Rodzaje teleskopów, ich urządzenia i cechy

Teleskop jest urządzeniem służącym do tworzenia powiększonych obrazów odległych obiektów. Jest to najważniejsze narzędzie badawcze w astronomii. Zapewnia środki do zbierania i analizowania promieniowania ciał niebieskich, nawet tych, które są daleko we wszechświecie.

Galileusz dokonał rewolucji w astronomii, kiedy na początku XVII wieku. użył teleskopu do badania ciał pozaziemskich. Przed nim takie narzędzia nie były wykorzystywane do tego celu. Pionierskiej pracy Galileo towarzyszyły coraz potężniejsze teleskopy, a także szeroka gama instrumentów umożliwiających wykrywanie i mierzenie promieniowania w każdym obszarze widma elektromagnetycznego. Możliwości instrumentów astronomicznych poszerzyły się o wynalezienie instrumentów pomocniczych (aparatów, spektrografów i urządzeń o sprzężonych ładunkach) oraz pojawienie się komputerów, rakiet i statków kosmicznych. Wszystko to wniosło ogromny wkład w ekspansję wiedzy naukowej o Układzie Słonecznym, galaktyce i wszechświecie jako całości.

W zależności od pracującej części widma elektromagnetycznego znajdują się teleskopy optyczne, radiowe, rentgenowskie i gamma.

Refraktory

Ten typ teleskopu służy do badania Księżyca, innych obiektów Układu Słonecznego, takich jak Jowisz i Mars oraz gwiazd podwójnych. Nazwa pochodzi od terminu "załamanie światła", oznaczającego załamanie światła na granicy dwóch mediów o różnych gęstościach, takich jak powietrze i szkło. Szkło to soczewka i może składać się z jednego lub więcej elementów. Kształt elementów może być wypukły, wklęsły lub równoległy do ​​płaszczyzny. Przykładem takiego teleskopu jest szkolny refraktor.

Ostrość - punkt lub płaszczyzna, w której promienie światła zbiegają się po przejściu przez soczewkę w odległości jednej ogniskowej. W refraktorze pierwsza soczewka, przez którą światło przechodzi od ciała niebieskiego, nazywana jest celem. Druga soczewka, nazywana okularem, znajduje się za płaszczyzną ogniskowania i umożliwia oglądającemu powiększony obraz. Zatem najprostsza postać refraktora składa się z soczewki i okularu.

Średnica obiektywu nazywana jest aperturą. Zwykle waha się od kilku centymetrów do 1 mw największym teleskopie-refraktorze. Obiektyw, podobnie jak okular, może składać się z kilku komponentów. Mały teleskopy może mieć dodatkową soczewkę za okularem, aby obraz nie był odwrócony. Obserwowany obiekt może nie pojawić się dość ostro lub z dominującym odcieniem. Takie zniekształcenia (aberracje) czasami pojawiają się podczas polerowania soczewek. Aberracja chromatyczna jest głównym rodzajem zniekształceń. Występuje, gdy promienie światła o różnych kolorach nie zbiegają się w ogólnym ognisku. Aberracja chromatyczna jest zminimalizowana poprzez dodanie dodatkowych elementów do soczewki.

Okulary i reflektory zapewniają obserwatorom możliwość powiększania teleskopu soczewki. Moc powiększania określana jest przez podzielenie ogniskowej obiektywu przez ogniskową okularu. Aby obserwować Księżyc i planety, potrzebne są duże podwyżki. Na przykład, 66-centymetrowy refraktor Obserwatorium Marynarki został wykorzystany przez astronoma Asaf Hall do wykrycia 2 satelity Marsa, Phobos i Deimos, w 1877 roku. Ponieważ gwiazdy są punktowymi źródłami światła, ich wzrost nie przynosi żadnych dodatkowych korzyści.

Jak wybrać teleskop?

Najważniejszą ze wszystkich jego cech jest apertura. To zależy bezpośrednio od średnicy soczewki. Stosunek apertury różnych teleskopów jest równy stosunkowi kwadratów ich otworów. Otrzymanie większej ilości światła pozwala obserwować słabsze gwiazdy, mgławice i odległe galaktyki.

Rozdzielczość jest kolejną ważną cechą teleskopu. Określa on jego zdolność do wyraźnego rozróżnienia między dwoma punktami, których odległość kątowa jest mniejsza od minimalnego kąta, jaki może obserwować oko obserwatora. Jak wybrać teleskop, jeśli rozdzielczość nie jest określona? Można go obliczyć za pomocą wzoru 11.25,2 / d, gdzie d jest średnicą obiektywu w cm, a zatem rozdzielczość obiektywu 25 cm wynosi 0,45 ". Ważnym zastosowaniem rozdzielczości jest obserwacja gwiazd podwójnych.

Ważna jest również stabilność teleskopu. Wszelkie wibracje znacznie obniżają jakość obrazu. Ten problem nie jest związany z zakłóceniami atmosferycznymi powodowanymi przez prądy powietrzne. Aby tego uniknąć, duże teleskopy są montowane na szczytach górskich.

Mount

Większość nowoczesnych refraktorów ma zawieszenie równikowe. Ta góra pozwala celować teleskopem w niebiański obiekt. W tym przypadku oś biegunowa instrumentu znajduje się równolegle do osi ziemi i podtrzymuje oś deklinacji. Oś deklinacji pozwala na ustawienie różnych kątów nachylenia, gdy teleskop obraca się wokół osi biegunowej, biorąc pod uwagę prawe odbicie, mierzone wzdłuż równika niebieskiego od punktu przecięcia przez Słońce pierwszego dnia wiosny.

Deklinacja i rektascensja - współrzędne określające położenie obiektu na sferze niebieskiej. Deklinacja jest analogiem szerokości geograficznej, a rektascensja to długość geograficzna. Na osi oznaczonej podziałem, która pozwala obserwatorowi dokładnie celować w teleskop. Aby śledzić obiekt, oś biegunowa instrumentu jest płynnie napędzana przez silnik elektryczny z prędkością równą prędkości obrotu Ziemi względem gwiazd. Jeśli prędkość obrotowa silnika sidereal jest bardzo dokładna, obserwacje mogą być dokonywane przez długi czas. Wielkimi obserwatorami do tego celu są zegary kwarcowe lub atomowe.

Astrograf

Innym rodzajem teleskopu jest astrograf, którego apertura ma 20 cm. Płyta fotograficzna zamontowana w płaszczyźnie ogniskowej obiektywu umożliwia fotografowanie sfery niebieskiej. Urządzenie służy do określania pozycji słabych gwiazd, których pozycje są publikowane w katalogach i służą jako punkty orientacyjne do obrazowania w przestrzeni kosmicznej.

Teleskopy Lustrzane

Służą one nie tylko do badania widocznej części widma elektromagnetycznego, ale także sąsiednich regionów o krótkiej i długiej długości fali (ultrafioletowe i podczerwone). Zasada działania lustrzanego teleskopu opiera się na fakcie, że światło do ogniska nie jest załamane, ale odbijane przez pierwotne lustro. Ma zwykle wklęsły kształt sferyczny lub paraboliczny i odwraca obraz w płaszczyźnie ogniskowania. Formuły obliczania parametrów refraktorów są takie same jak dla dyfrakcji.

Główne lustro znajduje się na dolnym końcu rury w odbłyśniku. Jego powierzchnia pokryta jest najcieńszą warstwą metalu. Podstawa jest zwykle wykonana ze szkła Pyrex, ale nowe technologie doprowadziły do ​​powstania materiałów o bardzo niskim współczynniku rozszerzalności, co jest konieczne, aby zapobiec deformacji, gdy temperatura zmienia się w nocy. Refraktory są tańsze i nie podlegają aberracji chromatycznej.

Teleskop Schmidta

W 1930 r. Bernhard Schmidt, optyk w Obserwatorium w Hamburgu w Bergedorf (Niemcy), opracował teleskop katadioptryczny spełniający wymóg strzelania do dużych obszarów nieba. Jego konstrukcja łączy w sobie najlepsze cechy refraktora i reflektora. Pierwotne lustro teleskopu jest kuliste. Od równoległych promieni światła odbijanych przez środek lustro sferyczne koncentrując się dalej niż te odbite od zewnętrznych obszarów, Schmidt wprowadził soczewkę korekcyjną. Ponieważ jest bardzo cienka, aberracja chromatyczna jest niewielka. Uzyskana płaszczyzna ogniskowa zapewnia pole widzenia o średnicy kilku stopni.

Teleskopy z wieloma odbiciami

Głównym powodem, dla którego astronomowie budują duże teleskopy, jest zwiększenie jaskrawości, co pozwala głębiej przyjrzeć się Wszechświatowi. Niestety koszt tworzenia refraktorów zwiększa się w zależności od średnicy lustra. Dlatego, aby osiągnąć cel przy jednoczesnej oszczędności kosztów, potrzebne są nowe, bardziej ekonomiczne projekty.

Przykładem takich wysiłków są dwa dziesiątki teleskopów zwierciadlanych Keck Observatory. Pierwszy został zainstalowany na wulkanie Mauna Kea, który znajduje się na jednej z wysp hawajskich w 1992 roku, a drugi został ukończony w 1996 roku. Każdy z nich składa się z 36 sąsiednich, regulowanych, sterowanych komputerowo segmentów lusterek.

Teleskopy słoneczne

Refraktor i reflektor można stosować do wizualnych obserwacji takich zjawisk jak plamy słoneczne lub prominences. Jednak dla badań nad energią słoneczną opracowano specjalny rodzaj teleskopu, wykorzystujący spektrofotiomie i koronografie. Jest zamontowany w wieżach i ma bardzo długi obiektyw. Zapewnia to dobry współczynnik powiększenia, który pozwala na oglądanie poszczególnych długości fal widma elektromagnetycznego. Na szczycie wieży znajduje się równikowo zamontowane płaskie lustro (intestat), które kieruje światło do obiektywu.

W 1930 r. Bernard Liot zbudował kolejny taki teleskop w Obserwatorium Pic-du-Midi (Francja). Został specjalnie zaprojektowany do fotografowania korony słonecznej, która do tej pory mogła być wykonana tylko podczas zaćmień. Coronagraph jest zamontowany na dużej wysokości, aby zmniejszyć ilość rozproszonego światła, które pogarsza jakość zdjęć. Podobne teleskopy są również używane na pokładzie satelity SOHO, przeznaczonego do badania Słońca.

Obserwatoria orbitalne

Chociaż astronomowie wciąż poszukują nowych przełomów technologicznych do budowy dużych naziemnych teleskopów, jest oczywiste, że jedynym rozwiązaniem niektórych problemów naukowych jest prowadzenie obserwacji poza ziemską atmosferą. NASA wprowadziła na orbitę serię astronomicznych obserwatoriów. W 1972 r. Wystrzelono satelitę z teleskopem 81 cm na pokładzie. Teleskop Hubble'a z głównym lustrem o długości 2,4 m, który rozpoczął pracę w 1990 r., Stał się najbardziej złożonym obserwatorium kosmicznym, zaprojektowanym w taki sposób, aby astronomowie mogli widzieć 300-400 razy więcej niż pozwalają na to inne systemy, bez zniekształceń atmosferycznych. Jest on wyposażony w 5 głównych instrumentów naukowych:

• kamera szerokokątna i planetarna;
• spektrograf dla obiektów o słabym promieniowaniu;
• spektrograf o wysokiej rozdzielczości;
• nieinwazyjny fotometr;
• kamera do wykrywania obiektów o niskim kontraście.

Teleskop Hubble'a został wystrzelony na orbitę z promu kosmicznego na wysokości ponad 570 km nad Ziemią. Krótko po tym, jak został on umieszczony na orbicie, naukowcy odkryli, że błąd produkcyjny wpływający na kształt głównego lustra poważnie osłabił zdolność do skupienia instrumentu. Wada spowodowała aberrację sferyczną, która ograniczyła zdolność jednego z największych teleskopów na orbicie do rozróżniania obiektów kosmicznych blisko siebie i obserwowania odległych galaktyk i kwazarów. Naukowcy opracowali środki, które pozwoliły im zrekompensować defekt i rozwiązać problem.

Astronomiczne urządzenia tranzytowe

Te małe, ale bardzo ważne teleskopy odgrywały istotną rolę w mapowaniu sfery niebieskiej. Astronomiczne urządzenia tranzytowe to zazwyczaj refraktory z otworami 15-20 cm. Główna oś optyczna teleskopu jest wyrównana z linią północ-południe tak, że jej ruch jest ograniczony do płaszczyzny południka obserwatora. Zapewnia to dodatkową stabilność, ale obserwator musi czekać, aż obiekt niebiański przejdzie przez jego południk.

Istnieją różne narzędzia - tranzytowe, poziome i pionowe koło środkowe. Pierwsze dwa typy teleskopów określają właściwe wzniesienie i deklinację ciał niebieskich, a pionowe - tylko ich deklinację. Jednym z najdokładniejszych astronomicznych instrumentów tranzytowych na świecie jest 15-centymetrowy teleskop US Navy Observatory.

Astrolabium

Astrolabium pryzmatyczne służy do dokładnego określenia położenia gwiazd i planet. Czasem służy do rozwiązania problemu odwrotnego - określenia szerokości i długości geograficznej obserwatora z dokładnie znanych pozycji ciał niebieskich. Otwór pryzmatycznej astrolabium jest mały i zwykle wynosi 8-10 cm, a rtęć i pryzmat załamujący stanowią drugą główną część instrumentu. Obraz odbity od ciekłego metalu jest obserwowany wraz z bezpośrednim obrazem w celu uzyskania niezbędnych danych o lokalizacji. W latach siedemdziesiątych udoskonalono konstrukcję urządzenia. Chiny stworzyły dokładniejszą astrolabię automatyczną, która jest obecnie w użyciu.