Принцип действия оптического телескопа кратко

Обновлено: 04.07.2024

Телескопы бывают разными – оптические (общего астрофизического назначения, коронографы, телескопы для наблюдения искуственных спутников Земли), радиотелескопы, инфракрасные, нейтринные, рентгеновские. Все телескопы, принимающие электромагнитное излучение, решают две основных задачи.

Первая задача - создать максимально резкое изображение и при визуальных наблюдениях увеличить угловые расстояния между объектами (звездами, галактиками и т. п.); собрать как можно больше энергии излучения, увеличить освещенность изображения объектов. Вторая задача – увеличивать угол, под которым наблюдатель видит объект. Способность увеличивать угол характеризуется увеличением телескопа. Оно равно отношению фокусных расстояний объектива и окуляра

Принцип работа телескопа

Принцип работы телескопа заключается не в увеличении объектов, а в сборе света. Чем больше у него размер главного светособирающего элемента - линзы или зеркала, тем больше света он собирает. Важно, что именно общее количество собранного света в конечном счете определяет уровень детализации видимого - будь то удаленный ландшафт или кольца Сатурна.

Типы телескопов

Все телескопы подразделяются на три оптических класса.

Преломляющие телескопы, или рефракторы , в качестве главного светособирающего элемента используют большую линзу-объектив.

Рефракторы всех моделей включают ахроматические (двухэлементные) объективные линзы - таким образом сокращается или практически устраняется ложный цвет, который влияет на получаемый образ, когда свет проходит через линзу. При создании и установке больших стеклянных линз возникает ряд трудностей; кроме того, толстые линзы поглощают слишком много света. Самый большой рефрактор в мире, имеющий объектив с линзой диаметром в 101 см, принадлежит Йеркской обсерватории.

Все большие астрономические телескопы представляют собой рефлекторы . Это отражающие телескопы, и для сбора света и формирования изображения в них используется вогнутое главное зеркало. В рефлекторах ньютоновского типа маленькое плоское вторичное зеркало отражает свет на стенку главной трубы.

Зеркально-линзовые (катадиоптрические) телескопы используют как линзы, так и зеркала, за счет чего их оптическое устройство позволяет достичь великолепного качества изображения с высоким разрешением, при том, что вся конструкция состоит из очень коротких портативных оптических труб.

Принцип работы и назначение телескопа

В телескопе-рефракторе в качестве объектива используется большая линза, собирающая и фокусирующая свет, а изображение рассматривается с помощью окуляра, состоящего из одной или нескольких линз. Основной проблемой при конструировании телескопов-рефракторов является хроматическая аберрация (цветная кайма вокруг изображения, создаваемого простой линзой вследствие того, что свет различных длин волн фокусируется на разных расстояниях).

Первый телескоп-рефлектор изобрел Ньютон по своей схеме, называемой системой Ньютона.

Наряду с оптическими телескопами имеются телескопы, собирающие электромагнитное излучение в других диапазонах. Например, широко распространены различные типы радиотелескопов (с параболическим зеркалом; неподвижные и полноповоротные; типа РАТАН-600; синфазные; радиоинтерферометры). Имеются также телескопы для регистрации рентгеновского и гамма-излучения. Поскольку последнее поглощается земной атмосферой, рентгеновские телескопы обычно устанавливаются на спутниках или воздушных зондах. Гамма-астрономия использует телескопы, располагаемые на спутниках.

Первый изобретатель

Телескопические устройства появились в семнадцатом веке. Однако по сей день ведутся дебаты, кто изобрел телескоп первым – Галилей или Липперсхей. Эти споры связаны с тем, что оба ученых примерно в одно время вели разработки оптических устройств.

В 1608 году Липперсхей разработал очки для знати, позволяющие видеть удаленные объекты вблизи. В это время велись военные переговоры. Армия быстро оценила пользу разработки и предложила Липперсхею не закреплять авторские права за устройством, а доработать его так, чтобы в него можно было бы смотреть двумя глазами. Ученый согласился.

Новую разработку ученого не удалось удержать втайне: сведения о ней были опубликованы в местных печатных изданиях. Журналисты того времени назвали прибор зрительной трубой. В ней использовалось две линзы, которые позволяли увеличить предметы и объекты. С 1609 года в Париже вовсю продавали трубы с трехкратным увеличением. С этого года какая-либо информация о Липперсхее исчезает из истории, а появляются сведения о другом ученом и его новых открытиях.

Телескоп Галилея

В семнадцатом веке телескопы изготавливались голландскими учеными, но они имели низкое качество изображения. И только Галилею удалось разработать такую методику шлифовки линз, которая позволила увеличить четко объекты. Он смог получить двадцатикратное увеличение, что было в те времена настоящим прорывом в науке.

Виды телескопов

Существует несколько разновидностей телескопов:

Линзовые телескопы

Одними из первых разработок были линзовые аппараты.

В каждом телескопе есть линза. Это главная деталь любого устройства. Она преломляет лучи света и собирает их в точке, под названием фокус. Именно в ней строится изображение объекта. Чтобы рассмотреть картинку, используют окуляр.

Линза размещается таким образом, чтобы окуляр и фокус совпадали. В современных моделях для удобного наблюдения в телескоп применяют подвижные окуляры. Они помогают настроить резкость изображения.

Все телескопы обладают аберрацией – искажением рассматриваемого объекта. Линзовые телескопы имеют несколько искажений: хроматическую (искажаются красные и синие лучи) и сферическую аберрацию.

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.

Катадиоптрики (зеркально-линзовые)

Линзы и зеркала – составляющие элементы объектива катадиоптрических телескопов. С таким прибором можно не только получать самую четкую картинку ближних и дальних небесных светил, но делать качественные фотографии увиденного объекта.

Плюсы:

- небольшие размеры и транспортабельность;

- передают самое качественное изображение из всех существующих телескопов;

- оснащены апертурой до 400 мм.

Минусы:

- скопление воздуха внутри телескопической трубы.

Сложная конструкция и управление

Основные характеристики:

Увеличение. Фокусное расстояние окуляра и объекта – это кратность увеличения телескопа. Если фокусное расстояние объектива два метра, а у окуляра - пять сантиметров, то такое устройство будет обладать сорокакратным увеличением. Если окуляр заменить, то увеличение будет другим.

Разрешение. Как известно, свету свойственны преломление и дифракция. В идеале любое изображение звезды выглядит как диск с несколькими концентрическими кольцами, называемыми дифракционными. Размеры дисков ограничены только возможностями телескопа.

Телескопы без глаз

Как известно, у каждого человека глаза воспринимают изображение по-разному. Один глаз может видеть больше, а другой – меньше. Чтобы ученые смогли рассмотреть все, что им необходимо увидеть, применяют телескопы без глаз. Эти аппараты передают картинку на экраны мониторов, через которые каждый видит изображение именно таким, какое оно есть, без искажений. Для малых телескопов с этой целью разработаны камеры, подключаемые к аппаратам и снимающие небо.

Современный астрономический телескоп – это не одно устройство, а сразу несколько. Получаемые данные с нескольких аппаратов обрабатываются и выводятся на мониторы в виде изображений. Причем после обработки ученые получают изображения очень высокой четкости. Увидеть глазами в телескоп такие же четкие изображения космоса невозможно.

Радиотелескопы

Астрономы для своих научных разработок используют огромные радиотелескопы. Чаще всего они выглядят как огромные металлические чаши с параболической формой. Антенны собирают получаемый сигнал и обрабатывают получаемую информацию в изображения. Радиотелескопы могут принимать только одну волну сигналов.

Инфракрасные модели

Ярким примером инфракрасного телескопа является аппарат имени Хаббла, хотя он может быть одновременно и оптическим. Во многом конструкция инфракрасных телескопов схожа с конструкцией оптических зеркальных моделей. Тепловые лучи отражаются обычным телескопическим объективом и фокусируются в одной точке, где находится прибор, измеряющий тепло. Полученные тепловые лучи пропускаются через тепловые фильтры. Только после этого происходит фотографирование.

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.

Как выбрать прибор для наблюдения за планетами

При выборе техники следует уделить внимание диаметру трубы – именно апертура (диаметр) определяет все оптические возможности прибора.

Чем она больше, тем большее количество света пропускает объектив и тем больше и качественнее будет конечное изображение и возможность увеличивать объекты.

Обращать внимание следует на:

- линзы или зеркала;

Модели для начинающих астрономов:

Принцип работы телескопов с автонаведением

В ручной пульт встраивается специализированный компьютер, оснащенный кнопками и оборудованный дисплеем (текстовым, графическим). В памяти компьютера имеется база с координатами небесных тел. Пользователь телескопа, выбирая из каталога нужный объект, набирает его название и указывает числовое обозначение.

Система способна быстро вычислять положения светил, движущихся по небу, и моделировать звездное небо, учитывая местоположение наблюдателя и время. Собрав все данные, система подает команды моторам телескопа, которые поворачивают трубы аппарата в нужном направлении. Но нужны подготовительные работы в виде правильной установки оборудования.

После разворота телескопа на другую опорную звезду, надо процедуру повторить. Только после этого аппарат сможет точно навестись на выбираемый объект. Надо отметить, что новейшие телескопы уже способны самостоятельно выполнить привязку, используя встроенные: — Приемник GPS; — Компас; — Фотокамеру.

А вот для наблюдения небесных тел далекого космоса советуем использовать рефлекторы Messier NT-150S (203), предлагаемые «Bresser«. Трубы телескопов монтируются на экваториальную установку (она жесткая), а система обладает контроллером (Autostar 497) автонаведения. Данный контроллер состоит из базы данных, где имеется информация на 30 тысяч небесных объектов. Телескопы можно соединять с ПК.

Как выбрать телескоп?

Прежде чем отправляться в магазин, нужно дать ответ на следующие вопросы:

Какие объекты вы хотите увидеть на небе?

Где вы планируете использовать прибор – дома или на улице?

Хотите ли вы в дальнейшем заниматься астрофотографией?

Сколько вы готовы потратить на свое увлечение?

За какими именно небесными светилами вам хотелось бы наблюдать – ближайшие планеты Солнечной системы или далекие галактики?

И тогда вы сможете выбрать такой телескоп, который будет отвечать все вашим требованиям.

Параметры выбора телескопа

Апертура (диаметр объектива)

Является главным критерием выбора любого телескопа. От апертуры объектива зависит способность зеркала или линзы улавливать свет: чем выше эта характеристика, тем большее количество отраженных лучей попадет в объектив. Благодаря этому вы сможете увидеть качественное изображение и даже уловить слабую видимость самых дальних космических объектов.

При выборе апертуры, исходя из своих целей, ориентируйтесь на следующие цифры:

Чтобы разглядеть четкие детали картинки ближних планет или спутников, достаточно телескопа с диаметром до 150 мм. Для городских условий можно уменьшить этот показатель до 70–90 мм.

Рассмотреть более отдаленные небесные объекты сможет аппарат с апертурой более 200 мм.

Если вы хотите видеть ближние и дальние небесные светила за городом, то можете попробовать самую большую величину оптических линз – до 400 мм.

Фокусное расстояние

Расстояние от небесных тел до точки в окуляре называют фокусным расстоянием. Именно здесь все световые лучи образуют пучок единого свечения. Этот показатель диктует степень увеличения и четкость видимой картинки – чем он выше, тем лучше мы увидим интересующее небесное светило. Чем выше фокус, тем длиннее сам телескоп, поэтому такие габариты могут повлиять на компактности его хранения и транспортировки.

Кратность увеличения

Этот показатель можно определить, поделив фокусное расстояние на характеристику вашего окуляра. Так, если диаметр телескопа 800 мм, а по окуляру оно равно 16, то вы сможете получить 50-кратное оптическое увеличение.

Тип монтировки

Это подставка для телескопа. Ее предназначение – удобство в использовании телескопа.

Любительский и полупрофессиональный комплект состоит из 3 видов таких опор:

Азимутальная – подставка, смещающая аппарат по горизонтали и вертикали. Такой опорой комплектуют рефракторы и катадиоптрики.

Экваториальная – имеет внушительные габариты, но зато отлично находит нужное светило по заданным координатам. Данный вид монтировки подходит для рефлекторов, которые улавливают самые отдаленные галактики.

Система Домсона – нечто среднее между азимутальной подставкой и крепкой экваториальной конструкцией. Очень часто ее добавляют в комплектацию с

Телескоп должен быть таким, чтобы вы смогли самостоятельно его переносить и транспортировать. Телескоп для дома должен быть максимально компактен и удобен в использовании.

Если вы будете перевозить аппарат в машине, то нужно убедиться в том, что размеры трубы разрешают поместить его в салоне или в багажнике.

Заранее выберите место для просмотра небесных объектов. Лучшим вариантом будет место, которое находится за пределами города. Если у вас нет транспорта, то остановитесь на ближайшей смотровой площадке с отсутствием ближайших жилых массивов и других зданий.

Старайтесь наблюдать за небесными светилами как можно чаще. Если каждый день пользоваться телескопом и рассматривать одни и те же объекты, то со временем можно увидеть их новые изменения и перемещения.

Если вашей целью является изучение самых дальних галактик и туманностей, купите рефлектор с диаметром от 250 мм, дополненный азимутальной подставкой.

Любителям астрофотографирования не обойтись без катадиоптрического оптического прибора с мощной апертурой (400 мм) и самой длинной фокусировкой от 1000 мм. Можно добавить к комплекту экваториальную монтировку с автоматическим приводом.

Своему ребенку можно подарить бюджетный и простой в использовании телескоп-рефрактор из детской серии, оснащенный апертурой 70 мм на азимутальной опоре. А дополнительный адаптер поможет сделать эффектные фото Луны и наземных объектов.

Наблюдать за Луной, звездами, планетами, галактиками, интересными туманностями крайне захватывающе и необычайно интересно. Желаем вам новых открытий и долгой службы вашего телескопа!

Оптический телескоп — телескоп, собирающий и фокусирующий электромагнитное излучение оптического диапазона. Его основные задачи увеличить блеск и видимый угловой размер [1] объекта, то есть увеличить количество света, приходящего от небесного тела (оптическое проницание) и дать возможность изучить мелкие детали наблюдаемого объекта (разрешающая способность). Увеличенное изображение изучаемого объекта наблюдается глазом или фотографируется. Основные параметры, которые определяют характеристики телескопа (оптическое разрешение и оптическое проницание) — диаметр (апертура) и фокусное расстояние объектива, а также фокусное расстояние и поле зрения окуляра.

Многие люди не знают, какими бывают оптические телескопы, и потому не могут разобраться, как их выбрать, как анализировать классификации и схемы. Помимо этого, увлекающиеся астрономическими наблюдениями, безусловно, будут рады узнать, для чего предназначены, и кем были изобретены первые телескопы. Полезно для них знать и крупнейшие в мире современные телескопы оптического диапазона.

Общее описание

Оптические телескопы — это специальные устройства, которые собирают и фокусируют электромагнитные лучи видимого диапазона. Они предназначены для увеличения интенсивности блеска и наблюдаемого углового размера астрономических объектов. С точки зрения физики назначением прибора является увеличение количества света, поступающего от небесного тела, или, как говорят специалисты, оптическое проницание.

Непрофессионалам более известна другая цель использования телескопов — изучение мелких деталей небесных тел благодаря повышенной разрешающей способности.

Стоит учесть, что такие аппараты предназначены не только для непосредственного личного наблюдения космоса, но и для фотографирования. Более того, именно у профессионалов основная часть работы как раз состоит в фотосъемке, и только затем изучают полученные системой изображения. Ключевыми характеристиками телескопов выступают:

его фокусное расстояние;

фокус и поле зрения окуляра.

Принцип работы телескопов напрямую связан с их строением. Внутри располагается система линз или зеркал. Приборы с единственным оптическим стеклом уже давным-давно не встречаются. Когда астроном работает со своим телескопом, то меняет параметры окуляра, оставляя объектив неизменным. Это позволяет изменять степень увеличения. В состав устройства входят как собирающие, так и рассеивающие линзы, от правильности подбора и использования которых как раз зависят четкость, точность картинки.

Кем и как были изобретены?

Порой встречается утверждение, что самый первый телескоп был разработан Галилеем. Однако это не так. До сих пор точный разработчик неизвестен, и вряд ли будет когда-то установлен. Довольно распространена точка зрения, что решающий шаг был сделан мастером по изготовлению очков Иоанном Липперсгеем. Но, скорее всего, создание телескопа произошло сразу в нескольких местах, независимо друг от друга, потому что в начале XVII века потребность в нем назрела ощутимо.

Важную роль сыграл Исаак Ньютон, разработавший рефлектор — этот компонент позволил увеличить характеристики трубы и сохранить управляемость.

В XVII-XVIII столетиях широко применялись по-прежнему телескопы-рефракторы. Это во многом связано с дороговизной и сложностью рефлекторов. В середине XIX столетия применили зеркала с посеребренным стеклом. В прошлом веке важной новацией стало преимущественно применение огромных зеркал. Их создание было бы немыслимо без развития мощной промышленной базы.

Классификация

Линзовые

Такой тип принято называть также рефрактором. Употребление нескольких линз вместо одной позволяет ослаблять оптические недостатки каждой по отдельности. Схема подразумевает важность фокусного расстояния, определяющего линейные размеры удаленных объектов в фокальной плоскости. К каждому телескопу добавляют набор окуляров, подходящих для конкретных случаев. Наряду с обычными рефракторами, встречаются еще и те, которые предназначены для фотосъемки (их называют астрографами).

Зеркальные

Этот вид телескопов еще называется рефлектором. Зеркало изготовить проще. Оно имеет вогнутую параболическую конструкцию. Кривизна довольно невелика. На поверхность наносят небольшое количество порошкообразного алюминия.

Использование зеркального устройства позволяет уверенно наблюдать небольшие подробности локальных космических объектов — планет и их спутников, колец. Рефлекторы подходят для изучения туманностей, комет и других протяженных объектов. Но существуют еще и телескопы, с объективом которых связан комплекс зеркал и линз. Именно такие модели бывают наиболее компактны.

Их используют в бытовых целях, однако существенные потери света сильно осложняют работу. Кроме того, качественная зеркально-линзовая система стоит весьма дорого.

Обзор крупнейших телескопов мира

Габарит телескопа определяется размерами его оптических элементов. Самые крупные экземпляры поставлены вполне предсказуемо там, где состояние атмосферы оптимально подходит для наблюдений за космосом. Возглавляет список самых больших в южном полушарии устройств SALT, расположенный в полупустынной местности ЮАР. Одно только главное зеркало имеет величину 11х9,8 м. В практических наблюдениях используется с 2005 года, дополнен особой цифровой камерой и многофункциональным спектрографом.

В число других современных телескопов входит GTC. В отечественной литературе и источниках его часто называют Большим Канарским телескопом. В практике используется с 2007 года. Помимо оптического, он может работать и с инфракрасным диапазоном. Используется целый ряд дополнительных приборов, а величина зеркала составляет 10,4 м.

По крайней мере удается наблюдать звезды до 26-й величины включительно. Спектроскопия также ведется этим устройством весьма неплохо.

Советы по выбору

Уже упомянутые выше рефлекторы делятся на простую и более дорогую подгруппы. Во втором случае предусматривается использование параболического зеркала. При сравнимых расходах рефлектор будет иметь большее сечение объектива, нежели рефрактор. Потому оптическая производительность окажется довольно велика, как и концентрация света. Именно рефлекторную схему рекомендуют для наблюдения различных объектов за пределами Солнечной системы.

Однако телескоп-рефлектор массивнее телескопа-рефрактора. В него придется глядеть под определенным углом, привыкнуть к чему неопытному астроному будет сложно. Катадиоптрики — нечто промежуточное между двумя основными типами. Их не требуется систематически обслуживать.

Однако контрастность изображения невелика, а вот цена, напротив, весьма ощутима.

Впрочем, ограничиваться описанными обстоятельствами едва ли разумно. Сечение объектива, оно же апертура, в первую очередь определяет возможности телескопа. Именно по этому параметру можно судить о способности демонстрировать небольшие детали объектов. Концентрация света гораздо важнее, нежели увеличение. Сделать апертуру больше куда легче, чем использовать более крупное зеркало, а для частных пользователей это решение приятно большей легкостью и компактностью.

В большинстве случаев астрономы-любители останавливают свой выбор на телескопах с апертурой от 70 до 130 мм. Наряду с этим, они должны изучить и фокусное расстояние. Оно прямо логически завязано со светосилой объектива. Чем больше фокусное расстояние, тем лучше оптика увеличивает, но светосила одновременно снижается. Потому почти всегда стремятся к некоторому балансу параметров.

Увеличение в большой степени — не всегда хорошо. И дело не только в том, что оно ухудшает другие параметры телескопа. Нередко из-за этого возрастает чрезмерно чувствительность к вибрациям, восприимчивость к атмосферным искажениям и так далее. По виду установки различают азимутальные и экваториальные телескопы. Первые поворачиваются по двум осям, а вторые только по одной оси, что гораздо практичнее.

Какой бы тип установки ни был, важно проверять, насколько устойчив прибор, не оказывают ли небольшие колебания фатальных воздействий на него.

Если вы уже решили приобрести себе любительский телескоп, вам необходимо знать о том, каким образом он работает, чтобы правильно организовать свои наблюдения. Принцип работы и назначение телескопа, на самом деле, не так сложны, как кажется поначалу, и разобраться в основах оптики способен любой желающий, особенно если он серьёзно интересуется астрономическими приборами.

Главные задачи телескопов

собрать максимальное количество света (или энергии);
увеличить освещённость небесного тела;
создать изображение объекта хорошего качества;
увеличить угловое расстояние между объектом и наблюдателем.

Увеличение тоже имеет определённое значение, но не такое, как размер входного отверстия или объектива.

Как устроен оптический телескоп?

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.

Оптический класс тоже имеет значение!

Как устроен телескоп-рефрактор? Его ещё называют преломляющим телескопом, потому что он собирает свет с помощью крупной и толстой линзы. Линзы у большинства рефракторов состоят из двух элементов, соединённых друг с другом. Такая конструкция получила название ахроматической, то есть, устраняющей либо сокращающей ложные цвета. Они неизбежно возникают в процессе наблюдения и плохо влияют на качество и восприятие получаемой картинки. Именно поэтому существует такое понятие как рефракторы-ахроматы.

Читайте также: