюда можно вычислить разрешение цифрового снимка в угловых минутах на пиксел.
Классические оптические схемы[править | править код]
Схема Галилея[править | править код]
Телескоп Галилея имел в качестве объектива одну собирающую линзу, а окуляром служила рассеивающая линза. Такая оптическая схема даёт неперевернутое (земное) изображение. Главными недостатками галилеевского телескопа являются очень малое поле зрения и сильная хроматическая аберрация. Такая система все ещё используется в театральных биноклях, и иногда в самодельных любительских телескопах.[4]
Схема Кеплера[править | править код]
Иоганн Кеплер в 1611 г. усовершенствовал телескоп, заменив рассеивающую линзу в окуляре собирающей. Это позволило увеличить поле зрения и вынос зрачка, однако система Кеплера даёт перевёрнутое изображение. Преимуществом трубы Кеплера является также и то, что в ней имеется действительное промежуточное изображение, в плоскость которого можно поместить измерительную шкалу. По сути, все последующие телескопы-рефракторы являются трубами Кеплера. К недостаткам системы относится сильная хроматическая аберрация, которую до создания ахроматического объектива устраняли путём уменьшения относительного отверстия телескопа.
Схема Ньютона[править | править код]
Оптическая схема телескопа Ньютона
Такую схему телескопов предложил Исаак Ньютон в 1667 году. Здесь плоское диагональное зеркало, расположенное вблизи фокуса, отклоняет пучок света за пределы трубы, где изображение рассматривается через окуляр или фотографируется. Главное зеркало параболическое, но если относительное отверстие не слишком большое, оно может быть и сферическим [источник не указан 1478 дней].
Схема Грегори[править | править код]
Оптическая схема телескопа Грегори
Эту конструкцию предложил в 1663 году Джеймс Грегори в книге Optica Promota. Главное зеркало в таком телескопе — вогнутое параболическое. Оно отражает свет на меньшее вторичное зеркало (вогнутое эллиптическое). От него свет направляется назад — в отверстие по центру главного зеркала, за которым стоит окуляр. Расстояние между зеркалами больше фокусного расстояния главного зеркала, поэтому изображение получается прямое (в отличие от перевёрнутого в телескопе Ньютона). Вторичное зеркало обеспечивает относительно большое увеличение благодаря удлинению фокусного расстояния[5].
Схема Кассегрена[править | править код]
Оптическая схема телескопа Кассегрена
Схема была предложена Лораном Кассегреном в 1672 году. Это вариант двухзеркального объектива телескопа. Главное зеркало вогнутое (в оригинальном варианте параболическое). Оно отбрасывает лучи на меньшее вторичное выпуклое зеркало (обычно гиперболическое). По классификации Максутова схема относится к так называемым предфокальным удлиняющим — то есть вторичное зеркало расположено между главным зеркалом и его фокусом и полное фокусное расстояние объектива больше, чем у главного. Объектив при том же диаметре и фокусном расстоянии имеет почти вдвое меньшую длину трубы и несколько меньшее экранирование, чем у Грегори. Система неапланатична, то есть несвободна от аберрации комы. Имеет много как зеркальных модификаций, включая апланатичный Ричи-Кретьен, со сферической формой поверхности вторичного (Долл-Кирхем) или первичного зеркала, так и зеркально-линзовых.
Отдельно стоит выделить систему Кассегрена, модифицированную советским оптиком Д. Д. Максутовым — систему Максутова-Кассегрена, ставшую одной из самых распространённых систем в астрономии, особенно в любительской.[6][7][8]
Схема Ричи-Кретьена[править | править код]
Оптическая схема телескопа Ричи—Кретьена—Кассегрена
Система Ричи — Кретьена — усовершенствованная система Кассегрена. Главное зеркало тут не параболическое, а гиперболическое. Поле зрения этой системы — около 4°[5].
Приемники излучения[править | править код]
CCD-матрицы[править | править код]
ПЗС-матрица (CCD, «Charge Coupled Device») состоит из светочувствительных фотодиодов, выполнена на основе кремния, использует технологию ПЗС — приборов с зарядовой связью. Долгое время ПЗС-матрицы единственным массовым видом фотосенсоров. Развитие технологий привело к тому, что к 2008 году КМОП-матрицы стали альтернативой ПЗС.
CMOS-матрицы[править | править код]
КМОП-матрица (CMOS, «Complementary Metal Oxide Semiconductor») выполнена на основе КМОП-технологии. Каждый пиксел снабжён усилителем считывания, а выборка сигнала с конкретного пиксела происходит, как в микросхемах памяти, произвольно.
Системы адаптивной оптики[править | править код]
Адаптивная оптика предназначена для исправления в реальном времени атмосферных искажений изображения[9]. Разработка систем адаптивной оптики началась в 1970-е годы. С 2000-х годов системы адаптивной оптики используются практически на всех крупных телескопах, они позволяют довести угловую разрешающую способность телескопа до его физического предела, определяемого дифракцией.[9] Применение адаптивной оптики на телескопе «Субару» позволила увеличить угловое разрешение в 10 раз[10].
- Система лазерной гидирующей звезды. Лазерный луч направляется в небо, чтобы создать на любом участке неба искусственную звезду в натриевом слое атмосферы Земли на высоте около 90 километров. Свет от такой искусственной звезды используется для деформации специального зеркала, которое устраняет мерцание и улучшает качество изображения.
Механика[править | править код]
Монтировка[править | править код]
Монтировка — это поворотная опора, которая позволяет наводить телескоп на нужный объект, а при длительном наблюдении или фотографировании — компенсировать суточное вращение Земли. Состоит из двух взаимно перпендикулярных осей для наводки телескопа на объект наблюдения, может содержать приводы и системы отсчёта углов поворота. Устанавливается монтировка на какое-либо основание: колонну, треногу или фундамент. Основная задача монтировки — обеспечение выхода трубы телескопа в указанное место и плавность ведения объекта наблюдений.
Основные факторы, влияющие на качество решения задачи, следующие[11]:
- Сложность закона изменения атмосферной рефракции
- Дифференциальная рефракция
- Технологическая точность изготовления привода
- Точность подшипников
- Деформация монтировки
Экваториальная монтировка и её разновидности[править | править код]
Экваториальная монтировка — это монтировка, одна из осей вращения которой направлена на полюс мира. Соответственно, перпендикулярная ей плоскость параллельна плоскости экватора. Является классической монтировкой телескопов.
Немецкая монтировка
Один из концов полярной оси несёт на себе корпус оси склонений. Эта монтировка несимметрична, поэтому требует противовеса.
Английская монтировка
Полярная ось имеет опоры под обоими концами, а в её середине находится подшипник оси склонений. Английская монтировка бывает несимметричная и симметричная.
Американская монтировка
Один конец полярной оси заканчивается вилкой, несущей ось склонений.
Достоинства и недостатки[править | править код]
Основное достоинство монтировки — простота сопровождения звёзд. Вместе с этим возникает ряд трудностей, которые при увеличении массы телескопа становятся существенными[11]:
- Деформации монтировки различны в зависимости от положения телескопа.
- При изменении положения телескопа изменяется и нагрузка на подшипники
- Сложность при синхронизации с куполом монтировки
Альт-азимутальная монтировка[править | править код]
Альт-азимутальная монтировка — монтировка, имеющая вертикальную и горизонтальную оси вращения, позволяющие поворачивать телескоп по высоте («альт» от англ. altitude) и азимуту и направлять его в нужную точку небесной сферы.
Крупнейшие оптические телескопы[править | править код]
Телескопы-рефракторы[править | править код]
| Обсерватория | Местонахождения | Диаметр, см / дюйм | Год сооружения / демонтажа | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| Телескоп всемирной Парижской выставки 1900 года. | Париж | 125 / 49.21″ | 1900 / 1900 | Самый крупный рефрактор в мире, из когда либо построенных. Свет от звёзд направлялся в объектив неподвижного телескопа с помощью сидеростата. |
| Йеркская обсерватория | Уильямс Бэй, Висконсин | 102 / 40″ | 1897 | Крупнейший рефрактор в мире 1897—1900 гг. После демонтажа телескоп всемирной Парижской выставки 1900 года снова стал крупнейшим из эксплуатируемых рефракторов. Рефрактор Кларка. |
| Обсерватория Лика | гора Гамильтон, Калифорния | 91 / 36″ | 1888 | |
| Парижская обсерватория | Медон, Франция | 83 / 33″ | 1893 | Двойной, визуальный объектив 83 см, фотографический — 62 см. |
| Потсдамский астрофизический институт | Потсдам, Германия | 81 / 32″ | 1899 | Двойной, визуальный 50 см, фотографический 80 см. |
| Обсерватория Ниццы | Франция | 76 / 30″ | 1880 | |
| Пулковская обсерватория | Санкт-Петербург | 76 / 30″ | 1885 | |
| Обсерватория Аллегейни | Питтсбург, Пенсильвания | 76 / 30″ | 1917 | Рефрактор Thaw |
| Гринвичская обсерватория | Гринвич, Великобритания | 71 / 28″ | 1893 | |
| Гринвичская обсерватория | Гринвич, Великобритания | 71 / 28″ | 1897 | Двойной, визуальный 71 см, фотографический 66 |
| Обсерватория Архенхольда | Берлин, Германия | 70 / 27″ | 1896 | Самый длинный современный рефрактор |
Солнечные телескопы[править | править код]
| Обсерватория | Местонахождения | Диаметр, м | Год сооружения |
|---|---|---|---|
| Китт-Пик | Тусон, Аризона | 1,60 | 1962 |
| Сакраменто-Пик | Санспот, Нью-Мексико | 1,50 | 1969 |
| Крымская астрофизическая обсерватория | Крым | 1,00 | 1975 |
| Шведский солнечный телескоп | Пальма, Канары | 1,00 | 2002 |
| Китт-Пик, 2 штуки в общем корпусе с 1,6 метра | Тусон, Аризона | 0,9 | 1962 |
| Тейде | Тенерифе, Канары | 0,9 | 2001 |
| Саянская солнечная обсерватория, Россия | Монды, Бурятия | 0,8 | 1975 |
| Китт-Пик | Тусон, Аризона | 0,7 | 1973 |
| Институт физики Солнца, Германия | Тенерифе, Канары | 0,7 | 1988 |
| Митака | Токио, Япония | 0,66 | 1920 |
Камеры Шмидта[править | править код]
| Обсерватория | Местонахождения | Диаметр коррекционной пластины — зеркала, м | Год сооружения |
|---|---|---|---|
| Обсерватория Карла Шварцшильда | Таутенбург, Германия | 1,3-2,0 | 1960 |
| Паломарская обсерватория | гора Паломар, Калифорния | 1,2-1,8 | 1948 |
| Обсерватория Сайдинг-Спринг | Кунабарабран, Австралия | 1,2-1,8 | 1973 |
| Токийская астрономическая обсерватория | Токио, Япония | 1,1-1,5 | 1975 |
| Европейская южная обсерватория | Ла-Силья, Чили | 1,1-1,5 | 1971 |
Телескопы-рефлекторы[править | править код]
| Название | Местонахождения | Диаметр зеркала, м | Год сооружения |
|---|---|---|---|
| Гигантский южно-африканский телескоп, SALT | Сатерленд, ЮАР | 11 | 2005 |
| Большой Канарский телескоп | Пальма, Канарские острова | 10,4 | 2002 |
| Телескопы Кек | Мауна-Кеа, Гавайи | 9,82 × 2 | 1993, 1996 |
| Телескоп Хобби-Эберли, HET | Джефф-Дэвис, Техас | 9,2 | 1997 |
| Большой бинокулярный телескоп, LBT | гора Грэхем (англ.), Аризона | 8,4 × 2 | 2004 |
| Очень большой телескоп, ESO VLT | Серро Параналь, Чили | 8,2 × 4 | 1998, 2001 |
| Телескоп Субару | Мауна-Кеа, Гавайи | 8,2 | 1999 |
| Телескоп Северный Джемини, GNT | Мауна-Кеа, Гавайи | 8,1 | 2000 |
| Телескоп Южный Джемини, GST | Серро Пашон, Чили | 8,1 | 2001 |
| Мультизеркальный телескоп (англ.), MMT | гора Хопкинс (англ.), Аризона | 6,5 | 2000 |
| Магеллановы телескопы | Лас Кампанас, Чили | 6,5 × 2 | 2002 |
| Большой телескоп азимутальный, БТА | гора Пастухова, Россия | 6,0 | 1975 |
| Большой Зенитный телескоп, LZT | Мейпл Ридж, Канада | 6,0 | 2001 |
| Телескоп Хейла, MMT | гора Паломар, Калифорния | 5,08 | 1948 |
Экстремально большие телескопы[править | править код]
Основная статья: ELT
(Экстремально большой телескоп)
Примечания[править | править код]
Литература[править | править код]
- Навашин М. С. Телескоп астронома-любителя. — М.: Наука, 1979.
- Сикорук Л. Л. Телескопы для любителей астрономии.
- Максутов Д. Д. Астрономическая оптика. — М.-Л.: Наука, 1979.
Ссылки[править | править код]
- На Викискладе есть медиафайлы по теме Оптический телескоп
- Оптические телескопы
- Белонучкин В., Козел С. Оптический телескоп // Квант. — М., 1972. — № 4. — С. 10—18.
Небо манит нас, когда мы смотрим на его просторы. Что же скрывается за облаками, и что находится в его непроглядной темноте? На эти вопросы, разумеется, отчасти мы смогли получить представления с помощью телескопа. Бесспорно, это уникальное устройство, которое подарило нам великолепную картину космоса. И несомненно, приблизило наше понимание небесного пространства.
Большой телескоп азимутный БТА
Первый телескоп
Известно, что первый телескоп создал Галилео Галилей. Хотя немногие знают, что он использовал ранние открытия других учёных. Например, изобретение зрительной трубы для мореплавания.
Кроме того, мастера по стеклу уже создали очки. Вдобавок, использовались линзы. И эффект преломления и увеличения стекла был более или менее изучен.
Первый телескоп Галилея
Безусловно, Галилео добился значительного результата в исследовании данной области. К тому же, он собрал и усовершенствовал все наработки. И в итоге, разработал и представил первый в мире телескоп. По правде, он имел лишь трёхкратное увеличение. Но отличался высоким на тот момент качеством изображения.
Кстати, именно Галилей назвал свой разработанный объект телескопом.
В дальнейшем, учёный не остановился на достигнутом. Он усовершенствовал прибор до двадцати кратного увеличения картинки.
Важно, что Галилео не только разработал телескоп. Более того, он первым использовал его для исследования космоса. Кроме того, он сделал массу астрономических открытий.
Галилео Галлилей
Характеристика телескопов
Телескоп состоит из трубы, которая стоит на специальной монтировке. Её оснащают осями для нацеливания на наблюдаемый объект.
Кроме того, у оптического устройства имеется окуляр и объектив. Причём задняя плоскость объектива перпендикулярна оптической оси, и соединена с передней поверхностью окуляра. Которая, между прочим, аналогична объективной по отношению к оптической оси.
Телескоп
Стоит отметить, что для фокусировки используется особое устройство.
Основными характеристиками телескопов являются увеличение и разрешение.
Увеличение изображения зависит от фокусного расстояния окуляра и объекта.
С разрешением связано свойство преломления света. Таким образом, размер наблюдаемого объекта ограничен разрешением телескопа.
Виды телескопов в астрономии
Разновидности телескопов в астрономии связаны с различными способами построения. Если точнее, то применением различных инструментов в качестве объектива. Кроме того, имеет значение для какой цели нужно устройство.
На сегодняшний день существует несколько основных типов телескопов в астрономии. В зависимости от светособирающего компонента они бывают линзовые, зеркальные и комбинированные.
Линзовые телескопы (диоптрические)
По другому, их называют рефракторами. Это самые первые телескопы. В них свет собирается линзой, которая с двух сторон ограничена сферой. Поэтому она считается двояковыпуклой. К тому же, линза является объективом.
Что интересно, можно использовать не просто линзу, а целую систему из них.
Линзовый телескоп
Стоит заметить, что выпуклые линзы преломляют лучи света и собирают их в фокус. А в нём, в свою очередь, строится изображение. Для того, чтобы его рассмотреть применяют окуляр.
Что важно, линза устанавливается так, чтобы фокус и окуляр совпадали.
Кстати, Галилео изобрёл именно рефрактор. Но современные приборы состоят из двух линз. Одна из них собирает свет, а другая рассеивает. Что позволяет уменьшить отклонения и погрешности.
Зеркальные телескопы (катаптрические)
Также их называют рефлекторы. В отличие от линзового типа, объектив у них это вогнутое зеркало. Оно собирает свет звезды в одной точке и отражает его на окуляр. При этом погрешности минимальны, а разложение света на лучи отсутствует полностью. Но использование рефлектора ограничивает поле зрения наблюдателя.
Что интересно, зеркальные телескопы самые распространённые в мире. Потому как разработка их намного легче, чем, например, линзовых приборов.
Зеркальный телескоп Ньютона
Катадиоптрические телескопы (комбинированные)
Это зеркально-линзовые приборы. В них для получения изображения применяют и линзы, и зеркала.
В свою очередь, их разделили на два подвида:
1) телескопы Шмидт-Кассегрена-в них в самом центре кривизны зеркала установлена диафрагма. Тем самым происходит исключение сферических нарушений и отклонений. Но увеличивается поле зрения и качество изображения.
2) телескопы Максутова-Кассегрена-в районе фокальной плоскости установлена плоско-выпуклая линза. В результате предотвращается кривизна поля и сферическое отклонение.
Катадиоптрический телескоп
Стоит отметить, что в современной астрономии чаще применяются именно комбинированный вид приборов. В результате смешения двух разных элементов для собирания света они позволяют получать более качественные данные.
Радиотелескопы
Такие устройства способны принимать исключительно одну волну сигналов. С помощью антенн происходит передача сигналов и обработка их в изображения.
Радиотелескопы используются астрономами для научных исследований.
Радиотелескопы
Инфракрасные модели телескопов
Они по своей конструкции очень схожи с оптическими зеркальными телескопами. Принцип получения изображения практически аналогичен. Лучи отражаются объективом и собираются в одной точке. Далее специальный прибор измеряет тепло и фотографирует полученный результат.
Инфракрасный телескоп
Современные телескопы
Телескоп это оптический прибор для наблюдений. Изобрели его почти полвека назад. На протяжении этого времени, учёные меняли и усовершенствовали устройство. Действительно, создано много новых моделей. В отличие от первых они имеют повышенное качество и увеличение изображения.
В нашем веке технологий используются компьютерные телескопы. Соответственно, они оснащены специальными программами. Что важно, современный прототип учитывает, что у каждого человека восприятие глаз разное. Для высокой точности картинку передают на монитор. Таким образом изображение воспринимается таким, какое оно на самом деле есть. Вдобавок, данный способ наблюдения исключает любые искажения.
Современный телескоп
Кроме того, учёные нашего поколения применяют одновременно не одно устройство, а несколько. Более того, к телескопу подключают уникальные камеры, которые передают информацию на компьютер. Это позволяет получать чёткие и точные сведения. Которые, разумеется, используют для изучения и исследования космических просторов.
Что интересно, сейчас телескопы не просто приборы для наблюдения. Но также устройства для измерения расстояний между космическими объектами. Для этой функции к ним подключают спектрографы. И взаимодействие этих приборов предоставляет конкретные данные.
Другая классификация
Есть еще и другие виды телескопов. Но используются они по своему отдельному назначению. Например, рентгеновские и гамма-телескопы. Или ультрафиолетовые устройства, которые фильтруют картинку без обработки и засвечивания.
Кроме того, можно разделить приборы на профессиональные и любительские. Первые используются учёными и астрономами. Очевидно, что вторые подходят для домашнего применения.
Гамма телескоп Hess
Как выбрать телескоп для любителей астрономии
Выбор телескопа для любителей астрономии основывается на том, что же вы хотите наблюдать. В принципе, выше описаны виды и характеристики приборов. Вам просто нужно выбрать какой больше нравится. Лучше, на мой взгляд остановиться на линзовом, либо комбинированном виде. Но выбирать, разумеется, вам.
Астрономы
По данным интернета, лучшие любительские телескопы представлены фирмами: Celestron, Bresser и Veber.
Телескопом сотни лет изучают жизнь планет
Создание и разработка телескопа, на самом деле, позволили сделать огромный шаг в исследовании космоса. Вероятно, всё, что мы знаем сформировалось с помощью этого прибора. Хотя, конечно, не стоит приуменьшать саму деятельность учёных.
Сегодня мы рассмотрели некоторые типы телескопов и их характеристики. Однозначно, виден прогресс технологий. И как результат, мы узнали множество интересного о космических объектах и самом космосе. Кроме того, мы можем любоваться прекрасным небом и знакомиться с ним благодаря этому чудесному изобретению.