Доклад на тему телескоп галилея

Обновлено: 04.07.2024

Любителям астрономии в наше время необязательно посещать обсерваторию, чтобы наблюдать за звездами. Можно делать это на собственной даче или даже на балконе, не выходя из дома. Достаточно приобрести телескоп и созерцать далекие планеты, туманности и созвездия.

В наше время в магазинах представлен широчайший выбор моделей телескопов на любой вкус. Например, у нас вы найдете телескопы для начинающих и профессионалов, для наблюдения Солнечной системы или далеких звезд, для астрофотосъемки и для наземных наблюдений. Конструкции современных телескопов разнообразны – это и рефракторы, и рефлекторы, и катадиоптрики. А аксессуары позволяют усовершенствовать любую модель чуть ли не бесконечно.

Как же все начиналось?

В каком году Галилео Галилей создал телескоп? Это произошло в 1609 году. Ученый придумал свою технологию по шлифовке линз, существенно увеличил их в диаметре и достиг 30-кратного увеличения любого предмета. Его телескоп был относительно небольшим (объектив 53 мм, труба 1245 мм), и его оптическая схема была несовершенна, но он позволил наблюдать удивительные вещи.

Галилей первым увидел:

лунные кратеры и горы
звезды Млечного Пути
кольца Сатурна
солнечные пятна;
спутники Юпитера
фазы Венеры

Галилео Галилей изобрел телескоп, но никогда не продавал свое изобретение за деньги. Он строил телескопы на заказ для светских персон и преподносил им в качестве подарка.

Открытия Галилея дали мощнейший толчок развитию астрономии. Все новые и новые ученые брались за создание и усовершенствование телескопов, и результаты не заставили себя ждать – удивительные космические открытия буквально перевернули картину мира. И теперь человечество не ограничено своей планетой, а активно осваивает Вселенную.

Современные телескопы, конечно, намного мощнее и сложнее творения Галилея. От разнообразия оптических схем, типов монтировки и аксессуаров разбегаются глаза.

Levenhuk
Sky-Watcher
Bresser
Celestron
Meade
Synta
и многих других

Телескопы различаются по типу монтировки:

азимутальные
экваториальные
с автонаведением

А также по оптической схеме:

зеркально-линзовые (катадиоптрики)
линзовые (рефракторы)
зеркальная (рефлекторы)

И, конечно же, делятся по уровню сложности конструкции: более простые, для начинающих, и сложные, для подготовленных астрономов. Для детей и подростков выпускаются специальные серии телескопов. Например, компания Levenhuk разработала особую детскую линейку телескопов Levenhuk LabZZ, а немецкая фирма Bresser производит телескопы для самых юных под брендом Bresser Junior.

Выбирать прибор нужно в соответствии с вашими предпочтениями, необходимыми характеристиками и ценой.

Если вы только начинаете увлекаться астрономией и не готовы к покупке дорогостоящего прибора, обратите внимание на модели, которые пользуются особой популярностью. В этом разделе собраны бестселлеры – недорогие, но надежные телескопы. Эти модели очень просты в управлении, не требуют сложной настройки и комплектуются всем необходимым для начальных наблюдений. Такая оптика станет отличным подарком для вашего ребенка или друга. Приятно будет купить ее и для себя.

Когда вы научитесь хорошо управлять телескопом и проведете достаточное количество наблюдений, можно будет задуматься о покупке дополнительных аксессуаров. На нашем сайте всегда представлено большое количество аксессуаров для всех типов телескопов. Дополнительные окуляры и линзы Барлоу помогут расширить диапазон увеличений вашего телескопа, планетные фильтры пригодятся для детального изучения дисков планет и поверхности спутников, апертурные солнечные фильтры защитят глаза при исследовании Солнца, а цифровые камеры позволят создавать невероятные фотографии далекого макромира.

Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.

Другие обзоры и статьи о телескопах и астрономии:

Обзоры оптической техники и аксессуаров:

Статьи о телескопах. Как выбрать, настроить и провести первые наблюдения:

Увеличительные приборы нужны морякам, чтобы вовремя заметить вражеское судно или долгожданный берег; военным, чтобы рассмотреть удалённые вражеские позиции и составить план битвы; астрономам, чтобы лучше увидеть звёзды и планеты. Первые такие приборы — зрительные трубы и телескопы — появились в начале XVII в.

Рождение зрительной трубы

Первый чертёж зрительной трубы обнаружен в записях Леонардо да Винчи от 1509 г. В 1604 г. немецкий астроном И. Кеплер научно объяснил, как проходят лучи через подобную оптическую систему из двух линз. А через 4 года в Голландии, славившейся своим стеклодувным производством и лучшими очковыми мастерами, уже появились зрительные трубы из двух линз. Трое голландских мастеров И. Липперсгей, З. Янсен и Я. Мециус, работая с линзами, заметили, что выпуклая (собирающая) и вогнутая (рассеивающая) линзы, установленные на некотором расстоянии друг от друга, способны создать чёткое приближенное изображение удалённого предмета. Первым своё изобретение продемонстрировал Липперсгей в 1608 г. — этот год и считается датой рождения зрительной трубы.

Труба, направленная в небо

В 1609 г. итальянский астроном, математик, физик и мыслитель Галилео Галилей сконструировал зрительную трубу с трёхкратным увеличением и направил её в небо, разглядывать звёзды, — так зрительная труба превратилась в телескоп. Для астрономических наблюдений Галилей создал телескоп, увеличивающий изображение в 8 раз. Лучший телескоп Галилея увеличивал в 32 раза. С его помощью Галилей разглядел сложный рельеф поверхности Луны, открыл 4 спутника (луны) планеты Юпитер, обнаружил пятна на Солнце, а увеличенный Млечный Путь в телескопе предстал скоплением отдельных звёзд.

Угол зрения

Удалённые предметы или предметы близкие, но слишком мелкие мы видим плохо или не видим совсем, потому что угол зрения от них слишком мал. Угол зрения — это угол преломления хрусталиком глаза световых лучей от предмета. Лучи, отражённые от предмета, проходят через хрусталик нашего глаза и проецируются на сетчатке в перевёрнутом виде. Но мозг снова переворачивает изображение, и мы видим мир правильно.

Орбитальный (космический) телескоп Хаббл — один из крупнейших современных у телескопов, который позволяет увидеть даже малую вспышку света с расстояния 400 000 км. Этот прибор может увидеть с Земли включённую на Луне лампочку.

Как работает телескоп

Система линз в зрительной трубе или оптическом телескопе изменяет направление световых лучей, показывая нам предмет под большим углом зрения. Изображение на сетчатке увеличивается, и мы видим подробности строения предмета. Когда говорят, что телескоп увеличивает в 10 раз, это значит, что он показывает предметы под углом зрения в 10 раз большим, чем невооружённый глаз.

Телескоп Галилея — это труба, в которую с двух сторон вставлены линзы. Обращённая к глазу линза — это окуляр, а линза, обращённая к объекту наблюдения, — объектив. Объектив — собирающая линза, увеличивающая угол зрения. Окуляр телескопа — рассеивающая линза, превращающая сходящиеся лучи, идущие от объектива, снова в параллельные, но на меньшей площади. Рассеивающая линза не даёт перевернуть изображение, и в телескопе Галилея мир виден правильно.

Развитие идеи

Рефракторы, по-разному преломляя лучи разных цветов, дают цветовые искажения — хроматическую аберрацию. В 1668 г. И. Ньютон сделал телескоп нового типа — рефлектор, в котором пучок света собирает система зеркал и нет хроматической аберрации.

Существуют телескопы для всех диапазонов электромагнитного спектра:

оптические телескопы,
радиотелескопы,
рентгеновские телескопы,
гамма-телескопы.

Кроме того, детекторы нейтрино часто называют нейтринными телескопами. Также телескопами могут называть детекторы гравитационных волн.

Ещё в 385 г. до н.э. Демокрит объявил, что Млечный Путь состоит из множества звезд. Некоторые специалисты утверждают, что к такому выводу можно прийти только с помощью телескопических наблюдений. Другие указывают на сохранившиеся греческие и римские тексты в которых описывается некий оптический инструмент, похожий на сегодняшний телескоп.

Первые попытки изобретения телескопа

Чертежи телескопа Леонардо да Винчи

В последнее время изобретение первого телескопа приписывают Гансу Липпершлею из Голландии. Но мало кто знает, что задолго до него Томас Диггес, астроном, который в 1450 году попытался увеличить звезды с помощью выпуклой линзы и вогнутого зеркала.

Однако у него не хватило терпения доработать устройство, и полу-изобретение вскоре было благополучно забыто. Сегодня Диггеса помнят за описание гелиоцентрической системы. Скорее всего, заслуга Липпершлея состоит в том, что он первый сделал новый прибор телескоп популярным и востребованным. А также именно он подал в 1608 году заявку на патент на пару линз, размещенный в трубке. Он назвал устройство подзорной трубой. Однако его патент был отклонен, поскольку его устройство показалось слишком простым.

К концу 1609 года небольшие подзорные трубы, благодаря Липпершлею, стали распространены по всей Франции и Италии. В августе 1609 года Томас Харриот доработал и усовершенствовал изобретение, что позволило астрономам рассмотреть кратеры и горы на Луне.

Галилео Галилей и телескоп

Большой прорыв произошел, когда итальянский математик Галилео Галилей узнал о попытке голландца запатентовать линзовую трубу. Вдохновленный открытием, Галлей решил сделать такой прибор для себя. В августе 1609 года именно Галилео изготовил первый в мире полноценный телескоп.

Сначала, это была всего лишь зрительная труба — комбинация очковых линз, сегодня бы ее назвали рефрактор. До Галилео, скорее всего, мало кто догадался использовать на пользу астрономии эту развлекательную трубку.

Благодаря прибору, сам Галилей открыл горы и кратеры на Луне, доказал сферичность Луны, открыл четыре спутника Юпитера, кольца Сатурна и сделал множество других полезных открытий.

Сегодняшнему человеку телескоп Галилео не покажется особенным, любой десятилетний ребенок может легко собрать гораздо лучший прибор с использованием современных линз. Но телескоп Галилео был единственным реальным работоспособным телескопом на тот день с 20-кртным увеличением, но с маленьким полем зрения, немного размытым изображением и другими недостатками. Именно Галилео открыл век рефрактора в астрономии — 17 век.

XVII век в истории наблюдений за звездами

Время и развитие науки позволяло создавать более мощные телескопы, которые давали видеть много больше. Астрономы начали использовать объективы с большим фокусным расстоянием. Сами телескопы превратились в большие неподъемные трубы по размеру и, конечно, были не удобны в использовании. Тогда для них изобрели штативы.

В 1641 году свою первую обсерваторию построил Ян Гевелий . Телескопы-рефракторы того времени имели серьёзный недостаток — хроматическую аберрацию. Чтобы избавиться от неё, Гевелий строил телескопы огромных размеров, самый большой из них имел 45 метров в длину.

Телескоп Яна Гевелия

Телескопы постепенно улучшали, дорабатывали. Однако его максимальный диаметр не превышал нескольких сантиметров — не удавалось изготавливать линзы большого размера. К 1656 году Христиан Гюйенс сделал телескоп, увеличивающий в 100 раз наблюдаемые объекты, размер его был более 7 метров, апертура около 150 мм.

Этот телескоп уже относят к уровню сегодняшних любительских телескопов для начинающих. К 1670-х годам был построен уже 45-метровый телескоп, который еще больше увеличивал объекты и давал больший угол зрения.

Исаак Ньютон и изобретение рефлектора

Со временем телескоп стал расти в длину. Первооткрыватели, пытаясь выжать максимум из этого прибора, опирались на открытый ими оптический закон — уменьшение хроматической аберрации линзы происходит с увеличением ее фокусного расстояния. Недостатки рефракторов заставили великие умы искать решения к улучшению телескопов. Ответ и новый способ был найден: собирание и фокусировке лучей стала производиться с помощью вогнутого зеркала. Рефрактор переродился в рефлектор, полностью освободившийся от хроматизма.

Двухзеркальная система в телескопе предложена французом Кассегреном. Реализовать свою идею в полной мере Кассегрен не смог из-за отсутствия технической возможности изобретения нужных зеркал, но сегодня его чертежи реализованы.

Интересно,что космический телескоп Хаббл работает как раз по принципу телескопа Кассегрена. А фундаментальный принцип Ньютона с применением одного вогнутого зеркала использовался в Специальной астрофизической обсерватории в России с 1974 года.

Заслуга эта целиком и полностью принадлежит Исааку Ньютону, именно он сумел дать новую жизнь телескопам с помощью зеркала. Его первый рефлектор имел диаметр всего четыре сантиметра. А первое зеркало для телескопа диаметром 30 мм он сделал из сплава меди, олова и мышьяка в 1704 году. Изображение стало четким. Кстати, его первый телескоп до сих пор бережно хранится в астрономическом музее Лондона.

Но еще долгое время оптикам никак не удавалось делать полноценные зеркала для рефлекторов.

Годом рождения нового типа телескопа принято считать 1720 год, когда англичане построили первый функциональный рефлектор диаметром в 15 сантиметров.

Это был прорыв. В Европе появился спрос на удобоносимые, почти компактные телескопы в два метра длиной. О 40-метровых трубах рефракторов стали забывать.

К концу 18 века компактные удобные телескопы пришли на замену громоздким рефлекторам. Металлические зеркала тоже оказались не слишком практичны — дорогие в производстве, а также тускнеющие от времени. К 1758 году с изобретением двух новых сортов стекла: легкого — крон и тяжелого — флинта, появилась возможность создания двухлинзовых объективов. Чем благополучно и воспользовался ученый Дж. Доллонд, который изготовил двухлинзовый объектив, впоследствии названный доллондовым.

Телескопы и их усовершенствование в XVIII-XIX веках

После изобретения ахроматических объективов победа рефрактора была абсолютная, оставалось лишь улучшать линзовые телескопы. О вогнутых зеркалах забыли. Возродить их к жизни удалось руками астрономов-любителей.

Уильям Гершель, английский музыкант, в 1781 году открывший планету Уран. Его открытию не было равным в астрономии с глубокой древности. Причем Уран был открыт с помощью небольшого самодельного рефлектора.

Телескоп У. Гершеля

Успех побудил Гершеля начать изготовление рефлекторов большего размера.

Гершель собственноручно в мастерской сплавлял зеркала из меди и олова. Главный труд его жизни – большой телескоп с зеркалом диаметром 122 см.

Благодаря этому телескопу, Гершель открыл шестой и седьмой спутники планеты Сатурн.

Другой астроном-любитель английский землевладелец лорд Росс изобрел рефлектор с зеркалом с диаметром в 182 сантиметра. Благодаря телескопу, он открыл ряд неизвестных спиральных туманностей.

Телескопы Гершеля и Росса обладали множеством недостатков. Объективы из зеркального металла оказались слишком тяжелыми, отражали лишь малую часть падающего на них света и тускнели. Требовался новый совершенный материал для зеркал. Этим материалом оказалось стекло. Французский физик Леон Фуко в 1856 году попробовал вставить в рефлектор зеркалом из посеребренного стекла. И опыт удался. Уже в 90-х годах астроном-любитель из Англии построил рефлектор для фотографических наблюдений со стеклянным зеркалом в 152 сантиметра в диаметре. Очередной прорыв в телескопостроении был очевиден.

Этот прорыв не обошелся без участия русских ученых. Я.В. Брюс прославился разработкой специальных металлических зеркал для телескопов. Ломоносов и Гершель, независимо друг от друга, изобрели совершенно новую конструкцию телескопа, в которой главное зеркало наклоняется без вторичного, тем самым уменьшая потери света.

Немецкий оптик Фраунгофер поставил на конвейер производство и качество линз. И сегодня в Тартуской обсерватории стоит телескоп с целой, работающей линзой Фраунгофера. Но рефракторы немецкого оптика также были не без изъяна – хроматизма.

В конце 19 века Кросслей, астроном-любитель, обратил свое внимание на алюминиевые зеркала. Купленное им вогнутое стеклянное параболическое зеркало диаметром 91 см сразу было вставлено в телескоп.

Сегодня телескопы с подобными громадными зеркалами устанавливаются в современных обсерваториях. В то время как рост рефрактора замедлился, разработка зеркального телескопа набирала обороты. С 1908 по 1935 года различные обсерватории мира соорудили более полутора десятков рефлекторов. Самый большой телескоп установлен в обсерватории Моунт-Внльсон, его диаметр 256 сантиметров. И даже этот предел соврем скоро превзойден вдвое. В Калифорнии смонтирован американский рефлектор-гигант, на сегодня его возраст более двадцати лет.

Новейшая история телескопов

В дальнейшем телескопы продолжали расти в размерах и совершенствоваться изнутри. Более 40 лет назад в 1976 году ученые СССР построили 6-метровый телескоп БТА — Большой Телескоп Азимутальный. До конца 20 века БРА считался крупнейшим в мире телескопом.

Большой Телескоп Азимутальный

Изобретатели БТА были новаторами в оригинальных технических решениях, таких как альт-азимутальная установка с компьютерным ведением. Сегодня это новшества применяются практически во всех телескопах-гигантах. В начале 21 века БТА оттеснили во второй десяток крупных телескопов мира. А постепенная деградация зеркала от времени — на сегодня его качество упало на 30% от первоначального — превращает его лишь в исторический памятник науке.

К новому поколению телескопов относятся два больших телескопа 10-метровых близнеца KECK I и KECK II для оптических инфракрасных наблюдений. Они были установлены в 1994 и 1996 году в США. Их собрали благодаря помощи фонда У. Кека, в честь которого они и названы. Он предоставил более 140 000 долларов на их строительство.

Телескопы KECK I и KECK II

Эти телескопы размером с восьмиэтажный дом и весом более 300 тонн каждый, но работают они с высочайшей точностью. Принцип работы — главное зеркало диаметром 10 метров, состоящее из 36 шестиугольных сегментов, работающих как одно отражательное зеркало. Установлены эти телескопы в одном из оптимальных на Земле мест для астрономических наблюдений — на Гаваях, на склоне потухшего вулкана Мануа Кеа высотой 4 200 м. К 2002 году эти два телескопа, расположенных на расстоянии 85 м друг от друга, начали работать в режиме интерферометра, давая такое же угловое разрешение, как 85-метровый телескоп.

В 1999 году на орбиту был выведен телескоп Хаббл. Это совместный проект НАСА и Европейского космического агентства и входит в число Больших обсерваторий НАСА.

Космический телескоп Хаббл

Размещение телескопа в космосе даёт возможность регистрировать электромагнитное излучение в диапазонах, в которых земная атмосфера непрозрачна; в первую очередь — в инфракрасном диапазоне. Благодаря отсутствию влияния атмосферы разрешающая способность телескопа в 7—10 раз больше, чем у аналогичного телескопа, расположенного на Земле.

История телескопа прошла долгий путь – от итальянских стекольщиков до современных гигантских телескопов-спутников. Современные крупные обсерватории давно компьютеризированы. Однако любительские телескопы и многие аппараты, типа Хаббл, все еще базируются на принципах работы, изобретенных Галилеем.

Последние достижения

В 2019 году в Китае был создан самый большой телескоп в мире, его диаметр составляет 500 метров. Строительство продолжалось около 8 лет.

Стоимость радиотелескопа составляет 180 млн долларов. При этом специалисты указывают, что до этого самым крупным телескопом в мире был радиотелескоп в Пуэрто-Рико, построенный более 50 лет назад, однако его диаметр составляет чуть больше 300 метров. Китайское изобретение может серьёзно ускорить процесс открытия самых разных явлений в космосе. Также ученые отмечают, что самый большой радиотелескоп в мире будет способен обнаружить отдаленные экзопланеты только по их радиоизлучению. Кроме того, специалисты подчеркнули, что китайский радиотелескопсможет обнаружить тысячи пульсаров.

Также в китайской обсерватории будут фиксировать радиовсплески, исходящие от неизвестных источников. Китайский радиотелескоп способен улавливать даже самые слабые сигналы.

Видео

С чего началась история создания телескопа? Кому человечество обязано за его изобретение? До сих пор не совсем ясно и все еще обсуждается в кругах историков и теоретиков. Ещё в 385 г. до н.э. Демокрит объявил, что Млечный Путь состоит из множества звезд. Некоторые специалисты утверждают, что к такому выводу можно прийти только с помощью телескопических наблюдений. Другие указывают на сохранившиеся греческие и римские тексты в которых описывается некий оптический инструмент, похожий на сегодняшний телескоп.

Тем не менее, это только косвенные доказательства принадлежности какого-либо человека к истории создания телескопа, и кажется, что делать такие далеко идущие выводы неоправданно.

Телескопы, работающие по принципу преломления света на границе центров

Технология шлифования была известна еще в древности. Только первые линзы были сделаны не из стекла, а из обработанного и полированного кварца (диоксид кремния, SiO2), твердого материала, который довольно часто встречается в природе. Однако трудно выяснить, являются ли предметы, найденные археологами, украшениями или сознательными попытками сделать линзы.

Первое хорошо документированное в истории использование линз появляется в греческих и римских источниках.
Официальным началом телескопической астрономии можно считать деятельность месопотамского астронома Альхазена (Ибн аль-Хайсам), жившего в 11 веке. Он был величайшим физиком и считается отцом оптики, много занимался вопросами рефракции и расщепления света, и его работы оказали значительное влияние на развитие современного телескопа.

Также древние окуляры были обнаружены в археологических находках в Висби, Готланд (территория Швеции), и датируются второй половиной 11 века. Эти линзы имеют интересную форму – половина – почти идеальный эллипсоид, а другая сторона – плоская. Некоторые из них имели серебряную оправу и, вероятно, использовались в качестве подвесок.

В нескольких исследованиях, написанных между 1230 и 1235 годами, Роберт Гроссетест, основатель оксфордской философской и естественнонаучной школы, писал: Эта часть оптики, если ее хорошо понять, показывает нам, как мы можем сделать очень отдаленные объекты очень близкими, а крупные близкие объекты кажутся маленькими и мы можем сделать удаленные объекты нужного размера, чтобы можно было читать самые маленькие буквы с невероятных расстояний.

Широко признано, что в Европе очки, корректирующие дальнозоркость с помощью соответствующих линз, были изобретены в северной Италии на рубеже 13 и 14 веков.

Около 1450 года было обнаружено, что вогнутые линзы исправляют миопию. Таким образом, в середине пятнадцатого века два типа линз, необходимых для создания телескопа, были уже известны, и открытие телескопа, как вы можете догадаться, было лишь вопросом времени. Однако мир не обладает достаточными письменными или материальными источниками, чтобы можно было с уверенностью сказать, был ли уже построен соответствующий телескоп в то время.

С другой стороны мы имеем хорошо документированные доказательства, что оптические и зеркальные телескопы были известны в Англии уже во второй половине 16-го века. Письма Яна Ди и Томаша Диггса от 1570 и 1571 годов соответственно описывают использование этих оптических конструкций отцом Томаша, Леонардом Диггсом. Независимое подтверждение этого факта можно найти и в других записях того периода.

Первые телескопы состояли из фокусирующей линзы и рассеивающей линзы. Благодаря множеству практических применений, значительное их количество быстро распространилось по всей Европе.

Кстати, всем студентам-астрономам можно порекомендовать сконструировать такой дешевый и простой телескоп своими руками – самый простой способ – с помощью линз для очков и цилиндрической трубки. Это будет абсолютно фатальный инструмент с точки зрения качества оптики, но с дидактической и когнитивной точки зрения почему бы не попробовать.

Первый патент

Первым запатентовал телескоп голландский офтальмолог Иоанн Липперсгей в 1608 году. Свои изобретения он поставлял голландскому правительству, вероятно, они были нужны армии и флоту, потому что моряки быстро осознали неоценимую роль телескопа на борту корабля.

Телескоп Липперсгейя, реплика

Видимо, принцип работы телескопа Липперсгей обнаружил, когда двое его детей, играя в мастерской, соединили две линзы одну за другой. Внимание Иоанна привлекли их крики от увиденного.

Изобретение телескопа Галилеем

Галилея ждал огромный успех, как во время жизни (он получил пожизненное финансовое обеспечение от собора), так и в умах потомков, в значительной степени незаслуженно передавая историю «первооткрывателя телескопа”.

Телескоп Галилея

Галилей изучал небо с помощью телескопа, сделал правильные выводы и смог распространить их. Он наблюдал солнечные пятна (известные китайцам в течение долгого времени, хотя механизм их формирования до сих пор полностью не объяснен), фазы Венеры, Луны (правильно распознал форму местности) и заметил, что Сатурн вытянут (его телескоп был слишком мал, чтобы распознать кольцо планеты). Его наиболее важными открытиями были спутники Юпитера.

В результате своих исследований Солнечной системы он поддержал гелиоцентрическую гипотезу Коперника о построении Солнечной системы, отрицая при этом основы геоцентрической теории Птолемея. Это оказало значительное влияние на развитие науки и на жизнь самого Галилея, но это совсем другая история.

Конечно, Галилей постепенно улучшал свой телескоп – начиная с трехкратного увеличения, сконструировал телескоп с увеличением примерно в тридцать раз, что уже было довольно серьезным оптическим инструментом. Благодаря этому сегодня мы и называем эту структуру телескопом Галилея.

Кеплер и другие

Вскоре Ян Кеплер описал альтернативную конструкцию линзового телескопа, построенного на основе двух выпуклых линз. Преимуществом этой конструкции было значительно большее поле зрения телескопа. Однако контраст полученных изображений был ужасным, поэтому для этих телескопов требовалось большое фокусное расстояние.

Все любители астрономии знают об огромной роли поля зрения. В качестве дополнительного примечания стоит добавить, что при создании современных любительских телескопов всегда ищется компромисс между увеличением оптических дефектов наряду с уменьшением светоотдачи и с уменьшением поля зрения по мере увеличения фокусного расстояния. Такой компромисс для типичных и относительно недорогих современных конструкций лежит между 1:8 и 1:12.

Во второй половине XVII века произошло значительное улучшение качества сконструированных телескопов: достаточно упомянуть Христиана Гюйгенса, который со своим братом сконструировал инструмент с фокусным расстоянием около 3,5 метров и правильно объяснил природу колец Сатурна.

Но построенные в то время телескопы были чрезвычайно длинными – 30 или даже 60 метров и управлять ими было чрезвычайно сложно.

Зеркальные телескопы, работающие по принципу отражения света

Феномен радуги и преломления света на границе центров был известен на протяжении веков, но только Исаак Ньютон в своих работах описал, что прохождение белого света через призму не создает новые цвета, но расщепляет существующие. Этим он доказал, что разные длины волн света изгибаются по-разному – в физике мы говорим, что призма является дисперсионной средой для света. До этого момента учёные считали, что оптические дефекты преломляющих телескопов связаны с плохо выбранной формой линзы, а не с природой самого света.

Хотя есть записи, которые могут указывать на то, что первые зеркальные телескопы были построены в первой половине шестнадцатого века, приоритетное место определенно принадлежит Исааку Ньютону.

В 1663 году Джеймс Грегори написал трактат Optica Promota, в котором он обсуждает изображения, полученные в результате преломления света линзами и отражения света от зеркальных поверхностей. В нем он отмечает, что если линзы или зеркала имеют сферическую форму (их поверхности являются элементами сферы), результирующие изображения будут искривлены.

Он понимал, что любая попытка улучшить телескопы путем придания линзам различной формы не приводит к решению проблемы хроматической аберрации (хотя он явно не называл этот оптический дефект). И предложил построить зеркальный телескоп без хроматической аберрации (закон отражения в геометрической оптике не зависит от длины волны света). Однако он так и не смог сконструировать правильный инструмент и не нашел никого, кто бы поддержал его идею. Ньютон сделал это.

Исаак Ньютон | Телескоп Ньютона

Когда в 1666 году Ньютон обнаружил зависимость показателя преломления в зависимости от его цвета, он понял, что недостатки объектива телескопа связаны скорее всего с этим явлением, чем со сферической формой объектива.

Обнаружив, что дефект рефракторов заключается в самой природе света и экспериментально доказав правильное отражение (угол падения света равен углу отражения), он обратил свое внимание на создание зеркального телескопа, выбрав сплав меди и олова как наиболее подходящий для отражающей поверхности.

Поверхность зеркала была отшлифована и отполирована в форме сферы, которую было легче получить, чем вращающийся параболоид. Он справедливо предположил, что хроматическая аберрация в первую очередь ответственна за оптические дефекты в телескопах, а не за сферическую аберрацию. С помощью построенного им телескопа он наблюдал луны Юпитера и Венеру. Как и многие великие ученые, он решил, что проблема – по крайней мере на данном этапе – решена, и дальнейшая работа больше не была наукой, а скорее инженерией.

Ахроматический телескоп

Вехой в разработке телескопов стало изобретение рефракционного ахроматического телескопа англичанином Честером Муром Холлом.

Он полагал, что различные области человеческого глазного яблока преломляют световые лучи, так что сетчатка производит изображение без расщепления цвета. Таким образом, изобретатель справедливо указал, что должна быть возможность создать линзу с подобными оптическими свойствами, если будут использоваться центры с соответствующими свойствами преломления.

Следует отметить, что Мур Холл был очень скромным и небрежным человеком и даже не удосуживался заявить о своем открытии научному миру.

Телескопы Кек 1 и Кек 2

Тем не менее, идея ахроматических телескопов выжила и послужила основанием для огромного развития техники наблюдений, кульминацией которой стали телескопы в Паломарской обсерватории (1948 г., США), 6-метровый советский телескоп на Кавказе (1974 г.) и расположенные на Гавайях Кек 1 и Кек 2 (9,8 м, 1992 и 1996).

У истоков астрономии

Галилео Галилей демонстрирует свой телескоп в Венеции. Фреска Джузеппе Бертини

Первые зрительные трубы, изучая которые Галилей собрал свой телескоп, были изготовлены в 1607 году в Голландии. Но до этого еще в 1509 году Леонардо да Винчи в своих записях сделал чертежи простейшего линзового телескопа и предлагал смотреть через него на Луну.

Устройство первых телескопов было достаточно простым. В трубе на расстоянии располагались две линзы: объектив − выпуклая линза с фокусным расстоянием в 10, 20 или 30 дюймов и окуляр – вогнутая рассеивающая линза. Недостатками такого устройства являлись малое поле зрения и слабая яркость картинки.

В 1611 году немецкий ученый Иоганн Кеплер предлагает свою конструкцию телескопа – с двумя собирающими линзами. Эта схема давала перевернутое изображение, но зато оно было более ярким, и при этом значительно расширялось поле зрения. Первый телескоп по схеме Кеплера был сделан в 1613 году ученым-иезуитом Кристофом Шейнером. Он же впервые использовал для наведения телескопа две взаимно перпендикулярные оси, одна из которых стоит под прямым углом к плоскости экватора, что помогало компенсировать вращение Земли при наблюдениях.

Рефлектор Ньютона и другие телескопы

Первый телескоп, собранный Галилеем, имел трехкратное увеличение. Позже ему удалось добиться 32-кратного приближения. В дальнейшем ученые поняли, что увеличение фокусного расстояния улучшает качество изображения и помогает избежать аберраций, или искажений. Размеры телескопов при этом стали достигать 100 метров.

Одним из существенных искажений, которые мешали работе пионеров астрономии, был хроматизм, когда изображение становилось нечетким и у него появлялись яркие цветные контуры. Чтобы избавиться от хроматических аберраций, англичанин Исаак Ньютон, экспериментировавший в 1660-е годы с оптикой, решает заменить выпуклую линзу на сферическое зеркало. Для этого он добавляет в бронзу мышьяк и разрабатывает хорошо поддающийся шлифовке материал. Первый телескоп-рефлектор был построен Ньютоном в 1668 году. Длиной он был всего 15 см и диаметром 33 мм. Ученый смог добиться 40-кратного увеличения высокого качества. Новый телескоп настолько понравился королю, что Ньютон был избран членом Королевского общества.

Оригинальный телескоп-рефлектор Исаака Ньютона. Фото Лондонского королевского общества

В 1672 году француз Лоран Кассегрен предложил двухзеркальную схему, где первое зеркало было параболическим, а в качестве второго рефлектора выступал выпуклый гиперболоид, располагающийся перед фокусом первого. Первый подобный телескоп был сделан в 1732 году. Таким образом, уже в конце XVII века были разработаны все основные схемы телескопов, которые совершенствовались в последующие годы.

Время гигантов

В середине XIX века появились первые фотографии, выполненные с помощью телескопов. В 1860-е годы произошло важное событие в мире астрономии – англичанин Уильям Хаггинс впервые использовал вместе с телескопом спектроскоп. Ученый исследовал спектры излучения звезд и доказал различия между галактиками и туманностями.

Если во второй половине XIX века моду задавали телескопы-рефракторы, то в XX веке лидерами стали зеркальные рефлекторы. И сегодня в большинстве телескопов используются зеркальные схемы.

Большой телескоп азимутальный. Фото: Руслан Зимняков/Flickr

С каждым десятилетием сложность и размеры телескопов растут. Так, самый большой в мире телескоп с цельным зеркалом диаметром 10 м находится на Гавайских островах. На Канарских островах есть еще более крупный Большой Канарский телескоп диаметром 10,4 м. Но его первичное зеркало не является цельным − оно собрано из 36 зеркальных шестиугольных сегментов. Применение ячеистых зеркал стало новым шагом в развитии телескопов.

Чертежи телескопа создавали практически с нуля – на основе архивной информации. Оптическая труба ТАЛ-35 состоит из двух частей: подвижной и основной. Монтировка (подвижная опора телескопа) представляет собой деревянный шар. В рефлекторе Ньютона зеркало повернуто к оптической оси под углом 45 градусов, поэтому наблюдение ведется не с торца телескопа, а в боковой части.

Детали телескопа Ньютона изготавливают на тех же линиях, где серийно производят линейку известных в мире телескопов ТАЛ. Единственное отличие копии от исторического оригинала – это качество изображения. Если Ньютон использовал для отражения полированную бронзовую пластину, то реплику оснастили оптическим зеркалом, обработанным алюминием. Таким образом, несмотря на сувенирное назначение, эти телескопы можно использовать и для наблюдений.

События, связанные с этим

Крылья и винты: 80 лет Улан-Удэнскому авиазаводу

Завод имени Дегтярева: более 100 лет на страже Отечества

История телескопа: от Галилея до наших дней

Александр Нудельман – конструктор, вооруживший летчиков, танкистов и врачей

Читайте также: