Как устроен современный телескоп
- Подробности
- Категория: Работа астрономов
- Опубликовано 09.10.2012 14:07
- Просмотров: 10171
Телескоп – это астрономический оптический прибор, предназначенный для наблюдения небесных тел.
Телескоп имеет окуляр, объектив или главное зеркало и специальную трубу, которая прикрепляется к монтировке, она же, в свою очередь, содержит оси, благодаря которым происходит наведение на объект наблюдения.
В 1609 году Галилео Галилеем был собран первый в истории человечества оптический телескоп. (Об этом читайте на нашем сайте: Кто создал первый телескоп?).
Современные телескопы бывают нескольких типов.
Рефлекторные (зеркальные) телескопы
Если дать им самую упрощенную характеристику, то это такие устройства, которые имеют специальное вогнутое зеркало, выполняющее собирание света и его фокусирование. К достоинствам таких телескопов можно отнести простоту изготовления, хорошее качество оптики. Основным недостатком является немного бОльшая забота и обслуживание, чем у других видов телескопов.
Ну, а теперь более подробно о рефлекторных телескопах.
Рефлектор – телескоп с зеркальным объективом, который образует изображение путем отражения света от зеркальной поверхности. Рефлекторы используются в основном для фотографирования неба, фотоэлектрических и спектральных исследований, а для визуальных наблюдений они используются реже.
Рефлекторы имею некоторые преимущества перед рефракторами (телескопами с линзовым объективом), т.к. в них отсутствует хроматическая аберрация (окрашенность изображений); главное зеркало легче сделать бОльших размеров, чем линзовый объектив. Если зеркало имеет не сферическую, а параболическую форму, то можно свести к нулю сферическую аберрацию (размытость краев или середины изображения). Изготовление зеркал легче и дешевле, чем линзовых объективов, что дает возможность увеличить диаметр объектива, а значит, разрешающую способность телескопа. Из готового комплекта зеркал любители-астрономы могут создать самодельный «ньютоновский» рефлектор. Достоинство, благодаря которому система получила распространение среди любителей, - простота изготовления зеркал (главное зеркало в случае малых относительных отверстий - сфера; плоское зеркало может быть небольших размеров).
Рефлектор системы Ньютона
Был изобретен в 1662 году. Его телескоп был первым зеркальным телескопом. В рефлекторах большое зеркало называют главным зеркалом. В плоскости главного зеркала могут быть помещены фотопластинки для фотографирования небесных объектов.
В системе Ньютона объектив представляет собой вогнутое параболическое зеркало, от которого отраженные лучи небольшим плоским зеркалом направляются в окуляр, находящийся сбоку от трубы.
Картинка: Отражение сигналов, приходящих с различных направлений.
Рефлектор системы Грегори
Лучи от главного вогнутого параболического зеркала направляются на небольшое вогнутое эллиптическое зеркало, которое отражает их в окуляр, помещенный в центральном отверстии главного зеркала. Поскольку эллиптическое зеркало расположено за фокусом главного зеркала, изображение получается прямое, тогда как в системе Ньютона – перевернутое. Наличие второго зеркала увеличивает фокусное расстояние и тем самым дает возможность большого увеличения.
Рефлектор системы Кассегрена
Здесь вторичное зеркало – гиперболическое. Оно установлено перед фокусом главного зеркала и позволяет сделать трубу рефлектора более короткой. Главное зеркало – параболическое, здесь нет сферической аберрации, но есть кома (изображение точки принимает вид несимметричного пятна рассеяния) – это ограничивает поле зрения рефлектора.
Рефлектор системы Ломоносова – Гершеля
Здесь, в отличие от рефлектора Ньютона, главное зеркало наклонено таким образом, что изображение фокусируется вблизи входного отверстия телескопа, где и помещается окуляр. Эта система дала возможность исключить промежуточные зеркала и и потери света в них.
Рефлектор системы Ричи-Кретьена
Эта система представляет собой улучшенный вариант системы Кассегрена. Главное зеркало – вогнутое гиперболическое, а вспомогательное – выпуклое гиперболическое. Окуляр установлен в центральном отверстии гиперболического зеркала.
В последнее время эта система получила широкое применение.
Существую и другие рефлекторные системы: Шварцшильда, Максутова и Шмидта (зеркально-линзовые системы), Мерсена, Нессмита.
Недостаток рефлекторов
Их трубы открыты потокам воздуха, которые портят поверхность зеркал. От колебаний температуры и механических нагрузок форма зеркал слегка меняется, а из-за этого ухудшается видимость.
Один из крупнейших рефлекторов находится в Маунт-Паломарской астрономической обсерватории США. Его зеркало имеет диаметр 5 м. Крупнейший в мире астрономический рефлектор (6 м) находится в Специальной астрофизической обсерватории на Северном Кавказе.
Телескоп-рефрактор (линзовый телескоп)
Рефракторы – это телескопы, имеющие линзовый объектив, который образует изображение объектов посредством преломления лучей света.
Это известная всем классическая длинная труба в виде подзорной с большой линзой (объективом) в одном конце и окуляром в другом. Рефракторы используются для визуальных, фотографических, спектральных и других наблюдений.
Рефракторы обычно построены по системе Кеплера. Угловое зрение этих телескопом мало, не превосходит 2º. Объектив, как правило, двухлинзовый.
Линзы в объективах небольших рефракторов обычно склеивают для уменьшения бликов и потерь света. Поверхности линз подвергают специальной обработке (просветление оптики), в результате этого на стекле образуется тонкая прозрачная пленка, которая значительно уменьшает потери света вследствие отражения.
Крупнейший в мире рефрактор Йерксской астрономической обсерватории в США имеет объектив диаметром 1,02 м. На Пулковской обсерватории установлен рефрактор с диаметром объектива 0,65 м.
Зеркально-линзовые телескопы
Зеркально-линзовый телескоп предназначен для фотографирования больших областей неба. Его изобрел в 1929 немецкий оптик Б. Шмидт. Главными деталями здесь являются сферическое зеркало и Шмидта коррекционная пластинка, установленная в центре кривизны зеркала. Благодаря такому положению коррекционной пластинки все пучки лучей, проходящие через неё от разных участков неба, оказываются равноправными по отношению к зеркалу, вследствие чего телескоп свободен от аберраций оптических систем. Сферическая аберрация зеркала исправляется коррекционной пластинкой, центральная часть которой действует как слабая положительная линза, а внешняя — как слабая отрицательная линза. Фокальная поверхность, на которой образуется изображение участка неба, имеет форму сферы, радиус кривизны которой равен фокусному расстоянию. Фокальная поверхность может быть преобразована в плоскую с помощью Пиацци — Смита линзы.
Недостатком зеркально-линзовых телескопов является значительная длина трубы, вдвое превышающая фокусное расстояние телескопа. Для устранения этого недостатка предложен ряд модификаций, в том числе применение второго (дополнительного) выпуклого зеркала, приближение коррекционной пластинки к главному зеркалу и др.
Крупнейшие телескопы Шмидта установлены на Таутенбургской астрономической обсерватории в ГДР (D= 1,37м, А = 1:3), Маунт-Паломарской астрономической обсерватории в США (D = 1,22 м, А = 1:2,5) и на Бюраканской астрофизической обсерватории АН Армянской ССР (D = 1,00 м, А = 1:2, 1:3).
Радиотелескопы
Они используются для исследования космических объектов в радиодиапазоне. Основными элементами радиотелескопов являются принимающая антенна и радиометр — чувствительный радиоприемник и принимающая аппаратура. Поскольку радиодиапазон гораздо шире оптического, для регистрации радиоизлучения используют различные конструкции радиотелескопов, в зависимости от диапазона.
При объединении в единую сеть нескольких одиночных телескопов, расположенных в разных частях земного шара, говорят о радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ). Примером такой сети может служить американская система VLBA (англ. Very Long Baseline Array). С 1997 по 2003 год функционировал японский орбитальный радиотелескоп HALCA (англ. Highly Advanced Laboratory for Communications and Astronomy), включенный в сеть телескопов VLBA, что позволило существенно улучшить разрешающую способность всей сети.
Российский орбитальный радиотелескоп Радиоастрон планируется использовать в качестве одного из элементов гигантского интерферометра.
Космические телескопы (астрономические спутники)
Они сконструированы для проведения астрономических наблюдений из космоса. Потребность в таком виде обсерваторий возникла из-за того, что земная атмосфера задерживает гамма-, рентгеновское и ультрафиолетовое излучение космических объектов, а также большую часть инфракрасного.
Космические телескопы оборудуют устройствами для сбора и фокусировки излучения, а также системами преобразования и передачи данных, системой ориентации, иногда двигательными системами.
Рентгеновские телескопы
Предназначены для наблюдения удаленных объектов в рентгеновском спектре. Для работы таких телескопов обычно требуется поднять их над атмосферой Земли, непрозрачной для рентгеновских лучей. Поэтому телескопы размещают на высотных ракетах или на искусственных спутниках Земли.
На рисунке: Рентгеновский Телескоп - Позиционно чувствительный (АРТ-П). Был создан в отделе астрофизики высоких энергий Института космических исследований АН СССР (Москва).