Что такое телескоп Виды характеристики и назначение телескопов

Рефракторы (линзовые телескопы)

Несмотря на то, что был изобретён другим человеком, Галилео Галилей (Galileo Galilei) усовершенствовал его, значительно увеличив его возможности. Помимо этого, Галилей первым понял, что можно использовать не только для зрительного приближения далёких объектов на Земле, но и для изучения неба.

На картинке изображён Галилей, демонстрирующий один из своих телескопов правителям Венеции в августе 1609г. В течение нескольких лет после этого Галилей сделал ряд крупных наблюдений, в том числе открыл четыре крупных спутника Юпитера.

Данный тип телескопа используются для исследования Луны, других объектов Солнечной системы, таких как Юпитер и Марс, и двойных звезд. Название происходит от термина «рефракция», обозначающего преломление света на границе раздела двух сред с разной плотностью, например воздуха и стекла. Стекло представляет собой линзу, и она может состоять из одного или нескольких компонентов. Форма составных частей может быть выпуклой, вогнутой или плоскопараллельной. Примером такого телескопа служит школьный рефрактор.

Фокус – точка или плоскость, в которой световые лучи сходятся после прохождения через линзу на расстоянии одного фокусного расстояния. В рефракторе первая линза, через которую проходит свет от небесного объекта, называется объективом. Вторая линза, называемая окуляром, расположена за фокальной плоскостью и позволяет наблюдателю просматривать увеличенное изображение. Таким образом, простейшая форма рефрактора состоит из объектива и окуляра.

Диаметр объектива называют апертурой. Обычно он колеблется от нескольких сантиметров до 1 м у самого большого телескопа-рефрактора. Объектив, как и окуляр, может состоять из нескольких компонентов. Небольшие подзорные трубы могут иметь дополнительную линзу за окуляром, необходимую для того, чтобы изображение не выглядело перевернутым.

Наблюдаемый объект может отображаться не вполне резко или с доминирующим оттенком. Такие искажения (аберрации) иногда появляются при полировке линз. Хроматическая аберрация является основным видом искажений. Она возникает, когда световые лучи различного цвета не сходятся в общем фокусе. Хроматическая аберрация сводится к минимуму путем добавления к объективу дополнительных компонентов.

Окуляры и рефлекторы обеспечивают наблюдателям возможность выбора увеличения линзового телескопа. Увеличительная мощность определяется путем деления фокусного расстояния объектива на фокусное расстояние окуляра. Большие увеличения необходимы для наблюдения за Луной и планетами. Например, 66-см рефрактор Военно-морской обсерватории использовался астрономом Асафом Холлом для обнаружения 2 спутников Марса, Фобоса и Деймоса, в 1877 г. Поскольку звезды – это точечные источники света, их увеличение не дает никаких дополнительных преимуществ.

Четко ответить на вопрос, кто первым изобрел телескоп, не получится, ведь Галилей только усовершенствовал уже существующую трубу для созерцания неба. Без идеи Липперсгея ему могла и не прийти в голову эта мысль. В последующие годы шло постепенное совершенствование прибора. Развитие значительно тормозила невозможность создания больших линз.

Толчком дальнейшего развития стало изобретение штатива. Трубу теперь не надо было держать в руках продолжительное время. Благодаря этому стало возможным удлинение трубки. Христиан Гюйгенс в 1656 году представил аппарат с увеличением в 100 раз, достигнуть этого удалось за счет увеличения расстояния между линзами, которые помещались в трубку длиной 7 метров. Спустя 4 года был создан телескоп длиной 45 метров.

Помехой для исследований мог стать даже небольшой ветер. Уменьшения искажения картинки пытались добиться путем дальнейшего увеличения расстояние между линзами. Развитие телескопов пошло в сторону удлинения. Самый длинный из них достигал 70 метров. Такое положение вещей сильно затрудняло работу, да и саму сборку устройства.

Рефракторы
– это первые телескопы, изобретенные человеком. В таком телескопе за сбор света отвечает двояковыпуклая линза, которая выступает в роли объектива. Ее действие строится на основном свойстве выпуклых линз – преломлении световых лучей и их сборе в фокусе. Отсюда и название — рефракторы (от латинского refract — преломлять).

Был создан в 1609 году. В нем были использованы две линзы, с помощью которых собиралось максимальное количество звездного света. Первая линза, которая выступала в роли объектива, была выпуклой и служила для сбора и фокусировки света на определенном расстоянии. Вторая линза, играющая роль окуляра, была вогнутой и использовалась для превращения сходящего светового пучка в параллельный.

Рефрактор Кеплера – более совершенная система, которая была создана в 1611 году. Здесь в роли окуляра использовалась выпуклая линза, в которой передний фокус был совмещен с задним фокусом линзы-объектива. От этого итоговое изображение было перевернутым, что не принципиально для астрономических исследований. Главное преимущество новой системы – возможность установки измерительной сетки внутри трубы в точке фокуса.

Для данной схемы также была характерна хроматическая аберрация, впрочем эффект от нее можно было нивелировать, увеличив фокусное расстояние. Именно поэтому телескопы того времени имели огромное фокусное расстояние с трубой соответствующего размера, что вызывало серьезные трудности при проведении астрономических исследований.

В начале XVIII века появился , который популярен и в сегодняшние дни. Объектив данного прибора сделан из двух линз, изготовленных их различных сортов стекла. Одна линза – собирающая, вторая – рассеивающая. Такая структура позволяет серьезно уменьшить хроматическую и сферическую аберрации. А корпус телескопа остается весьма компактным. Сегодня созданы рефракторы апохроматы, в которых влияние хроматической аберрации сведено к возможному минимуму.

Достоинства рефракторов:

  • Простая конструкция, легкость в эксплуатации, надежность;
  • Быстрая термостабилизация;
  • Нетребовательность к профессиональному обслуживанию;
  • Идеален для исследования планет, Луны, двойных звезд;
  • Превосходная цветопередача в апохроматическом исполнении, хорошая – в ахроматическом;
  • Система без центрального экранирования от диагонального или вторичного зеркала. Отсюда высокая контрастность изображения;
  • Отсутствие воздушных потоков в трубе, защита оптики от грязи и пыли;
  • Цельная конструкция объектива, не требующая регулировок со стороны астронома.

Недостатки рефракторов:

  • Высокая цена;
  • Большой вес и габариты;
  • Небольшой практический диаметр апертуры;
  • Ограниченность в исследовании тусклых и небольших объектов в далеком космосе.

Чтобы избавиться от цветной аберрации, около 1667 г. предложил принципиально иную схему телескопа — в его инструменте свет собирала не линза, а вогнутое (параболическое) .

Пучок лучей затем направлялся на маленькое плоское зеркальце, расположенное в фокусе большого зеркала, а оттуда — в окуляр.

Изготовление «вогнутых» зеркал технически проще, и это сразу же позволило увеличить размеры и разрешающую способность телескопов. И в наши дни большинство оптических телескопов, в том числе и самых крупных в мире, являются рефракторами.

Крупнейшие обсерватории соревнуются между собой, наращивая размеры зеркал телескопов. Современный рефлектор — сложнейшая конструкция, занимающая целое здание и управляемая множеством .

Самый мощный телескоп в Евразии построен в России — он находится на Северном Кавказе. Диаметр его главного зеркала составляет 6 м, а процесс его изготовления занял более двух лет.

Но «королем» всех астрономических инструментов, расположенных на , сегодня является Большой Канарский телескоп, построенный на Канарских островах по проекту ученых , Испании и .

Его зеркало имеет диаметр 10,4 м. Он способен «различать» объекты в миллиард раз более слабые, чем способен увидеть глаз.

Современные оптические телескопы, сделанные с применением стекла, линз или зеркал, увеличивают в 100 млн раз сильнее, чем телескоп Галилея.

Самый большой в мире оптический и инфракрасный двойной телескоп установлен в обсерватории Кека на Гавайях (на фото). Каждый из этих двух телескопов высотой в восемь этажей весит 300 тонн.

Космический телескоп Хаббла, названный в честь и выведенный на орбиту в 1990 г., облетает Землю со скоростью 8 км/с и передает полученные изображения на Землю.

Поскольку он расположен вне атмосферы (она искажает и блокирует свет, который доходит до Земли), космический телескоп способен давать более четкие изображения , чем телескопы, установленные на земной поверхности.

С чего все началось

Первые попытки создать телескоп приписываются великому Леонардо да Винчи. Патентов и упоминаний о рабочей модели нет, но ученые нашли остатки чертежей и описаний стекол для разглядывания луны. Возможно, это еще один миф об этом уникальном человеке.

Устройство телескопа пришло на ум Томасу Диггесу, который и пытался его создать. Он использовал выпуклое стекло и вогнутое зеркало. Само по себе изобретение могло работать, и, как покажет история, подобное устройство будет создано вновь. Но технически еще не было средств для воплощения этого замысла, создать рабочую модель ему так и не удалось. Наработки остались в тот период невостребованными, а Диггес вошел в историю астрономии за описание

Как выбрать телескоп?

Самой важной из всех его характеристик является светосила. Она прямо зависит от диаметра объектива. Соотношение светосилы разных телескопов равно отношению квадратов их апертур. Получение большего количества света позволяет наблюдать более слабые звезды, туманности и далекие галактики.

Разрешающая способность – еще одна важная характеристика телескопа. Она определяет его способность четко различать две точки, угловое расстояние между которыми меньше минимального угла, который может видеть глаз наблюдателя. Как выбрать телескоп, если разрешающая способность не указана? Ее можно рассчитать по формуле 11,25ʺ/d, где d – диаметр объектива в см. Таким образом, разрешение 25-см объектива равно 0,45ʺ. Важным применением разрешающей способности является наблюдение двойных звезд.

Стабильность телескопа тоже имеет большое значение. Любая вибрация значительно снижает качество изображения. Эта проблема не связана с возмущениями атмосферы воздушными потоками. Чтобы избежать их, большие телескопы устанавливаются на горных вершинах.

Тернистый путь

В каком году изобрели телескоп, вопрос по-прежнему остается спорным. В 1609-м голландский ученый Ханс Липперсгей представил патентному бюро свое увеличительное изобретение. Назвал он его Но патент был отклонен в силу чрезмерной простоты, хотя сама подзорная труба плотно вошла в обиход. Особенную популярность она приобрела у мореходов, а для астрономических нужд оказалась слабовата. Шаг вперед был уже сделан.

В том же году попала в руки Томаса Хариота, изобретение ему пришлось по нраву, но нуждалось в значительной доработке первоначального образца. Благодаря его работе астрономы впервые смогли увидеть, что луна имеет свой рельеф.

Монтировка

Большинство современных рефракторов имеют экваториальную подвеску. Такая монтировка позволяет нацеливать телескоп на небесный объект. При этом полярная ось инструмента располагается параллельно земной оси и поддерживает ось склонения. Ось склонения позволяет устанавливать различные углы наклона при вращении телескопа вокруг полярной оси с учетом прямого восхождения, измеряемого вдоль небесного экватора от точки его пересечения Солнцем в первый день весны.

Склонение и прямое восхождение – координаты, определяющие положение объекта на небесной сфере. Склонение является аналогом широты, а прямое восхождение – долготы. На оси нанесены деления, которые позволяют наблюдателю точно нацелить телескоп. Для отслеживания объекта полярная ось инструмента плавно приводится в действие электродвигателем со скоростью, равной скорости вращения Земли по отношению к звездам.

Предлагаем ознакомиться:  Как создать сайт и заработать на нем

Рефрактор Галилея (1609г)

Узнав о попытке создания специального прибора для увеличения звезд, Галилей по-настоящему загорелся этой идеей. Итальянец решил создать для своих исследований подобную конструкцию. Математические знания помогли ему с расчетами. Устройство состояло из трубки и вставленных в нее линз, изготовленных для людей с плохим зрением. По сути, это и был первый телескоп.

Сегодня этот вид телескопов называют рефракторными. Благодаря усовершенствованной конструкции Галилео сделал немало открытий. Он сумел доказать, что луна имеет форму сферы, разглядел на ней кратеры и горы. 20-кратное увеличение позволило рассмотреть 4 наличие колец у Сатурна и много чего еще. На тот момент устройство оказалось самым совершенным прибором, но он имел свои недостатки. Узкая трубка значительно сокращала круг обзора, а искажения, полученные за счет большого числа линз, делали картинку размытой.

Зеркальные телескопы

Используются не только для изучения видимой части электромагнитного спектра, но и прилегающих коротко- и длинноволновых областей (ультрафиолетовой и инфракрасной). Принцип работы зеркального телескопа основан на том, что свет к фокусу не преломляется, а отражается первичным зеркалом. Оно обычно имеет вогнутую сферическую или параболическую форму и инвертирует изображение в фокальной плоскости. Формулы расчета параметров рефракторов такие же, как и у дифракторов.

Основное зеркало расположено на нижнем конце трубки в отражателе. Его поверхность покрыта тончайшей металлической пленкой. Основа обычно выполняется ​​из стекла Pyrex, но новые технологии привели к созданию материалов с очень низкими коэффициентами расширения, что необходимо для предотвращения деформации при изменении температуры в ночное время. Рефракторы дешевле и не подвержены хроматической аберрации.

Основная причина, по которой астрономы строят большие телескопы, заключается в увеличении светосилы, которая позволяет глубже заглянуть во Вселенную. К сожалению, стоимость создания рефракторов возрастает в кубической зависимости от диаметра зеркала. Таким образом, для достижения цели при сохранении расходов необходимы новые, более экономичные конструкции.

Два 10-м мультизеркальных телескопа обсерватории Кека являются примером таких усилий. Первый был установлен на вулкане Мауна-Кеа, который находится на одном из гавайских островов, в 1992 г., а второй был завершен в 1996-м. Каждый из них состоит из 36 смежных регулируемых зеркальных сегментов, управляемых компьютером.

Новый принцип

Развитие космической оптики зашло в тупик, но долго так продолжаться не могло. Кто изобрел телескоп принципиально нового образца? Это был один из величайших ученых всех времен — Исаак Ньютон. Вместо линзы для фокусировки стало использоваться вогнутое зеркало, что позволило избавиться от хроматических искажений. Рефракторные телескопы ушли в прошлое, по праву уступив место рефлекторным.

Открытие телескопа, работающего по принципу рефлектора, перевернуло астрономическую науку. Зеркало, использованное в изобретении, Ньютону пришлось делать самостоятельно. Для его изготовления был использован сплав олова, меди и мышьяка. Первая рабочая модель продолжает храниться, по сей день, ее пристанищем стал Лондонский музей астрономии. Но оставалась небольшая проблема. Те, кто изобрел телескоп, еще долгое время не могли создать зеркало идеальной формы.

Телескоп Шмидта

В 1930 г. Бернхард Шмидт, оптик Гамбургской обсерватории в Бергедорфе (Германия), разработал катадиоптрический телескоп, удовлетворяющий требованию съемки больших участков неба. Его конструкция объединяет лучшие характеристики рефрактора и рефлектора. Первичное зеркало телескопа имеет сферическую форму.

Поскольку параллельные световые лучи, отраженные центром сферического зеркала, фокусируются дальше, чем отраженные от внешних областей, Шмидт ввел корректирующую линзу. Так как она очень тонкая, хроматическая аберрация небольшая. Полученная фокальная плоскость обеспечивает поле зрения диаметром несколько градусов.

Прорыв

1720 год стал знаменательной датой для всей астрономической науки. Именно в этом году оптикам удалось создать рефлекторное зеркало диаметром 15 см. к слову сказать, зеркало ньютона имело диаметр всего 4 см. Это был настоящий прорыв, проникнуть в тайны вселенной стало гораздо проще. Миниатюрные телескопы по сравнению с 40-метровыми гигантами были всего 2 метра длиной. Наблюдение за космосом стало доступно большему кругу людей.

Компактные и удобные телескопы могли бы надолго войти в моду, если бы не одно «но». Сплав металла быстро тускнел и тем самым терял свои отражательные свойства. Вскоре зеркальная конструкция была усовершенствована и приобрела новые черты.

Эпоха рефракторных телескопов

Очередным усовершенствованием устройство телескопа обязано французу Кассегрену. Он придумал использовать 2 стеклянных зеркала вместо одного, сделанного из металлического сплава. Его чертежи оказались рабочими, но самому ему не удалось в этом убедиться, техническое оснащение не позволило воплотить мечту.

Телескопы Ньютона и Кассегрена можно уже считать первыми современными моделями. На их основе продолжается сейчас развитие телескопостроения. По принципу Кассегрена построен современный космический телескоп «Хаббл», который уже принес множество информации человечеству.

Солнечные телескопы

Рефрактор и рефлектор могут применяться для визуальных наблюдений за такими явлениями, как солнечные пятна или протуберанцы. Однако для исследований Солнца был разработан специальный тип телескопа, использующий спектрогелиографы и коронографы. Он монтируется в башнях и имеет очень длиннофокусный объектив.

В 1930 г. Бернард Лиот построил другой такой телескоп в обсерватории Пик-дю-Миди (Франция). Он был специально разработан для фотографирования солнечной короны, которую до этого можно было снять только во время затмений. Коронограф устанавливают на большой высоте, чтобы снизить количество рассеянного света, ухудшающего качество фотографий. Подобные телескопы также используются на борту спутника SOHO, предназначенного для изучения Солнца.

Возвращение к основам

Рефлекторы не смогли окончательно одержать победу. Рефракторы триумфально вернулись на пьедестал с изобретением двух новых сортов стекла: крон — более легкого, и флинт — тяжелого. Такая комбинация пришлась в помощь тому, кто изобрел телескоп без ахроматических погрешностей. Это оказался талантливый ученый Дж. Доллонд, в честь него и был назван новый вид объектива — доллондовый.

В 19-м веке рефракторный телескоп пережил свое второе рождение. С развитием технической мысли стало возможным изготавливать линзы идеальной формы и все большего размера. В 1824 году диаметр объектива составлял 24 см, к 1966 году он вырос в два реза, а в 1885 году составил уже 76 сантиметров. Условно говоря, диаметр объектива рос примерно на 1 см в год.

Орбитальные обсерватории

Хотя астрономы продолжают искать новые технологические прорывы для постройки больших наземных телескопов, вполне очевидно, что единственное решение для некоторых научных проблем – проведение наблюдений вне атмосферы Земли. НАСА вывело на орбиту серию астрономических обсерваторий. В 1972 г. был запущен спутник с 81-см телескопом на борту.

Самой сложной космической обсерваторией стал телескоп «Хаббл» с 2,4-м основным зеркалом, начавший работу в 1990 г. Он был спроектирован таким образом, чтобы астрономы могли видеть в 300-400 раз больше, чем позволяли другие системы, без атмосферных искажений. Он оснащен 5 основными научными инструментами:

  • широкоугольной и планетарной камерой;
  • спектрографом для объектов со слабым излучением;
  • спектрографом высокого разрешения;
  • безынерционным фотометром;
  • камерой для обнаружения слабоконтрастных объектов.

Телескоп «Хаббл» был запущен на орбиту с космического челнока на высоте более 570 км над Землей. Вскоре после его развертывания на орбите ученые обнаружили, что производственная ошибка, влияющая на форму основного зеркала, серьезно ухудшила способность фокусировки инструмента. Дефект вызывал сферическую аберрацию, которая ограничивала способность одного из самых больших телескопов на орбите различать космические объекты, расположенные близко друг к другу, и наблюдать отдаленные галактики и квазары. Ученые разработали меры, которые позволили им компенсировать дефект и устранить проблему.

Великие энтузиасты

Возродили рефлекторные установки астрономы-любители. Одним из них был Уильям Гершель, несмотря на то что основной род его деятельности — это музыка, он сделал немало открытий. Самое первое его открытие — это планета Уран. Небывалый успех окрылил его на создание телескопа большего диаметра. Создав в домашней лаборатории зеркало диаметром 122 см, он сумел рассмотреть 2 неизвестных ранее.

Успехи любителей подталкивали к новым экспериментам. Основную проблему металлических зеркал — быстрое помутнение — так и не удалось преодолеть. Это натолкнуло французского физика Леона Фуко на мысль вставить в телескоп другое зеркало. В 1856 году он изготовил для увеличительного устройства стеклянное зеркало с серебряным напылением. Результат превзошел самые смелые прогнозы.

Еще одно важное дополнение внес Михаил Ломоносов. Он изменил систему так, что зеркало стало вращаться независимо от линзы. Это позволило максимально уменьшить потери световых волн и настраивать изображение. Одновременно с ним о подобном открытии заявил и Гершель.

Сейчас активно используются обе конструкции, и продолжается совершенствование оптики. В дело вступают современные компьютеры и Самый большой телескоп из тех, что расположены на Земле, — это большой Канарский телескоп. Но скоро его величие затмится, уже в работе проекты с зеркалами диаметром 30 м против его 10,4 м.

Телескопы-гиганты строят на возвышенности, чтобы максимально исключить преломление картинки земной атмосферой. Перспективным направлением является строительство космических телескопов. Они дают самую четкую картинку с максимальным разрешением. Все это было бы невозможно, если бы в далеком 17-м веке не была создана подзорная труба.

26.10.2017 05:25

1566

Что такое телескоп и зачем он нужен?

Телескоп — это прибор, который позволяет рассматривать космические объекты с близкого расстояния. Теле переводится с древнегреческого языка – далеко, а скопео – смотрю. Внешне многие телескопы очень похожи на подзорную трубу, поэтому у них и одинаковое назначение — приближать изображения объектов. В связи с этим, их ещё называют оптические телескопы, поскольку они приближают изображения с помощью линз, оптических материалов, похожих на стекло.

Родиной телескопа является Голландия. В 1608 году мастера по изготовлению очков изобрели в этой стране зрительную трубу, прообраз современного телескопа.

Однако первые чертежи телескопов были обнаружены ещё в документах итальянского художника и изобретателя Леонардо да Винчи. На них стояла дата 1509 года.

Современные телескопы для большего удобства и стабильности ставятся на специальную подставку. Их основными частями являются объектив и окуляр.

Объектив расположен в дальней от человека части телескопа. В нём находятся линзы или вогнутые зеркала, поэтому оптические телескопы делят на линзовые и зеркальные.

Окуляр расположен в ближней от человека части прибора и обращён к глазу. Он также состоит из линз, которые увеличивают изображение объектов, формируемых объективом. В некоторых современных телескопах, которыми пользуются астрономы, вместо окуляра установлен дисплей, показывающий изображения космических объектов.

Профессиональные телескопы отличаются от любительских тем, что обладают большим увеличением. С их помощью астрономы смогли сделать множество открытий. Учёные ведут наблюдения в обсерваториях за другими планетами, кометами, астероидами и чёрными дырами.

Благодаря телескопам они смогли более подробно изучить спутник Земли – Луну, которая находится от нашей планеты на относительно небольшом по космическим меркам расстоянии – 384403 км. Увеличения этого прибора позволяют отчётливо рассмотреть кратеры лунной поверхности.

Предлагаем ознакомиться:  Что такое наименование организации Как назвать фирму

Любительские телескопы продаются в магазинах. По своим характеристикам они уступают тем, которыми пользуются учёные. Но с их помощью можно также увидеть кратеры Луны,

Если вы решили купить телескоп, то вам сначала нужно понять, что он собой представляет, какие виды их бывают, и какой вариант лучше выбрать. В этом мы и попытаемся помочь вам разобраться.

Если вы решили купить телескоп, то вам сначала нужно понять, что он собой представляет, какие виды их бывают, и какой вариант лучше выбрать. В этом мы и попытаемся помочь вам разобраться.

Что такое телескоп и зачем он нужен
Телескоп — это прибор, который позволяет наблюдать за разными небесными объектами, которые сильно удалены от точки наблюдения. Наиболее часто они применяются для наблюдения именно за небесными телами, но иногда с их помощью рассматриваются и земные объекты. Ранее они были очень дорогими, и позволить их себе могли только астрономы и уфологии. Сегодня приборы такого рода гораздо доступнее, и позволить их себе могут и обычные люди. Например, купить их может помочь магазин «Звездочет».

Оптические телескопы
Разные телескопы могут работать в разных диапазонах электромагнитных спектров. Наиболее распространен оптический телескоп. Практически все любительские телескопы сегодня являются оптическими. Такие приборы работают со светом. Также бывают радиотелескопы, нейтринные, гравитационные, рентгеновские и гамма телескопы. Однако это все относится к научному оборудованию, которое в быту не применяется.

Астрономические транзитные приборы

Эти небольшие, но очень важные телескопы сыграли жизненно важную роль в картировании небесной сферы. Астрономические транзитные приборы обычно представляют собой рефракторы с апертурами 15–20 см. Основная оптическая ось телескопа выровнена по линии север-юг, так что ее движение ограничено плоскостью меридиана наблюдателя. Это обеспечивает дополнительную стабильность, но наблюдателю приходится ожидать, когда небесный объект пройдет через его меридиан.

Существуют различные инструменты – транзитные, горизонтального и вертикального мередианного круга. Первые два типа телескопов определяют прямое восхождение и склонение небесных объектов, а вертикальный – только их склонение. Одним из самых точных астрономических транзитных инструментов в мире является 15-см телескоп обсерватории ВМС США.

Астролябии

Призматическая астролябия используется для точного определения положений звезд и планет. Иногда она применяется для решения обратной задачи – определения широты и долготы наблюдателя по точно известным положениям небесных объектов. Апертура призматической астролябии небольшая и обычно равна 8–10 см.

Ртуть и преломляющая призма составляют другую основную часть инструмента. Изображение, отраженное от жидкого металла, наблюдается вместе с прямым изображением для получения необходимых данных о местоположении. В 1970-х годах конструкция устройства была усовершенствована. В Китае создали более точную автоматическую астролябию, которая используется в настоящее время.

Кто изобрел телескоп

Возможно, все происходило не совсем так, но наиболее вероятно, что именно нидерландский мастер по изготовлению увеличительных стекол Иоганн (или Ханс) Липперсгей (1570-1619) (урожденный немец: его родина — город Везель в Германии) первым получил патент на изобретение прибора, который мог давать увеличенное в три-четыре раза изображение рассматриваемого предмета. Примерно через год, в 1609 г., знаменитый итальянский ученый Галилео Галилей (1564-1642) продемонстрировал сенату Венеции аналогичное изобретение.

Историки считают, что Галилей если не изобрел, то усовершенствовал телескоп. Причем прибор получился у него гораздо лучше, чем у голландца: зрительная труба, созданная Галилеем, давала увеличение в 30 раз, что позволяло Галилею изучать небо.

Устройство телескопа основано на том, что луч, проходя через границу между оптическими средами (воздухом и стеклом линзы), отклоняется. Это явление называется преломлением света, или рефракцией, а телескопы, похожие на приборы Липперсгея и Галилея, — рефракторами. Для собирания света в них используется система линз.

Самый большой в мире телескоп- рефрактор с объективом диаметром больше метра построен в Йеркской обсерватории в штате Висконсин (США). Телескоп иного типа — рефлектор — изобрел итальянец Николо Цукки (1586-1670). В рефлекторе изображение строится за счет отражения света от искривленных зеркал, а последнее зеркало посылает сформированное изображение наблюдателю (или на какой-то прибор, например монитор с экраном). В 1616 г.

Цукки наблюдал за небом, пользуясь телескопом своей конструкции. Рефлектор проще построить, чем рефрактор, и он дает более детальное изображение. Телескоп-рефлектор с самым большим зеркалом (диаметр 6,1 м) — Большой телескоп азимутальный (БТА) установлен на Кавказе, в Специальной астрофизической обсерватории в Зеленчуке.

придуманы людьми несколько столетий назад, однако их точное происхождение пока остаётся предметом спора учёных. Достоверно известно, что в начале 17 века, а именно в 1608 году, голландский изготовитель очков Ханс Липперсхей (Hans Lipperhey) подал заявку на патент зрительной трубы, по сути представлявшей собой примитивный .

Некоторые склонны полагать, что телескоп изобрел . На самом деле великий ученый только усовершенствовал голландца Х. Липперсхея, появившееся в 1608 г., а название «телескоп» дано греческим И. Демисиани в 1611 г., когда он познакомился с инструментом Галилея.

Результаты применения даже самых простых оптических телескопов были просто поразительными: были открыты на , пятна на , отдельные в .

Телескоп Галилея, как и все такие же инструменты в будущем, состоял из двух частей. Объектив — оптическая линза — собирал свет, а полученное изображение исследователь рассматривал через окуляр — своего рода лупу, позволяющую увеличить изображение.

Так, второй телескоп, построенный Галилеем, увеличивал изображения небесных тел в 34 раза. Оптические инструменты, в которых изображение получается с помощью собирающей линзы, называются рефракторами — от латинского слова «рефракцио», означающего «преломляю».

У телескопов-рефракторов был один серьезный недостаток — не удавалось сильно увеличить размеры объектива, так как большие и качественные линзы изготавливать очень трудно.

К тому же выяснилось, что линзы телескопов по-разному преломляют лучи разного цвета, из-за чего в изображениях появляются искажения — аберрации. Чтобы избавиться от этого, конструкции пришлось усложнять, применяя составные линзы.

Немало досаждала астрономам и земная , которая вносила свои искажения в наблюдения. Чтобы не зависеть от состояния атмосферы и , обсерватории начали строить в горах, где воздух прозрачен большую часть .

Инфракрасные телескопы

Как и у оптических телескопов, главной частью инфракрасных телескопов является зеркало.

Оно не обязательно должно быть таким же точным, как зеркала наземных рефлекторов, зато защита от помех для инфракрасных телескопов едва ли не главное условие .

А помех множество — инфракрасные лучи испускают все движущиеся и испытывающие детали телескопа, электронные устройства и приборы. Поэтому даже в условиях инфракрасные телескопы приходится охлаждать жидким гелием с температурой -270 °С.

Вселенная полна источников инфракрасного излучения — это сами звезды, космической и , нагретые расположенными близко к ним звездами, по сверхмощному инфракрасному излучению можно распознать области, в которых образуются новые звезды.

И даже близкие к нам области , планеты и их спутники исследуют с помощью инфракрасных приборов, позволяющих определить состав и структуру их атмосфер.

Особый интерес для изучения в инфракрасном диапазоне представляют активные ядра галактик, мощность излучения от которых так велика, что этому явлению пока еще не найдено объяснения.

По сведениям Национального агентства по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), которое по поручению правительства США занимается космическими исследованиями, каждую неделю космический телескоп Хаббла передает на Землю около 120 гигабит научных данных.

Такой объем информации эквивалентен содержимому книжной полки длиной около 1100 м. Непрерывно растущая коллекция изображений и данных хранится на магнитооптических дисках.

Космический телескоп Хаббла сыграл основополагающую роль в открытии темной энергии, загадочной силы, которая ускоряет расширение Вселенной.

Он обнаружил протопланетарные диски, сгустки газа и пыли вокруг молодых звезд, которые, вероятно, служат материалом, из которого формируются новые планеты.

Телескоп Хаббла установил также, что в далеких галактиках случаются вспышки , которые сопровождают гибель массивных звезд, — необычные, невероятно мощные выбросы энергии.

Отражающий Ньютона (1668г)

Вместо стеклянных линз, преломляющих лучи света, Исаак Ньютон (Isaak Newton) использовал изогнутые зеркала, также способные собирать или рассеивать свет в зависимости от формы. Конструкция на основе зеркал позволяет увеличивать объекты намного сильнее, чем это возможно с линзами. Кроме того, использование зеркал решает проблему хроматической аберрации, явления, из-за которого разные части спектра преломляются по-разному, что вызывает искажение изображения.

Однако из-за плохого качества зеркала первый отражающий Ньютона довольно сильно искажал и затемнял изображение. Отражающие стали популярны среди астрономов более чем через сто лет, когда появились зеркала, лучше отшлифованные и поглощающие меньше света.

Гринвичская королевская обсерватория (Royal Greenwich Observatory) с 1675 года является основной астрономической организации Великобритании. Она была организована королём Карлом II для навигационных нужд и сопутствующих исследований и размещена в Гринвиче, предместье Лондона. В то время Англия была крупнейшей морской державой, которой были необходимы возможно более точные инструменты для определения положения корабля, навигации на море, картографии и т.д.

Здесь, в Гринвичской обсерватории, в 1676г приступил к наблюдениям за звездами и Луной первый королевский астроном Джон Флемстид (John Flamsteed). К концу XIX века Гринвичская обсерватория имела 76см рефлектор, 71см, 66см и 33см рефракторы и множество вспомогательных инструментов. В 1953г часть обсерватории была перенесена на 70км к юго-западу, в позднесредневековый замок Хёрстмонсо.

Великий русский ученый М.В.Ломоносов не только изобрел и построил более десятка принципиально новых оптических приборов, но и создал русскую школу научной и прикладной оптики. Среди его изобретений был , позволяющий видеть ночью и названный Ломоносовым «ночезрительной трубой», и новый тип отражательного телескопа, который позднее был использован Гершелем в его знаменитом телескопе.

Под руководством Ломоносова в 1761г оптик Иван Иванович Беляев изготовил «небесную трубу» длиной больше 12м, с большими металлическими зеркалами и линзой-объективом. Эта зрительная труба, будучи неподвижной, позволяла наблюдать за двигающимися звёздами и планетами. Позднее, в 1764г, тот же Беляев по чертежам Ломоносова сделал три трубы, предназначенные для сумеречного времени.

Первый собственный Джон Гершель (John Frederick William Herschel) построил в 1774г, взяв за основу идеи и расчёты Ломоносова (по другим данным, Гершель и Ломоносов независимо друг от друга придумали оптические системы с одинаковыми принципами работы). Гершель несколько раз улучшал конструкцию телескопа, построив в итоге 20-футовый (6м) .

Гершель составил огромный каталог звёзд и туманностей, произвёл ценные наблюдения над планетами Солнечной системы, в частности, в 1781г подтвердил, что Уран является планетой, а не звездой, а также открыл два спутника Урана и два спутника Сатурна. Сын Гершеля также активно занимался небесной оптикой и провёл несколько лет в Южной Африке, где построил аналогичный для изучения неба Южного полушария.

Предлагаем ознакомиться:  Что такое спам в электронной почте и чем он грозит

Пулковская обсерватория (полное официальное название «Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория Российской академии наук», сокращённое — ГАО РАН) в настоящее время является основной астрономической обсерваторией РАН. Она расположена в 19км к югу от Санкт-Петербурга на Пулковских высотах.

Торжественное открытие обсерватории, созданной по решению Петербургской Академии наук, состоялось 7 (19) августа 1839г. Созданием обсерватории руководил выдающийся учёный-астроном Василий Яковлевич Струве, который и стал её первым директором. В Пулковской обсерватории находился один из самых больших на тот момент в мире рефракторов (38см).

Как и Гринвичская, Пулковская обсерватория предназначалась для развития навигации и для исследования неба, геодезических измерений и т.д. В 1847 году директор Гринвичской обсерватории написал, что ни один астроном не может считать себя астрономом, если он не познакомился с Пулковской обсерваторией.

На сегодняшний день научная деятельность обсерватории охватывает практически все приоритетные направления фундаментальных исследований современной астрономии: небесная механика и звёздная динамика, астрометрия (геометрические и кинематические параметры Вселенной), Солнце и солнечно-земные связи, физика и эволюция звезд, аппаратура и методика астрономических наблюдений.

Крымская астрофизическая обсерватория была основана в начале XX века возле поселка Симеиз на горе Кошка, как частная обсерватория любителя астрономии Николая Мальцова. В 1912 году она была передана в дар Пулковской обсерватории, после чего стала превращаться в полноценный научный центр, проводящий фотометрию звёзд и малых планет.

Сейчас Крымская обсерватория представляет собой развитый научно-исследовательский комплекс, в котором ведутся исследования по направлениям Физика звёзд и галактик, Физика Солнца, Радиоастрономия, Гамма-астрономия, Экспериментальная астрофизика, Оптическое производство. Сотрудниками Крымской обсерватории открыто около 1300 астероидов и 3 кометы.

200-дюймовый Хейла (1948г)

Джордж Эллери Хейл (George Ellery Hale), которого вполне можно назвать фанатом астрономии, в 1908г построил 60″ на горе Вильсон, к северо-востоку от Лос-Анджелеса. в 1917г там же был установлен 100″ Вильсона, который в течение 30 лет был самым большим телескопом в мире. Но Хейлу не хватало 100″ телескопа, он хотел построить раза в два больше размером.

В 1928г Хейл начал продвигать идею создания 200″ телескопа. Он сумел заручиться финансовой поддержкой чикагского миллионера Чарлза Йеркса и на горе Паломар, к югу от Лос-Анджелеса, был построен 200″ (5.1м) Хейла. Его строительство было завершено в 1948г, через 10 лет после смерти Хейла. Этот на протяжении 10 лет оставался крупнейшим в мире.

В телескопе Хейла использованы гигантские зеркала, изготовленные из специального нового стекла Pyrex, которое не меняет форму и размеры из-за колебаний температуры. Зеркало в нижней части трубы телескопа отражает свет звёзд, кабина наблюдателя находится наверху. Дополнительное зеркало может отражать свет через отверстие в центре основного зеркала.

Космический Хаббл (Hubble, 1990г)

Телескоп Хаббл был назван в честь известного астронома Эдвина Хаббла (Edwin Powell Hubble). Этот учёный оказал огромное влияние на проблему определения размеров нашей Вселенной и сформулировал закон: «галактики разлетаются со скоростью пропорциональной расстоянию между ними». Кстати, многие наблюдения Хаббл проводил на телескопах Хейла.

Запуск телескопа Хаббл, который состоялся в апреле 1990г, был настоящим прорывом для астрономии. Впервые был выведен за границу атмосферы и избавлен от искажений, возникающих из-за прохождения света через земную атмосферу. С помощью телескопа Хаббл более точно определены темпы расширения Вселенной, открыты многие новые звёзды и туманности, открыта тёмная материя, до того существовавшая только в расчётах отдельных физиков.

Земная атмосфера хорошо пропускает излучения в оптическом (0,3-0,6 мкм), ближнем инфракрасном (0,6-2 мкм) и радио (1 мм — 30 ) диапазонах. Однако с уменьшением длины волны прозрачность атмосферы сильно снижается, вследствие чего наблюдения в ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма диапазонах становятся возможными только из космоса.

Исключением является регистрация гамма-излучения сверхвысоких энергий, для которого подходят методы астрофизики космических лучей : высокоэнергичные гамма-фотоны в атмосфере порождают вторичные электроны, которые регистрируются наземными установками по черенковскому свечению . Примером такой системы может служить телескоп CACTUS .

В инфракрасном диапазоне также сильно поглощение в атмосфере, однако, в области 2-8 мкм имеется некоторое количество окон прозрачности (как и в миллиметровом диапазоне), в которых можно проводить наблюдения. Кроме того, поскольку большая часть линий поглощения в инфракрасном диапазоне принадлежит молекулам воды , инфракрасные наблюдения можно проводить в сухих районах Земли (разумеется, на тех длинах волн, где образуются окна прозрачности в связи с отсутствием воды).

В оптическом диапазоне атмосфера прозрачна, однако из-за Рэлеевского рассеяния она по-разному пропускает свет разной частоты, что приводит к искажению спектра светил (спектр сдвигается в сторону красного). Кроме того, атмосфера всегда неоднородна, в ней постоянно существуют течения (ветры), что приводит к искажению изображения.

Поэтому разрешение земных телескопов ограничено значением приблизительно в 1 угловую секунду, независимо от апертуры телескопа. Эту проблему можно частично решить применением адаптивной оптики , позволяющей сильно снизить влияние атмосферы на качество изображения, и поднятием телескопа на большую высоту, где атмосфера более разреженная — в горы , или в воздух на самолетах или стратосферных баллонах .

Но наибольшие результаты достигаются с выносом телескопов в космос. Вне атмосферы искажения полностью отсутствуют, поэтому максимальное теоретическое разрешение телескопа определяется только дифракционным пределом : φ=λ/D (угловое разрешение в радианах равно отношению длины волны к диаметру апертуры).

Вынос в космос позволяет поднять разрешение и у радиотелескопов, но по другой причине. Каждый радиотелескоп сам по себе обладает очень маленьким разрешением. Это объясняется тем, что длина радиоволн на несколько порядков больше, чем видимого света, поэтому дифракционный предел φ=λ/D намного больше, даже несмотря на то, что размер радиотелескопа тоже в десятки раз больше, чем у оптического.

Например, при апертуре 100 метров (в мире существуют только два таких больших радиотелескопа) разрешающая способность на длине волны 21 см (линия нейтрального водорода) составляет всего 7 угловых минут, а на длине 3 см — 1 минута, что совершенно недостаточно для астрономических исследований (для сравнения, разрешающая способность невооруженного глаза 1 минута, видимый диаметр Луны — 30 минут).

Однако, объединив два радиотелескопа в радиоинтерферометр , можно существенно повысить разрешение — если расстояние между двумя радиотелескопами (так называемая база радиоинтерферометра
) равна L, то угловое разрешение определяется уже не формулой φ=λ/D, а φ=λ/L. Например при L=4200 км и λ=21 см максимальное разрешение составит около одной сотой угловой секунды.

Однако, для земных телескопов максимальная база не может, очевидно, превышать диаметр Земли. Запустив один из телескопов в дальний космос, можно значительно увеличить базу, а следовательно, и разрешение. Например, разрешение космического телескопа Радиоастрон при работе совместно с земным радиотелескопом в режиме радиоинтерферометра (база 390 тыс.

Что такое телескоп

Инструмент, который собирает электромагнитное излучение удаленного объекта и направляет его в фокус, где образуется увеличенное изображение объекта или формируется усиленный сигнал.

По мере развития астрономической техники появилась возможность изучать объекты во всем электромагнитном спектре, для чего были разработаны специальные системы телескопов и дополнительных детекторов, позволяющие работать в различных диапазонах волн. Термин «телескоп», первоначально означавший оптический инструмент, получил более широкое значение. Однако в телескопах, работающих в видимом, радио- и рентгеновском диапазонах, используются системы и методы, сильно различающиеся между собой.

Оптические телескопы бывают двух основных типов (рефракторы и рефлекторы), отличающиеся выбором главного собирающего свет элемента (линза или зеркало соответственно). У телескопа-рефрактора на передней стороне трубы имеется объектив, а в задней части, где формируется изображение, — окуляр или фотографическое оборудование. В отражательном телескопе в качестве объектива использовано вогнутое зеркало, располагающееся в задней части трубы.

Объектив телескопа-рефрактора обычно представляет собой составную линзу из двух или нескольких элементов с относительно большим фокусным расстоянием. Использование составных линз уменьшает хроматическую аберрацию (такие линзы называют ахроматическими дублетами и триплетами). Минимизировать как хроматическую, так и сферическую аберрацию можно, если использовать большое фокусное расстояние, но это приводит к тому, что рефракторы получаются длинными и громоздкими.

При создании и установке больших стеклянных линз возникает ряд трудностей; кроме того, толстые линзы поглощают слишком много света. Самый большой рефрактор в мире, имеющий объектив с линзой диаметром в 101 см, принадлежит Йеркской обсерватории.

Все большие астрономические телескопы представляют собой рефлекторы. Рефлекторные телескопы популярны и у любителей, поскольку они не так дороги, как рефракторы, и их легче изготовить самостоятельно. В рефлекторе свет собирается в точке перед первичным зеркалом, называемой первичным фокусом. Собранный пучок света обычно направляется (посредством вторичного зеркала) к более удобному для работы месту.

С этой точки зрения различают несколько общепринятых систем, в том числе ньютоновский фокус, кассегреновский фокус, фокус куде и фокус Несмита. В очень больших телескопах наблюдатель имеет возможность работать непосредственно в первичном фокусе в специальной кабине, установленной в главной трубе. На практике как вторичное зеркало, так и кабина в первичном фокусе не оказывают существенного влияния на работу телескопа.

Первичные зеркала в отражательных телескопах обычно изготавливают из стекла или керамики, которая не расширяется (и не сжимается) при изменении температуры. Поверхность зеркала тщательно обрабатывается до получения требуемой формы, обычно сферической или параболической, с точностью до долей длины волны света.

Для получения отражательных свойств на поверхность стекла наносится тонкий слой алюминия. В ранних отражательных телескопах, например, у Уильяма Гершеля (1738-1822), первичное зеркало было изготовлено из полированного металлического сплава (68% меди и 32% олова). По латыни термин «зеркальный» предается как «speculum»;

В наиболее современных больших телескопах применяются методы активной оптики, которые позволяют использовать более тонкие и легкие зеркала, необходимая форма которых сохраняется поддерживающей системой, управляемой компьютером. Это позволяет использовать как зеркала с очень большими диаметрами, так и зеркала, составленные из отдельных элементов.

Мощность получаемого светового сигнала и разрешающая способность телескопов зависят от размера объектива. Чтобы получить возможность наблюдения все более слабых объектов и достичь разрешения мелких деталей, в астрономии наблюдается тенденция к созданию инструментов все большего размера, хотя этих целей частично можно достичь и за счет создания более чувствительных детекторов и применения интерферометров.

Телескоп Свифт (Swift, 2004г)

Орбитальный рентгеновский Свифт был разработан для изучения быстрых космических явлений, называемых гамма-всплесками, которые, предположительно, возникают при смерти массивной звезды или объединении двух плотных объектов, таких как нейтронные звёзды. До запуска Свифта, состоявшегося в 2004 году, астрономам требовалось около 6 часов, чтобы после фиксации гамма-всплеска регистрировать все его параметры.

Свифт способен начать записывать все данные о гамма-потоке не более чем через минуту после фиксации всплеска. Свифт уже зафиксировал данные сотен гамма-всплесков, а в апреле 2009 года обнаружил поток гамма-излучения, который дошёл до нас от наиболее отдалённого космического объекта из всех зафиксированных до сих пор.

Загрузка ...
Adblock detector