Принцип работы и назначение телескопа

Избранное

Натуральна ли естественность? Алексей Левин

Эволюция как сопротивление энтропии Виктор Щербаков

Структурный цвет в живой природе Татьяна Романовская

Молекулярная эволюция: как киты уходили под воду Михаил Гельфанд

Все избранное

Оптические схемы телескопов

Качество изображения наблюдаемого объекта напрямую зависит как от вида телескопа и его составляющих деталей, так и от оптической схемы, которой он оснащен. На самом деле, оптических схем телескопов достаточно много, и они в свою очередь делятся на подвиды. Большинство астрономов-любителей отдают свое предпочтение классическим схемам – о них и расскажем ниже.

Схема Ньютона по праву считается самой популярной оптической схемой. Принцип работы телескопа Ньютона заключается в плоском диагональном зеркале, которое располагается рядом с фокусом. Зеркало, выполняющее главную роль, обычно имеет параболическую форму, но при не слишком большом относительном отверстии может быть сферическим. Оно отражает световой пучок так, что луч выходит за пределы трубы под углом 45 градусов, давая возможность сфотографировать изображение или рассмотреть его через окуляр.

Использование : длиннофокусные и короткофокусные рефлекторы Ньютона Предмет наблюдения : планеты Солнечной системы Плюсы : небольшая цена, малый вес, большое поле зрения, большое увеличение для наблюдений Минусы : возможность сферической аберрации, потеря качества изображения космического объекта со временем, необходимость в периодической юстировке

Схема Галилея появилась благодаря телескопу, где в качестве объектива выступала одна собирающая линза, а в качестве окуляра – рассеивающая. Преимуществом данной системы является получаемое изображение – оно земное, то есть картинка не перевернута «верх ногами». Если же говорить о недостатках, то к ним можно отнести крайне маленькое поле зрения, а также сильную хроматическую аберрацию. Система Галилея – идеальное решение для театральных биноклей и самодельных любительских телескопов.

Использование : длинные и короткие ахроматы, апохроматы Предмет наблюдения : Луна, планеты Солнечной системы, туманности, кометы, галактики Плюсы : закрытая труба, большой фокус, большая светосила для наблюдений за слабыми протяженными объектами, долгая сохранность качества изображения Минусы : высокая цена, возможность «разюстировки» и расслоения многолинзового объектива со временем, большой вес

Однажды Иоганн Кеплер захотел просто улучшить работу своего рефрактора, сделав в окуляре замену рассеивающей линзы на собирающую, а в итоге создал новую систему, которая была названа в его честь – оптическая схема Кеплера. Замена линз позволила увеличивать вынос зрачка и поле зрения, но, к сожалению, дала перевернутую картинку. Кеплерская труба имеет промежуточное изображение, плоскость которого может оснащаться измерительной шкалой. Таким образом, нынешние рефракторы – это последователи трубы Кеплера. Сильная хроматическая аберрация – единственный недостаток системы, который достаточно легко устраняется с помощью использования ахроматического объектива.

Использование : рефракторы Предмет наблюдения : Луна, планеты Солнечной системы и их спутники, астероиды Плюсы : большое поле зрения, качественное изображение (по сравнению с системой Галилея), большая кратность увеличения Минусы : перевернутое изображение, большие хроматические аберрации

Оптическая схема Грегори представляет собой телескоп, в котором главное вогнутое зеркало параболической формы отражает ход лучей на меньшее эллиптическое зеркало. Вторичное зеркало, в свою очередь, направляет свет обратно в центральное отверстие, где находится окуляр. Так как фокусное расстояние меньше расстояния между зеркалами, изображение наблюдаемого объекта получается прямым, за счет чего эта схемы выигрывает у Ньютона.

Использование : рефлекторы Предмет наблюдения : планеты Солнечной системы, земные объекты Плюсы : большое увеличение изображения, удлиненное фокусное расстояние, возможность фотографирования космических и земных объектов Минусы : слишком длинная труба, необходимость в постоянной юстировке, преувеличение экранирования, возникновение тепловых токов, большой вес

В 17 веке Лоран Кассегрен предложил систему телескопа, где объектив состоял из двух зеркал, а главное зеркало было вогнутым. Данная система стала называться оптической схемой Кассегрена. Главное зеркало отражает световой луч на вторичное гиперболическое зеркало, из-за чего система не исключает проявление аберраций комы, но это не мешает ей быть востребованной среди опытных любителей астрономии. Она оснащена открытой трубой, которая контактирует с окружающим воздухом, что положительно влияет на скорость адаптации телескопа к окружающей температуре. Но стоит отметить, что это не очень хорошо сказывается на чистоте поверхностей, а также на качестве изображения, которое, вероятнее всего, будет страдать от конвекционных потоков, проходящих внутри (а подавить их в открытой трубе практически невозможно).

Использование : рефлекторы Предмет наблюдения : планеты Солнечной системы Плюсы : центральное экранирование, качественное изображение Минусы : проблемы с защитой от засветки изображения прямыми лучами, аберрации по краям изображения

Если же усовершенствовать схему Кассегрена, заменив главное параболическое зеркало гиперболическим, то можно получить оптическую систему Ричи-Кретьена, где поле зрения составляет около 4 градусов. Данная система получила широкое применение при создании рефлекторов больших размеров, так как ее главное достоинство – это полное отсутствие комы, за счет чего есть возможность создания качественной астрофотографии. Схема Ричи-Кретьена, так же как и система Кассегрена, имеет эквивалентное фокусное расстояние, которое значительно преобладает над длиной трубы. Схема будет идеальным решением при необходимости умеренных относительных отверстий для снимков больших масштабов.

Использование : рефлекторы Предмет наблюдения : Луна, планеты Солнечной системы, галактики Плюсы : отсутствие комы третьего порядка, отсутствие аберрации, простота в использовании, легкая юстировка Минусы : тщательное соблюдение сохранности центрировки зеркал при работе, недоступность прямого фокуса из-за его расположения за вторичным зеркалом

Ультрафиолетовые телескопы

При фотографировании фотопленка может засвечиваться ультрафиолетовыми лучами. В некоторой части ультрафиолетового диапазона возможно принимать изображения без обработки и засвечивания. А в некоторых случаях необходимо, чтобы лучи света прошли через специальную конструкцию – фильтр. Их использование помогает выделить излучение определенных участков.

Существуют и другие виды телескопов, каждый из которых имеет свое назначение и особые характеристики. Это такие модели, как рентгеновские, гамма-телескопы. По своему назначению все существующие модели можно разделить на любительские и профессиональные.

Зеркальные модели

Зеркальные телескопы называют рефлекторами. На них устанавливается сферическое зеркало, которое собирает световой пучок и отражает его с помощью зеркала на окуляр. Для зеркальных моделей не характерна хроматическая аберрация, так как свет не преломляется. Однако у зеркальных приборов выражена сферическая аберрация, которая ограничивает поле зрения телескопа.

Зеркальные модели легче разрабатывать, чем линзовые аналоги. Поэтому данный вид более распространен. Самый большой диаметр телескопа зеркального типа составляет более семнадцати метров. На территории России самый большой аппарат имеет диаметр шесть метров. 

Как устроен оптический телескоп?

Независимо от конструкции в каждом приборе есть окуляр и объектив. Линза (или зеркало), которые обращены непосредственно к наблюдаемому небесному телу, получили название объектива, а линза поменьше (куда мы «прицеливаемся» глазом), называется окуляром. Оба элемента расположены на одной условной оптической оси.

Как работает телескоп в целом? Если вы желаете наблюдать за объектами, находящимися близко к вам, необходимо периодически менять окуляры. Как правило, в комплектацию к каждому телескопу приложено минимум два разных окуляра. Благодаря им наблюдатель может изменять параметры увеличения, используя один и тот же объектив.

Линза телескопа, которая ближе к середине становится толще — собирающая линза (условно со знаком «плюс»), а если стекло, наоборот, посередине выглядит тоньше, речь идёт о рассеивающей линзе, со знаком «минус». Под оптической осью понимают условную прямую, которая соединяет центры этих линз. Лучи света, следуя параллельно оси, преломляются в линзе и фокусируются в определённой точке. Если линза телескопа обладает сильной кривизной, фокус будет меньше, а изображение предмета — максимально приближенным к реальности.

Устройство и принцип работы

• Труба телескопа. Собственно, «тело» телескопа, его главная конструктивная часть, несущая объектив.
• Искатель. Представляет собой маленькую подзорную трубу, расположенную чаще всего на одной оси с основной трубой. Нужен для предварительного наведения на объект.
• Окуляр. Сменная часть телескопа, через которую и ведётся наблюдение. Окуляры отличаются длиной фокуса — этот параметр влияет на увеличение и угол обзора.
• Светофильтры. Нужны для коррекции яркости наблюдаемых объектов, например, Луны. На первых порах, в принципе, можно обойтись и без них.
• Монтировка. Это крепление телескопа с двумя поворотными осями, как правило — на треноге. Бывает двух видов: азимутальная и экваториальная, последняя стоит значительно дороже.
• Диагональные зеркала. Они нужны для наблюдения за объектами, находящимися в зените.

Если спросить «Каков принцип работы телескопа?», вам наверняка двое из трёх собеседников начнут рассказывать про увеличение объектов и всяческие линзы. И будут не совсем правы. Увеличение, конечно, важно, но высокая детализация наблюдаемых объектов достигается за счёт сбора света. Чем больше у телескопа размер главного светособирающего элемента (линзы или зеркала), тем выше будет уровень детализации наблюдаемого небесного тела.

Рефракторы и рефлекторы

Телескопы, построенные на использовании линз, то есть явлений преломления света, иначе называют рефракторами.

К крупнейшим рефракторам относятся: Пулковский, диаметр объектива которого равна 76 см; Йоркский, диаметр объектива которого составляет 102 см, а длина трубы – 21 м. В каждом объективе рефрактора имеется по две линзы.

Отметим, что изготовление однородных и точно отшлифованных больших линз является достаточно тяжелым техническим заданием. Поэтому в астрономических телескопах в качестве объективов широко используют зеркала. Такие телескопы иначе называют рефлекторами, самый большой из них имеет диаметр зеркала 5 м.

Рефлекторы лишены хроматической аберрации.

Для устранения сферической аберрации применяются параболические зеркала. Правда, изготовление параболического зеркала тоже является тяжелым техническим заданием.

Типы телескопов

*Рефракторы — свет собирает линзовый объектив. Он же и создаёт изображение предмета в точке, которое затем рассматривается в окуляр. *Рефлекторы — свет собирает вогнутое зеркало, затем свет отражается маленьким плоским зеркалом к поверхности трубы телескопа, где можно наблюдать изображение. *Зеркально-линзовые (катадиоптрические) — используются вместе и линзы, и зеркала.

Особенности работы с телескопами

Искажения

При использовании телескопа в неподходящих условиях, из-за которых температура прибора не будет соответствовать температуре окружающей среды, а также при особенностях оптической системы могут наблюдаться искажения – дефекты при изображении наблюдаемого объекта. Искажения изображения у телескопа можно устранить при использовании дополнительного оборудования. Например, если рефрактор показывает вокруг ярких объектов ореолы определенных цветов, то стоит дополнительно приобрести специальную корректирующую линзу, благодаря которой получится устранить проблему. Часто бывают случаи, когда рефлектор с коротким фокусом отражает объекты вытянутой формы, напоминающие кометы или груши. Здесь опытные астрономы-любители прибегают к установке корректора комы в фокусере телескопа.

Термостабилизация

Рефракторы больших размеров и катадиоптрические телескопы необходимо перед началом работы привести в температурное равновесие с окружающей средой. Какого-то определенного времени становления температуры нет, так как «привыкание» прибора зависит от размера линзы и массы: чем больше их значения, тем дольше телескоп термостабилизируется. Данный процесс можно наблюдать, когда телескоп выносится на улицу в холодную погоду: из-за того, что оборудование теплее, чем температура воздуха, картинка в объективе начинает дрожать из-за активно перемещающихся потоков воздуха. А если телескоп будет, наоборот, холоднее, чем температура окружающей среды, то на нем может образоваться нежелательный конденсат, который даст эффект запотевших стекол и изображение объекта получится размазанным.

Юстировка

Сразу после приобретения телескопа, в частности рефлектора, каждый начинающий астроном сталкивался с таким явлением, как юстировка, которая заключается в настраивании оптического прибора в целях получения наилучшего качества. Процесс юстировки с технической точки зрения – это придание зеркалу телескопа необходимого наклонного угла. Подробную инструкцию по настройке телескопа можно найти в руководстве для пользователя, которое идет в комплекте с прибором.

В нашем интернет-магазине вы можете приобрести телескопы для любого уровня подготовки и с любыми характеристиками и особенностями. Получить консультацию и сделать заказ можно у наших менеджеров.

Теги