Видове телескопи, тяхното устройство и характеристики

Телескоп е устройство, използвано за оформяне на увеличени изображения на отдалечени обекти. Това е най-важният изследователски инструмент в астрономията. Тя осигурява средства за събиране и анализиране на радиацията на небесните обекти, дори и тези, които са далеч във Вселената.

Галилео направи революция в астрономията, когато в началото на XVII век. използва телескоп за изучаване на извънземни тела. Пред него такива инструменти не бяха използвани за тази цел. Първоначалната работа на "Галилео" бе последвана от все по-мощни телескопи, както и от широк спектър от инструменти, способни да откриват и измерват радиация във всяка област на електромагнитния спектър. Възможностите на астрономическите инструменти са разширени с изобретяването на помощни инструменти (камери, спектрографи и устройства, свързани със зареждане) и появата на компютри, ракети и космически кораби. Всичко това направи огромен принос за разширяването на научните познания за слънчевата система, галактиката и вселената като цяло.

В зависимост от работната част на електромагнитния спектър има оптични, радио, рентгенови и гама-телескопи.

рефрактори

Този тип телескоп се използва за изучаване на Луната, други обекти на Слънчевата система, като Юпитер и Марс, и двоични звезди. Името идва от термина "пречупване", което означава пречупване на светлината на интерфейса на две среди с различни плътности, като въздух и стъкло. Стъклото е леща и може да се състои от един или повече компоненти. Формата на компонентите може да бъде изпъкнала, вдлъбната или равнинно-паралелна. Пример за такъв телескоп е училищен рефрактор.

Фокус - точка или равнина, в която светлинните лъчи се събират след преминаване през обектива на разстояние от едно фокусно разстояние. При рефрактор първата леща, през която светлината преминава от небесен обект, се нарича обективна. Вторият обектив, наречен окуляра, се намира зад фокалната равнина и позволява на зрителя да види увеличеното изображение. По този начин, най-простата форма на рефрактор се състои от леща и окуляр.

Диаметърът на лещата се нарича отвор. Той обикновено варира от няколко сантиметра до 1 m в най-големия телескоп-рефрактор. Обективът, подобно на окуляра, може да се състои от няколко компонента. малък телескопи може да има допълнителен обектив зад окуляра, така че изображението да не изглежда обърнато. Наблюдаваният обект може да не се появи доста рязко или с доминираща сянка. Подобни изкривявания (аберации) понякога се появяват при полиране на лещи. Хроматична аберация е основният тип изкривяване. Това се случва, когато светлинните лъчи с различни цветове не се сближават в общия фокус. Хроматичната аберация се свежда до минимум чрез добавяне на допълнителни компоненти към обектива.

Окулярите и рефлекторите осигуряват на наблюдателите възможност за увеличаване на телескопа на обектива. Увеличаващата мощност се определя чрез разделяне на фокусното разстояние на обектива от фокусното разстояние на окуляра. Необходими са големи увеличения, за да се наблюдават луната и планетите. Например, 66-сантиметровият рефрактор на Военноморската обсерватория е бил използван от астроном Асаф Хол за откриване на 2 сателити на Марс, Фобос и Деймос, през 1877 г. Тъй като звездите са точков източник на светлина, тяхното увеличение не осигурява никакви допълнителни ползи.

Как да изберем телескоп?

Най-важната от всички нейни характеристики е отворът. Тя зависи пряко от диаметъра на лещата. Съотношението на отвора на различни телескопи е равно на съотношението на квадратите на техните отвори. Получаването на повече светлина ви позволява да наблюдавате по-слаби звезди, мъглявини и далечни галактики.

Резолюцията е друга важна характеристика на телескопа. Той определя способността му да прави ясно разграничение между две точки, ъгловото разстояние между което е по-малко от минималния ъгъл, който наблюдателят може да види. Как да изберем телескоп, ако резолюцията не е посочена? Тя може да бъде изчислена с помощта на формула 11.25.2 / d, където d е диаметърът на лещата в cm. Важно приложение на резолюцията е наблюдението на двойни звезди.

Стабилността на телескопа също е от голямо значение. Всяка вибрация значително намалява качеството на изображението. Този проблем не е свързан с атмосферни смущения от въздушни течения. За да ги избегнат, на планинските върхове са монтирани големи телескопи.

монтиране

Повечето съвременни рефрактори имат екваториална суспензия. Тази опора ви позволява да насочите телескопа към небесен обект. В този случай полярната ос на инструмента е успоредна на земната ос и поддържа ос на наклон. Оста на наклона ви позволява да зададете различни ъгли на наклон, когато телескопът се върти около полярната ос, като се вземе предвид дясното издигане, измерено по небесния екватор от точката на пресичане от Слънцето на първия ден от пролетта.

Склонение и дясно възнесение - координатите, които определят позицията на обекта върху небесната сфера. Склонението е аналог на географската ширина, а дясното възнесение е дължина. На ос, обозначен с разделение, което позволява на наблюдателя точно да се насочи към телескопа. За да проследи обект, полярната ос на инструмента се задвижва плавно от електрически мотор със скорост, равна на скоростта на въртене на Земята спрямо звездите. Ако сидеричната скорост на двигателя е много точна, наблюденията могат да бъдат направени за дълъг период от време. Големи обсерватории за тази цел използват или кварцови или атомни часовници.

astrograph

Друг вид телескоп е астрограф, чиято апертура е 20 cm. Фотографска пластина, монтирана в фокалната равнина на лещата, позволява фотографиране на небесната сфера. Устройството се използва за определяне на позицията на слабите звезди, чиито позиции се публикуват в каталози и служат като ориентири за изображения в дълбокия космос.

Огледални телескопи

Те се използват не само за изследване на видимата част от електромагнитния спектър, но също и за съседните къси и дълги дължини на вълните (ултравиолетови и инфрачервени). Принципът на работа на огледалния телескоп се основава на факта, че светлината към фокуса не се пречупва, а се отразява от основното огледало. Той обикновено има вдлъбната сферична или параболична форма и инвертира изображението в фокалната равнина. Формулите за изчисляване на параметрите на рефракторите са същите като за дифракторите.

Главното огледало се намира в долния край на тръбата в рефлектора. Повърхността му е покрита с най-тънкия метален филм. Основата обикновено е направена от Pyrex стъкло, но новите технологии са довели до създаването на материали с много ниски коефициенти на разширение, което е необходимо, за да се предотврати деформацията при промяна на температурата през нощта. Рефракторите са по-евтини и не подлежат на хроматични аберации.

Телескоп Шмид

През 1930 г. Бернхард Шмид, оптик в обсерваторията на Хамбург в Бергедорф (Германия), разработи катадиоптичен телескоп, който удовлетворява изискването за снимане на големи зони на небето. Неговата конструкция съчетава най-добрите характеристики на рефрактора и рефлектора. Главното огледало на телескопа е сферично. От паралелни светлинни лъчи, отразени от центъра сферично огледало фокусирайки се по-далеч от тези, отразени от външните области, Шмид въведе корективна леща. Тъй като е много тънка, хроматичната аберация е малка. Получената фокална равнина осигурява зрително поле с диаметър от няколко градуса.

Телескопи с много огледала

Основната причина, поради която астрономите изграждат големи телескопи, е да увеличат яркостта, която ви позволява да погледнете по-дълбоко във Вселената. За съжаление, разходите за създаване на рефрактори се увеличават в кубична зависимост от диаметъра на огледалото. По този начин, за да се постигне целта при спестяване на разходи, са необходими нови, по-икономични проекти.

Двата десети мултизеркални телескопа на обсерваторията на Кек са примери за такива усилия. Първият е инсталиран на вулкана Мауна Кеа, който се намира на един от хавайските острови през 1992 г., а вторият е завършен през 1996 година. Всяка от тях се състои от 36 съседни регулируеми огледални сегмента, управлявани от компютър.

Слънчеви телескопи

Рефрактор и рефлектор могат да се използват за визуални наблюдения на такива явления като слънчевите петна или изпъкналости. Въпреки това, специален тип телескоп, използващ спектрохелиографи и коронаграфи, е разработен за слънчеви изследвания. Монтиран е в кули и има много дълъг обектив. Това осигурява добър фактор на увеличение, който ви позволява да видите отделните дължини на вълните на електромагнитния спектър. На върха на кулата има екваториално монтирано плоско огледало (intestat), което насочва светлината към обектива.

През 1930 г. Бернард Лиот построи още един такъв телескоп в обсерваторията Pic-du-Midi (Франция). Той е специално проектиран за фотографиране на слънчевата корона, която дотогава може да се приема само по време на затъмнения. Коронаграфът е монтиран на голяма надморска височина, за да намали количеството дифузна светлина, което влошава качеството на снимките. Подобни телескопи се използват и на борда на сателита SOHO, предназначен за изследване на Слънцето.

Орбитални обсерватории

Въпреки че астрономите продължават да търсят нови технологични пробиви за изграждане на големи наземни телескопи, съвсем очевидно е, че единственото решение за някои научни проблеми е да се провеждат наблюдения извън земната атмосфера. НАСА пусна в орбита поредица от астрономически обсерватории. През 1972 г. е пуснат сателит с 81 см телескоп на борда. Телескопът Хъбъл с 2,4-метров главен огледало, който започна работа през 1990 г., стана най-сложната космическа обсерватория, проектирана така, че астрономите да виждат 300-400 пъти повече от останалите системи, без атмосферни изкривявания. Той е оборудван с 5 основни научни инструмента:

• широкоъгълна и планетарна камера;
• спектрограф за обекти със слабо излъчване;
• спектрограф с висока резолюция;
• неинвазивен фотометър;
• камера за откриване на обекти с нисък контраст.

Телескопът Хъбъл беше пуснат в орбита от космическата совалка на надморска височина над 570 км над Земята. Малко след като бяха разгърнати в орбита, учените открили, че производствена грешка, засягаща формата на основното огледало, сериозно влошила способността за фокусиране на инструмента. Дефектът причинява сферична аберация, която ограничава способността на един от най-големите телескопи в орбита да различава космическите обекти близо един до друг и да наблюдава далечни галактики и квазари. Учените са разработили мерки, които им позволяват да компенсират дефекта и да решат проблема.

Астрономически транзитни устройства

Тези малки, но много важни телескопи изиграха жизненоважна роля в картографирането на небесната сфера. Астрономическите транзитни устройства обикновено са рефрактори с отвори 15–20 см. Главната оптична ос на телескопа е подравнена с линията север-юг, така че нейното движение е ограничено до равнината на меридиана на наблюдателя. Това осигурява допълнителна стабилност, но наблюдателят трябва да изчака небесният обект да премине през неговия меридиан.

Има различни инструменти - транзитен, хоризонтален и вертикален среден кръг. Първите два вида телескопи определят правилното възнесение и деклинация на небесните обекти, а вертикалните - само тяхното отклонение. Един от най-точните астрономически транзитни инструменти в света е 15-сантиметровият телескоп на обсерваторията на американските военноморски сили.

астролабия

Призматичният астролаб се използва за точно определяне на позициите на звездите и планетите. Понякога се използва за решаване на обратния проблем - определяне на географската ширина и дължина на наблюдателя от точно известните позиции на небесните обекти. Отворът на призматичния астролаб е малък и обикновено 8–10 см. Другата основна част на инструмента са Меркурий и пречупващата призма. Изображението, отразено от течния метал, се наблюдава заедно с директния образ, за ​​да се получат необходимите данни за местоположението. През 70-те години дизайнът на устройството е подобрен. Китай е създал по-точен автоматичен астролаб, който в момента се използва.