Как устроен современный телескоп

Современный телескоп

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

Современный рефлектор

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

Схема 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

Система 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

Система 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

Система 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

Система 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

Специальная астрофизическая обсерватория

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)

Телескоп-рефрактор

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.

Телескоп компании Celestron

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.

Телексоп Шмидта-Кассегрена

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)

Космический телескоп Хаббла

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

Телескоп АРТ-П

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).