- Телескоп Галилея
- Рождение зрительной трубы
- Труба, направленная в небо
- Угол зрения
- Как работает телескоп
- Развитие идеи
- История телескопа: от Галилея до наших дней
- У истоков астрономии
- Рефлектор Ньютона и другие телескопы
- Время гигантов
- Реплика от «Швабе»
- События, связанные с этим
- Телескоп 1610 года пример телескопа диаметр угловое разрешение приемник излучения
Телескоп Галилея
Увеличительные приборы нужны морякам, чтобы вовремя заметить вражеское судно или долгожданный берег; военным, чтобы рассмотреть удалённые вражеские позиции и составить план битвы; астрономам, чтобы лучше увидеть звёзды и планеты. Первые такие приборы — зрительные трубы и телескопы — появились в начале XVII в.
Рождение зрительной трубы
Первый чертёж зрительной трубы обнаружен в записях Леонардо да Винчи от 1509 г. В 1604 г. немецкий астроном И. Кеплер научно объяснил, как проходят лучи через подобную оптическую систему из двух линз. А через 4 года в Голландии, славившейся своим стеклодувным производством и лучшими очковыми мастерами, уже появились зрительные трубы из двух линз. Трое голландских мастеров И. Липперсгей, З. Янсен и Я. Мециус, работая с линзами, заметили, что выпуклая (собирающая) и вогнутая (рассеивающая) линзы, установленные на некотором расстоянии друг от друга, способны создать чёткое приближенное изображение удалённого предмета. Первым своё изобретение продемонстрировал Липперсгей в 1608 г. — этот год и считается датой рождения зрительной трубы.
Труба, направленная в небо
В 1609 г. итальянский астроном, математик, физик и мыслитель Галилео Галилей сконструировал зрительную трубу с трёхкратным увеличением и направил её в небо, разглядывать звёзды, — так зрительная труба превратилась в телескоп. Для астрономических наблюдений Галилей создал телескоп, увеличивающий изображение в 8 раз. Лучший телескоп Галилея увеличивал в 32 раза. С его помощью Галилей разглядел сложный рельеф поверхности Луны, открыл 4 спутника (луны) планеты Юпитер, обнаружил пятна на Солнце, а увеличенный Млечный Путь в телескопе предстал скоплением отдельных звёзд.
В России зрительные трубы назывались «подзорными» — «увеличивающими зоркость». Галилей называл свое изобретение — «perspicillum» («ясно вижу»). Название «телескоп» (от греч. tele — даль и skopeo — смотрю) предложил в 1611 г. греческий математик Дж. Демизиани.
Угол зрения
Удалённые предметы или предметы близкие, но слишком мелкие мы видим плохо или не видим совсем, потому что угол зрения от них слишком мал. Угол зрения — это угол преломления хрусталиком глаза световых лучей от предмета. Лучи, отражённые от предмета, проходят через хрусталик нашего глаза и проецируются на сетчатке в перевёрнутом виде. Но мозг снова переворачивает изображение, и мы видим мир правильно.
Как работает телескоп
Система линз в зрительной трубе или оптическом телескопе изменяет направление световых лучей, показывая нам предмет под большим углом зрения. Изображение на сетчатке увеличивается, и мы видим подробности строения предмета. Когда говорят, что телескоп увеличивает в 10 раз, это значит, что он показывает предметы под углом зрения в 10 раз большим, чем невооружённый глаз.
Телескоп Галилея — это труба, в которую с двух сторон вставлены линзы. Обращённая к глазу линза — это окуляр, а линза, обращённая к объекту наблюдения, — объектив. Объектив — собирающая линза, увеличивающая угол зрения. Окуляр телескопа — рассеивающая линза, превращающая сходящиеся лучи, идущие от объектива, снова в параллельные, но на меньшей площади. Рассеивающая линза не даёт перевернуть изображение, и в телескопе Галилея мир виден правильно.
Телескоп собирает широкий параллельный световой пучок в узкий параллельный пучок, усиливая «плотность» светового потока и делая видимым, например, свет далёких звёзд, неразличимый невооружённым глазом.
Развитие идеи
Телескоп Галилея — это рефрактор — тип оптических телескопов, работающих за счёт рефракции — преломления световых лучей в системе линз. В 1611 г. Кеплер предложил заменить рассеивающую линзу в окуляре телескопа собирающей — она превращала расходящийся пучок лучей (после их фокусировки объективом (F) в параллельный. Такая схема расширила поле зрения телескопа, т. е. позволила охватить взором больший кусок неба, но давала перевёрнутое изображение. Астрономы, пользующиеся рефракторами Кеплера, привыкли наблюдать «перевёрнутый мир».
Рефракторы, по-разному преломляя лучи разных цветов, дают цветовые искажения — хроматическую аберрацию. В 1668 г. И. Ньютон сделал телескоп нового типа — рефлектор, в котором пучок света собирает система зеркал и нет хроматической аберрации.
Источник
История телескопа: от Галилея до наших дней
Недавно в российских магазинах появился в продаже телескоп ТАЛ-35 ‒ копия рефлектора, созданного Исааком Ньютоном в 1668 году. Изобретение, в свое время ставшее прорывом в астрономии, в точности воспроизвели специалисты холдинга «Швабе» .
Телескоп «Швабе» не отличается от оригинала ничем, кроме улучшенного качества изображения. Интересно, что принципиальные схемы телескопов были открыты еще в XVII веке и применяются до сих пор. Об эволюции телескопов и первооткрывателях телескопостроения – в нашем материале.
У истоков астрономии
410 лет назад, в 1609 году, итальянец Галилео Галилей, впервые наблюдая через телескоп небесные тела, смог разглядеть кратеры на Луне, отдельные звезды Млечного Пути и спутники Юпитера. Свои наблюдения Галилей описал в книге «Звездный вестник», которая произвела фурор в научной среде. Этот момент считается одним из поворотных в становлении астрономии как науки о Вселенной.
Галилео Галилей демонстрирует свой телескоп в Венеции. Фреска Джузеппе Бертини
Первые зрительные трубы, изучая которые Галилей собрал свой телескоп, были изготовлены в 1607 году в Голландии. Но до этого еще в 1509 году Леонардо да Винчи в своих записях сделал чертежи простейшего линзового телескопа и предлагал смотреть через него на Луну.
Устройство первых телескопов было достаточно простым. В трубе на расстоянии располагались две линзы: объектив − выпуклая линза с фокусным расстоянием в 10, 20 или 30 дюймов и окуляр – вогнутая рассеивающая линза. Недостатками такого устройства являлись малое поле зрения и слабая яркость картинки.
В 1611 году немецкий ученый Иоганн Кеплер предлагает свою конструкцию телескопа – с двумя собирающими линзами. Эта схема давала перевернутое изображение, но зато оно было более ярким, и при этом значительно расширялось поле зрения. Первый телескоп по схеме Кеплера был сделан в 1613 году ученым-иезуитом Кристофом Шейнером. Он же впервые использовал для наведения телескопа две взаимно перпендикулярные оси, одна из которых стоит под прямым углом к плоскости экватора, что помогало компенсировать вращение Земли при наблюдениях.
Рефлектор Ньютона и другие телескопы
Первый телескоп, собранный Галилеем, имел трехкратное увеличение. Позже ему удалось добиться 32-кратного приближения. В дальнейшем ученые поняли, что увеличение фокусного расстояния улучшает качество изображения и помогает избежать аберраций, или искажений. Размеры телескопов при этом стали достигать 100 метров.
Одним из существенных искажений, которые мешали работе пионеров астрономии, был хроматизм, когда изображение становилось нечетким и у него появлялись яркие цветные контуры. Чтобы избавиться от хроматических аберраций, англичанин Исаак Ньютон, экспериментировавший в 1660-е годы с оптикой, решает заменить выпуклую линзу на сферическое зеркало. Для этого он добавляет в бронзу мышьяк и разрабатывает хорошо поддающийся шлифовке материал. Первый телескоп-рефлектор был построен Ньютоном в 1668 году. Длиной он был всего 15 см и диаметром 33 мм. Ученый смог добиться 40-кратного увеличения высокого качества. Новый телескоп настолько понравился королю, что Ньютон был избран членом Королевского общества.
Оригинальный телескоп-рефлектор Исаака Ньютона. Фото Лондонского королевского общества
В 1672 году француз Лоран Кассегрен предложил двухзеркальную схему, где первое зеркало было параболическим, а в качестве второго рефлектора выступал выпуклый гиперболоид, располагающийся перед фокусом первого. Первый подобный телескоп был сделан в 1732 году. Таким образом, уже в конце XVII века были разработаны все основные схемы телескопов, которые совершенствовались в последующие годы.
Время гигантов
В середине XIX века появились первые фотографии, выполненные с помощью телескопов. В 1860-е годы произошло важное событие в мире астрономии – англичанин Уильям Хаггинс впервые использовал вместе с телескопом спектроскоп. Ученый исследовал спектры излучения звезд и доказал различия между галактиками и туманностями.
Если во второй половине XIX века моду задавали телескопы-рефракторы, то в XX веке лидерами стали зеркальные рефлекторы. И сегодня в большинстве телескопов используются зеркальные схемы.
Большой телескоп азимутальный. Фото: Руслан Зимняков/Flickr
В 1917 году в Калифорнии был построен зеркальный телескоп Хукера диаметром 100 дюймов (2,54 м), с помощью которого Эдвин Хаббл делал свои открытия. В 1948-м там же был запущен телескоп Хейла диаметром 5,15 м. Он оставался самым крупным в мире до 1976 года, когда в СССР был открыт БТА (Большой телескоп азимутальный), установленный в Специальной астрофизической обсерватории на горе Семиродники около Нижнего Архыза. Это был первый телескоп с альт-азимутальной компьютеризованной монтировкой. Основные работы по телескопу выполняли предприятия, входящие сегодня в холдинг «Швабе»: Лыткаринский завод оптического стекла и Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова. По сей день зеркало БТА диаметром 605 см является самым большим по массе.
С каждым десятилетием сложность и размеры телескопов растут. Так, самый большой в мире телескоп с цельным зеркалом диаметром 10 м находится на Гавайских островах. На Канарских островах есть еще более крупный Большой Канарский телескоп диаметром 10,4 м. Но его первичное зеркало не является цельным − оно собрано из 36 зеркальных шестиугольных сегментов. Применение ячеистых зеркал стало новым шагом в развитии телескопов.
Реплика от «Швабе»
Сегодня ощутить себя астрономами далекого прошлого можно благодаря ученым из столицы Сибири. В 2008 году на Новосибирском приборостроительном заводе (НПЗ) холдинга «Швабе» воссоздали телескоп-рефлектор, созданный Исааком Ньютоном в 1668 году. Первые экземпляры устройства выпустили как памятные сувениры для гостей Новосибирска, приехавших посмотреть на полное солнечное затмение, так называемое русское. Но спрос оказался таким высоким, что телескопы продолжали выпускать по единичным заказам, а потом и вовсе решили запустить серийное производство – под названием ТАЛ-35.
Чертежи телескопа создавали практически с нуля – на основе архивной информации. Оптическая труба ТАЛ-35 состоит из двух частей: подвижной и основной. Монтировка (подвижная опора телескопа) представляет собой деревянный шар. В рефлекторе Ньютона зеркало повернуто к оптической оси под углом 45 градусов, поэтому наблюдение ведется не с торца телескопа, а в боковой части.
Реплика телескопа Ньютона. Фото: «Швабе»
Детали телескопа Ньютона изготавливают на тех же линиях, где серийно производят линейку известных в мире телескопов ТАЛ. Единственное отличие копии от исторического оригинала – это качество изображения. Если Ньютон использовал для отражения полированную бронзовую пластину, то реплику оснастили оптическим зеркалом, обработанным алюминием. Таким образом, несмотря на сувенирное назначение, эти телескопы можно использовать и для наблюдений.
Астрономия – одна из важнейших наук, формирующих мировоззрение. Несколько лет назад она вернулась в обязательную школьную программу старших классов. Выпускаются новые учебники, в ЕГЭ добавляются астрономические вопросы. Как отмечает генеральный директор НПЗ Василий Рассохин, в создании телескопа ТАЛ-35 новосибирцы руководствовались не только популярностью прибора как сувенира: «Мы уверены, что телескопы Ньютона станут первым шагом в большую науку для многих молодых людей».
События, связанные с этим
Крылья и винты: 80 лет Улан-Удэнскому авиазаводу
Завод имени Дегтярева: более 100 лет на страже Отечества
История телескопа: от Галилея до наших дней
Александр Нудельман – конструктор, вооруживший летчиков, танкистов и врачей
Источник
Телескоп 1610 года пример телескопа диаметр угловое разрешение приемник излучения
Первым приемником изображений в телескопе, изобретенным Галилеем в 1609 году, был глаз наблюдателя. С тех пор не только увеличились размеры телескопов, но и принципиально изменились приемники изображения. В начале ХХ века в астрономии стали употребляться фотопластинки, чувствительные в различных областях спектра. Затем были изобретены фотоэлектронные умножители (ФЭУ), электронно-оптические преобразователи (ЭОП).
Эволюция параметров оптических телескопов:
| ||||||||||||||||||||||||||||
| Таблица 2.2.4.1 |
В современных телескопах в качестве приемников излучения используют ПЗС-матрицы . ПЗС состоит из большого количества (1000?1000 и более) полупроводниковых чувствительных ячеек размером в несколько микрон каждая, в которых кванты излучения освобождают заряды, накапливаемые в определенных местах – элементах изображения. Изображения обрабатываются в цифровом виде при помощи ЭВМ. Матрица должна охлаждаться до температур –130 °С.
Наблюдения на современных телескопах проводятся из специальных помещений; во время работы телескопов людям в здании желательно не находится, чтобы не создавать лишних вибраций и потоков тепла. Некоторые телескопы могут передавать изображение напрямую пользователям Интернет.
В современных телескопах-рефлекторах главное зеркало, как правило, имеет параболическую или гиперболическую форму. Они способны получать изображение не только в оптическом, но и в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах. Имеются механизмы компенсирования дрожания атмосферы – адаптивная оптика и спекл-интерферометрия.
На Паломарской обсерватории при помощи зеркально-линзового телескопа системы Шмидта был проведен обзор, состоящий из тысячи карт, запечатлевших в двух цветах объекты неба до 21-й звездной величины. Пятиметровый телескоп Паломарской обсерватории является самым старым из крупнейших телескопов мира.
2,5-метровый телескоп обсерватории Апаче-Пойнт (США), оснащенный гигантской ПЗС-камерой, начал составлять новый обзор, в котором будут объекты в пяти цветах до 25-й звездной величины.
На 10-метровом зеркале телескопа «Кек-1» на Гавайских островах при помощи сегментирования получено разрешение 0,02″. Там же на высоте 4150 м над уровнем моря расположен телескоп «Кек-2».
На 6-метровом телескопе БТА Специальной астрофизической обсерватории РАН на Северном Кавказе при применении новой спекл-интерферометрической камеры удалось довести угловое разрешение до 0,02″. В последнее время строят телескопы, которые используют, как и БТА азимутальную установку, но их характерное отличие – использование адаптивной оптики. Для этого делают тонкое зеркало, форма которого автоматически подстраивается с помощью компьютера. В настоящее время построено более десяти таких телескопов.
На нашей планете не так уж много мест, где имеются идеальные условия для размещения современных телескопов. Поскольку телескопы рассчитаны на наблюдения не только в оптическом, но и в инфракрасном диапазонах, то при их строительстве необходимо учитывать не только удаленность от больших городов, но и наличие водяного пара в атмосфере, который даже в ничтожных количествах сильно поглощает инфракрасное излучение. К таким идеальным местам относят районы северного высокогорья Чили, такие как Пампа-ля-Бола (4800 м), Рио-Фрио (4100 м), Льлано-де-Чайнатор (5050 м), а также Мауна-Кеа (4200 м, Гавайи). В настоящее время в Льлано-де-Чайнатор планируют построить субмиллиметровый массив ALMA, а в Мауна-Кеа уже расположен целый ряд астрономических инструментов.
Телескопы-близнецы «Джемини Северный» (Gemini North) и «Джемини Южный» (Gemini South) имеют зеркала диаметром 8,1 м. «Джемини» Южный (Gemini South) расположен в Южном полушарии в Серро-Пачон (Чили) на высоте 2737 метров над уровнем моря. «Джемини Северный» (Gemini North) находится в Северном полушарии на горе Мауна-Кеа (Гавайи), на высоте 4200 м над уровнем моря. Телескопы располагаются в разных полушариях и совместно могут наблюдать объекты на всей небесной сфере.
Телескоп VLT (Very Large Telescope), который находится на севере Чили на вершине горы Паранал в пустыне Атакама на высоте 2635 м над уровнем моря, состоит из четырех идентичных телескопов, размеры каждого из которых 8,2 м. Телескопы разработаны ESO (European Southern Observatory) – межправительственной европейской организацией для проведения астрономических исследований. Все четыре телескопа работают в режиме интерферометра со сверхдлинной базой и получать изображения, как на телескопе с 200-метровым зеркалом.
Телескоп Hobby-Eberly Telescope НЕТ (имени Вильяма Хобби и Роберта Эберли) обсерватории Мак-Дональд вступил в строй в 1997 году в Маунт-Фоулкес (Техас, США). Он расположен на высоте 2002 м над уровнем моря и имеет 11-метровое первичное зеркало, составленное из 91 сегмента, и подвижное вторичное зеркало. При этом эффективный диаметр зеркала HET составляет 9,2 метра. Оптическая ось телескопа установлена под фиксированным углом 35° к зенитному направлению, причем телескоп способен поворачиваться по азимуту на полный круг. В южном полушарии построен аналог телескопа НЕТ – Большой Южно-Африканский Телескоп (SALT).
Телескоп «Субару», диаметр зеркала которого достигает 8,2 м, вступил в строй в 1999 году на Мауна-Кеа, Гавайские острова, на высоте 4139 м над уровнем моря. Его системы следят за формой главного зеркала с целью уменьшения искажений и борьбы с атмосферным дрожанием. Управляемый компьютером цилиндрический купол телескопа подавляет тепловую турбулентность воздуха. В настоящее время получены фотографии с разрешением 0,2″. Наблюдения на данном телескопе проводятся из специальных помещений, так как во время работы телескопа люди в здании находиться не могут. Телескоп рассчитан на наблюдения от ультрафиолетовой до инфракрасной области спектра.
Телескопы «Магеллан-1» и «Магеллан-2», расположенные в Лас-Кампанасе (Чили) на высоте 2300 м над уровнем моря, частично вступили в строй в 1999 году. Размеры зеркал этих телескопов 6,5 м. Полный ввод в строй этих телескопов, работающих как интерферометры, ожидается в 2002 году.
Среди рефракторов крупных телескопов нет. Йеркский рефрактор (США, 1897) имеет объектив 1,02 м, Ликский (Маунт-Гамильтон, США, 1888) – 0,9 м, Медонский (Франция, 1889) – 0,83 см. Построенный на основе технологии, свободной от комы и астигматизма, «Большой Шмидт» (Маунт-Паломар, США, 1948) имеет 48-дюймовое зеркало. Такой же по величине Британский телескоп Шмидта (1973) расположен в Австралии.
Особое значение в наш космический век придается орбитальным обсерваториям. Наиболее известная из них – космический телескоп им. Хаббла – запущен в апреле 1990 года и имеет диаметр 2,4 м. После установки в 1993 году корректирующего блока телескоп регистрирует объекты вплоть до 30-й звездной величины, а его угловое увеличение – лучше 0,1″ (под таким углом видна горошина с расстояния в несколько десятков километров). С помощью телескопа удалось получить снимки далеких объектов Солнечной системы, наблюдать падение кометы Шумейкеров – Леви на Юпитер и извержение Ио, изучить цефеиды и квазары, получить снимки предельно слабых галактик.
Исследования с орбиты проводятся не только в оптическом, но и во всех других диапазонах электромагнитного излучения. Космический инфракрасный телескоп SIRTF (Space Infrared Telescope Facility), запущенный в космос в 2003 году, переименован в честь астронома из Принстона – Лаймана Спитцера.
Астрономические данные, полученных на различных современных телескопах, накапливаются на специальных компьютерах. Обычно результаты наблюдений в течение года считаются собственностью получившего их ученого. Затем данные переходят в общее пользование. В настоящее время созданы виртуальные обсерватории, в которых доступны данные наблюдений с обсерваторий VLT, SOHO, Космического телескопа им. Хаббла и других.
Источник
