Рефлекторы ход лучей кратко

Обновлено: 04.07.2024

Рефлектором (или зеркальным телескопом) называют оптический телескоп, который собирает световой пучок с помощью зеркала. В подобных телескопах зеркало представляет собой вогнутую пластину, передняя поверхность которой покрыта отражающим материалом. Пластина может быть сферической или параболической формы. Последняя используется для больших телескопов, чтобы избежать потери контрастности изображения (так как если использовать в больших телескопах зеркала сферической формы, свет не будет в итоге сходиться в одной точке) Самый первый рефлектор был создан Исааком Ньютоном в 17 веке, сегодня система ньютоновского рефлектора является наиболее популярной среди современных телескопов. Однако существуют и другие оптические системы зеркальных телескопов, которые будут рассмотрены ниже.

Телескоп Ньютона. Телескоп Ньютона является самым простым по своему строению. Плоское диагональное зеркало располагается вблизи фокуса под углом 45 градусов. Оно отклоняет пучок свет вверх. В зависимости от размера относительного отверстия главное зеркало может быть параболической или сферической формы. Изображение в телескопе Ньютона перевернутое.

Телескоп Грегори. Телескоп Грегори отличается от телескопа Ньютона тем, что эллиптическое зеркало, отражающее световой луч в окуляр (который расположен в центральном отверстии главного зеркала), находится за фокусом главного зеркала. Это обеспечивает прямое изображение.

Телескоп Кассегрена. Телескоп Кассегрена по своему строению напоминает телескоп Грегори, однако здесь вторичное выпуклое зеркало расположено вблизи фокуса главного вогнутого зеркала (а не за его фокусом), а полное фокусное расстояние объектива больше, чем у главного. Это обеспечивает меньшую длину трубы телескопа по сравнению с телескопом Грегори, а также меньшее экранирование.

Отдельно стоит отметить модернизированную версию телескопа Кассегрена – система Ричи-Кретьена, которая отличается тем, что в его строение входит вогнутое гиперболическое главное зеркало и выпуклое гиперболическое вторичное зеркало. В данном телескопе исправлены сферические аберрации и кома.

Брахиты. В данном телескопе вторичное зеркало находится за пределами пучка, падающего на главное зеркало. Зеркала имеют форму внеосевых параболоидов гиперболоидов. Астигматизм при такой конструкции может компенсироваться наклоном вторичного зеркала. Особенностью подобного телескопа является то, что пучок света не экранируется, что обеспечивает изображению хорошую резкость и контрастность.

Телескоп Мерсенна. Отличительной чертой телескопа является то, что в нем фокусы главного и вторичного зеркал совмещены. Зеркала вогнутые параболические. При попадании пучка света на главное зеркало, он сходится к его фокусу, а потом перехватывается вторичным зеркалом, которое установлено за фокусом. Вторичное зеркало направляет пучок света в центральное отверстие в главном зеркале.

И еще одна разновидность рефлектора – телескоп Несмита, который по своей сути является модификацией телескопа Кассегрена. В данном телескопе установлено дополнительное плоское зеркало между главным и вторичным зеркалами. Данное зеркало отражает пучок света к стенке трубы, тем самым устраняя необходимость отверстия в основном зеркале.

Автор статьи:
Галетич Юлия
Дата публикации: 17.12.2010
Перепечатка без активной ссылки запрещена

Хотя в наше время используют главным образом гигантские астрономические инструменты, небольшие любительские телескопы и теперь позволяют получить немало полезных сведений.

Существуют две основные системы телескопов: линзовые (рефракторы) и зеркальные (рефлекторы).

Простейший телескоп-рефрактор состоит из объектива, представляющего собой двояковыпуклую линзу, и двояковыпуклого окуляра. Объектив собирает лучи, идущие от источника света, в точку, которая носит название фокус. В фокусе создается действительное изображение рассматриваемого объекта. Это изображение увеличивается с помощью окуляра.

Ход лучей в телескопе-рефракторе.

Телескоп позволяет решать две задачи. Первая заключается в том, чтобы с помощью объектива собрать свет далеких небесных тел. Чем больше площадь объектива, тем большее количество света он собирает.

Вторая задача - получить увеличенное изображение изучаемого объекта. Что это значит? В фокусе телескопа создается изображение светила, которое, разумеется, во много раз меньше самого светила. Но так как это изображение находится близко от наблюдателя, его можно рассматривать в окуляр под значительно большим углом, чем само светило невооруженным глазом.

Таким образом, увеличение телескопа - это отношение угла, под которым видно изображение объекта в окуляр, к углу, под которым этот объект можно было бы наблюдать невооруженным глазом. Чтобы вычислить увеличение, надо знать фокусные расстояния объектива и окуляра. Увеличение равно отношению фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра.

Используя различные окуляры, можно получать разные увеличения. При этом с ростом увеличения будет уменьшаться поле зрения телескопа. При 300-кратном увеличении на Луне можно различить значительно больше деталей, чем при 30-кратном. Однако в первом случае в поле зрения телескопа поместится гораздо меньший участок лунной поверхности.

Если наблюдаемый объект обладает заметными угловыми размерами (Солнце, Луна, планеты, кометы, туманности, галактики), то телескоп построит его протяженное изображение, позволяющее обнаружить такие детали, которые недоступны невооруженному глазу.

При наблюдениях звезд дело обстоит иначе. Даже ближайшие звезды столь далеки от нас, что при наблюдении в самые крупные телескопы, как уже было упомянуто выше, остаются точками. Таким образом, телескопы не увеличивают видимые размеры звезд, зато они во много раз повышают их видимый блеск.

В то же время, поскольку собственные размеры звезд весьма малы по сравнению с межзвездными расстояниями, телескоп увеличивает видимые расстояния между звездами, как бы отодвигая их друг от друга. Благодаря этому в ряде случаев с помощью телескопа удается раздельно наблюдать такие звезды, которые невооруженному глазу кажутся одиночными.

Линзовые объективы, применяемые в современных телескопах-рефракторах, представляют собой весьма сложные оптические системы. Дело в том, что простая двояковыпуклая линза обладает серьезными недостатками. Во-первых, световые лучи от небесного светила, которые проходят через нее, собираются не совсем в одной точке. Это так называемая сферическая аберрация. Из-за сферической аберрации нельзя получить протяженное изображение наблюдаемого объекта, одинаково резкое как в центре, так и на краях поля зрения. Если с помощью наводки добиться резкой видимости в центре, станут размытыми края; наоборот, если сделать резкими края - изображение в центре станет нечетким.

Второй недостаток - хроматическая аберрация. Она возникает вследствие того, что свет, излучаемый космическими источниками, состоит из различных цветных лучей, которые, проходя через объектив, преломляются неодинаково и собираются в разных точках оптической оси телескопа. Иными словами, у лучей каждого цвета образуется свой собственный фокус. В результате изображение наблюдаемого точечного объекта, например звезды, сильно искажается. Для борьбы с аберрациями линзовые объективы приходится делать составными, их изготовление требует колоссальной точности и связано с огромными трудностями.

Поэтому не случайно в современной астрономии наибольшее распространение получили телескопы, в которых роль объектива выполняет вогнутое зеркало. Первый такой телескоп был сконструирован и построен Исааком Ньютоном в 1668 году.

У телескопа-рефлектора фокус находится на пути падающих лучей, то есть между объективом и наблюдаемым объектом. И для того чтобы рассматривать изображение, создаваемое объективом, приходится между основным зеркалом и его фокусом помещать дополнительное зеркало, которое отклоняет отраженные объективом лучи и выводит полученное изображение либо в сторону, либо через отверстие в центре главного зеркала. В некоторых очень больших телескопах, например в шестиметровом, кабина наблюдателя располагается непосредственно внутри трубы.

Ход лучей в телескопе-рефлекторе (одна из возможных систем).

Телескопы-рефлекторы свободны от хроматической аберрации, так как при отражении от поверхности зеркала не происходит разложения света. Чтобы ликвидировать сферическую аберрацию, зеркалу-объективу придают так называемую параболическую форму. Параболическая поверхность обладает замечательным свойством - она сводит все лучи, падающие на нее параллельно оптической оси, в одну точку.

Расстояние от центра объектива до главного фокуса - точки пересечения параллельного пучка лучей, прошедших через линзовый объектив или отраженных зеркалом, называется главным фокусным расстоянием телескопа. А отношение диаметра объектива к его главному фокусному расстоянию - относительным отверстием объектива. У фотографических камер относительное отверстие обычно называют светосилой. Объективы со светосилой от 1:2 до 1:6 считаются светосильными, с их помощью можно фотографировать слабосветящиеся протяженные космические объекты - кометы, туманности, звездные поля. Светосила обычного среднего телескопа-рефрактора составляет около 1:15.

Возможности телескопа находятся в прямой зависимости от диаметра его объектива. Чем больше площадь объектива, тем более слабые звезды можно наблюдать с помощью данного телескопа. Так, телескоп с объективом, имеющим диаметр 80 мм, позволяет видеть звезды вплоть до 11-й звездной величины, а телескоп с диаметром объектива 760 мм - до 16,2 звездной величины.

Телескопы-рефлекторы чаще всего используются для наблюдений объектов Глубокого Космоса - туманностей и галактик. Астрономы-любители любят рефлекторы за невысокую цену при хорошей светосиле.
В телескопах рефлекторах свет собирается при помощи изогнутого главного зеркала и перенаправляется в окуляр при помощи вторичного диагонального зеркала, которое вынесено вперёд главного.
Имеет открытую трубу, в которую попадает пыль, но за счёт этого быстрее остывает при выносе на улицу.
Имея хорошую светосилу, хорошо подходит для наблюдения за тусклыми объектами.
Имеет самую низкую цену за милиметр апертуры.

На приведённой слева фотографии (можно увеличить) видно крепление вторичного зеркала на четырёх растяжках внутри трубы. В данном случае труба телескопа крепится на экваториальной монтировке. Видны два тросика с ручками плавного наведения и противовес. У верхнего конца трубы виден окуляр - то есть для рефлекторов вам не придётся докупать диагональные призмы для наблюдений высоко расположенных объектов.

Оптическая схема рефлекторного телескопа системы Ньютона:

Достоинства телескопов рефлекторов

В телескопах-рефлекторах почти нет хроматизма, поскольку линзы отсутствуют (поскольку, линзы всё равно есть в окуляре, то теоретически небольшой хроматизм может быть).
Лучше выбирать модели, в которых главное зеркало имеет параболическую форму, поскольку сферические зеркала привносят ещё и сферические искажения (чем больше диаметр сферического зеркала, тем это искажение будет сильнее).
Кстати, если посмотрите на схему, то увидите, что окуляр у "ньютона" расположен сбоку, поэтому смотреть объекты ближе к зениту можно без дополнительной призмы перед окуляром, которая нужна в телескопах-рефракторах.
Если посмотрите на цены, то увидите, что за те же деньги можно взять рефлектор с гораздо большей апертурой, чем у рефрактора. Поэтому рефлекторы системы Ньютона так популярны среди любителей.

Недостатки телескопов рефлекторов

Телескопы-рефлекторы имеют и недостатки.
Временами рефлекторы нужно "юстировать", особенно после переездов с места на место. Тряска нарушает взаимное расположение зеркал и нужно подкручивать настроечные винты. Это не так сложно, просто об этом надо помнить.
Кроме того, алюминиевое покрытие зеркал с годами может стареть, зеркала по-определению не любят перепады температур. У линзовых рефракторов этого недостатка нет.
В рефлекторах сильно проявляется искажение под названием "кома", - чем дальше от центра, тем сильнее изображение "смазывается", у звёзд появляются "хвосты". Чем короче фокус объектива, тем "кома" сильнее. Но, не унывайте - существуют корректоры комы (недешёвая штука. ). Вообще, кома видна ближе к краям, а в центре она не мешает.
Как уже было упомянуто выше, в рефлекторах центральное зеркало частично закрыто вторичным зеркалом, что снижает светосилу объектива. То есть 100мм рефлектор немного слабее 100мм. рефрактора по светосиле.
Вторичное зеркало держится на растяжках, которые расположены на пути хода лучей к главному зеркалу - возникают дополнительные искажения. Например, от ярких звёзд отходят "четыре луча" - по этому признаку легко узнать фотографии, которые сделаны через телескоп-рефлектор.
Размер у классических "ньютонов" великоват.
Рефлекторы дёшевы, но имеют ряд оптических искажений, многие из которых убраны в разных конструкциях катадиоптрический телескопов - это гибриды зеркальной и линзовой конструкций телескопов.

Говоря о рефлекторах, то есть о телескопах с зеркальным объективом, в подавляющем большинстве случаев имеют ввиду именно рефлектор Ньютона, схема которого приведена выше.
Другие системы чисто зеркальных телескопов встречаются крайне редко.
Например, это брахиты, у которых вторичное зеркало установлено не на оси главного зеркала, а вынесено в сторону. За счёт этого, в брахитах нет злосчастного центрального экранирования, которое снижает чёткость изображения (проницаемость) и светосилу телескопа. К сожалению, брахиты приемлемой апертуры в промышленных масштабах видимо не выпускают.

Рефлектором принято называть любое приспособление, основной функцией которого является отражение. Таким образом, телескоп-рефлектор создан с использованием этого оптического явления. Вместо линзы в объективе прибора располагается вогнутое зеркало, отражающее и направляющее световые лучи в окуляр для наблюдения или фотографирования изображения. Рассмотрим основные отличительные характеристики телескопа-рефлектора.

Что это такое?

Отличить рефлекторный телескоп от рефракторного довольно просто, даже не имея опыта в астрономии. Схема второго довольно проста. Это труба, диаметр которой зависит от диаметра линз объектива, находящегося на том конце, что обращен к наблюдаемому объекту. На другом конце трубы расположен окуляр – линза меньшего диаметра, через которую и осуществляется наблюдение. Дина трубы такого прибора определяется фокусным расстоянием объектива и прочностью материала, из которого она может быть изготовлена.

Это, пожалуй, главное противоречие рефракторов, ограничивающее их возможности. Создание прибора большой мощности невозможно, ввиду колоссального утяжеления конструкции.

Телескоп с вогнутым зеркалом выглядит иначе, так как у него совсем иные принцип работы и устройство. На конце трубы, обращенном к небу, у такого прибора, вообще, может ничего не быть, так как зеркало закрепляется с другого конца. А вот окуляр, как правило, оказывается сбоку в верхней части трубы. Ход лучей в отличие от рефрактора в той или иной степени перекрывается расположенной по центральной оси трубы призмой или плоским зеркалом, в которых собирается свет, чтобы быть отраженным в окуляр. Строение рефлектора не требует обязательного использования трубы, а потому лишено тех ограничений, что возникают у рефракторов. Все современные большие телескопы, в том числе и космические, устроены по такой схеме: труба в них заменена облегченной сетчатой конструкцией, назначение которой – удерживать все элементы оптической системы.

Оптические характеристики зеркального телескопа, как и его линзового собрата, определяются исходя из возможностей объектива. В первом случае вогнутого зеркала, во втором – линзы.

Астрономы-любители с успехом используют обе разновидности телескопов, и та и другая имеет свои достоинства и недостатки, вызванные в одном случае преломлением светового потока, проходящего через линзу, в другом – его отражением от поверхности, которая может иметь различную кривизну. Для наблюдений, связанных с поездками и перемещением прибора, лучше использовать рефрактор, его конструкция прочнее. Перевозка рефлектора нежелательна, так как может вызвать смещение элементов конструкции относительно осевой линии, после чего потребуется регулировка их положения с помощью винтов – юстировка. Такой телескоп можно разместить в самодеятельной обсерватории.

Дело не в увеличении?

Итак, суть функций телескопа заключается не в том, во сколько раз он увеличивает, а в том, какое количество света он может собрать. Чем больше света соберёт линза или зеркало, тем чётче будет нужная нам картинка.

Для создания хорошего изображения оптическая система телескопа концентрирует световые лучи в одной точке. Она называется фокусом. Если свет не будет сфокусирован в ней, мы получим размытую картинку.

Какими бывают телескопы?

Как устроен телескоп? Различают несколько основных их видов:

рефракторы. В конструкции рефрактора используют только линзы. Его работа основана на преломлении световых лучей;
рефлекторы. Они полностью состоят из зеркал, при этом, схема телескопа выглядит так: объектив — это главное зеркало, а есть ещё и вторичное;
катадиоптрики или смешанного типа. Они состоят как из линз, так и из зеркал.

Как работают рефракторы

Объектив любого рефрактора выглядит в виде двояковыпуклой линзы. Её задача — сбор световых лучей и концентрация их в одной точке (фокусировка). Увеличение исходного изображения мы получаем через окуляр. Линзы, которые используют в современных моделях телескопов, являются сложными оптическими системами. Если ограничиться применением только одной крупной линзой, выпуклой с двух сторон, это чревато сильными погрешностями получаемого изображения.

Во-первых, изначально лучи света не могут чётко собраться в одну точку. Такое явление получило название сферической аберрации, в результате которой невозможно получение картинки с одинаковой резкостью на всех её участках. При использовании наведения можно увеличить резкость в центре изображения, но мы получим размытые края — и наоборот.

Принцип работы рефлекторов

Именно главное зеркало, имеющее форму параболы, обладает уникальным свойством чётко сводить все световые лучи в один фокус.

Зеркально-линзовые телескопы

Читайте также: