Для чего используется телескоп астрономия
2. Телескопы
Основным прибором, который используется в астрономии для наблюдения небесных тел, приёма и анализа приходящего от них излучения, является телескоп. Слово это происходит от двух греческих слов: tele — далеко и skopéo — смотрю.
Телескоп применяют, во-первых, для того, чтобы собрать как можно больше света, идущего от исследуемого объекта, а во-вторых, чтобы обеспечить возможность изучать его мелкие детали, недоступные невооружённому глазу. Чем более слабые объекты даёт возможность увидеть телескоп, тем больше его проницающая сила. Возможность различать мелкие детали характеризует разрешающую способность телескопа. Обе эти характеристики телескопа зависят от диаметра его объектива.
Количество света, собираемого объективом, возрастает пропорционально его площади (квадрату диаметра) (рис. 1.4). Диаметр зрачка человеческого глаза даже в полной темноте не превышает 8 мм. Объектив телескопа может превышать по диаметру зрачок глаза в десятки и сотни раз. С помощью телескопов и современных приёмников излучения возможно обнаружить звёзды и другие объекты, которые в 100 млн раз слабее объектов, видимых невооружённым глазом.
Чем меньше размер изображения светящейся точки (звезды), которое даёт объектив телескопа, тем лучше его разрешающая способность. Если расстояние между изображениями двух звёзд меньше размера самого изображения, то они сливаются в одно. Вследствие дифракции изображение звезды будет не точкой, а ярким пятном — дифракционным диском, угловой диаметр которого равен
где λ — длина световой волны, a D — диаметр объектива телескопа, 206 265 — число секунд в радиане. У школьного телескопа, диаметр объектива которого составляет 60 мм, теоретическая разрешающая способность будет равна примерно 2″. Напомним, что это превышает разрешающую способность невооружённого глаза (в среднем) в 60 раз. Реальная разрешающая способность телескопа будет меньше, поскольку на качество изображения существенно влияет состояние атмосферы, движение воздуха.
Если в качестве объектива телескопа используется линза, то такой телескоп называется рефрактором (от лат. refracto — преломляю), а если вогнутое зеркало, — то рефлектор (reflecto — отражаю).
Помимо рефракторов и рефлекторов в настоящее время используются различные типы зеркально-линзовых телескопов, один из которых — менисковый — представлен на рисунке 1.5.
У небольших телескопов объективом, как правило, служит двояковыпуклая собирающая линза. Как известно, если предмет находится дальше двойного фокусного расстояния, она даёт его уменьшенное, перевёрнутое и действительное изображение. Это изображение располагается между точками фокуса и двойного фокуса линзы. Расстояния до Луны, планет, а тем более звёзд так велики, что лучи, приходящие от них, можно считать параллельными. Следовательно, изображение объекта будет располагаться в фокальной плоскости.
Построим изображение Луны, которое даёт объектив 1 с фокусным расстоянием F (рис. 1.6). Объектив строит изображение объекта, линейные размеры которого определяются фокусным расстоянием F и угловыми размерами а объекта на небе. Воспользуемся теперь ещё одной линзой — окуляром 2, поместив её от изображения Луны (точка F1) на расстоянии, равном фокусному расстоянию этой линзы — ƒ. Фокусное расстояние окуляра должно быть меньше, чем фокусное расстояние объектива. Построив изображение, которое даёт окуляр, мы убедимся, что он увеличивает угловые размеры Луны: угол β заметно больше угла α.
Если изображение, даваемое объективом, находится вблизи фокальной плоскости окуляра, увеличение, которое обеспечивает телескоп, равно отношению фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра:
Телескоп увеличивает видимые угловые размеры Солнца, Луны, планет и деталей на них, но звёзды из-за их колоссальной удалённости всё равно видны в телескоп как светящиеся точки.
Имея сменные окуляры, можно с одним и тем же объективом получать различное увеличение. Поэтому возможности телескопа в астрономии принято характеризовать не увеличением, а диаметром его объектива. При визуальных астрономических наблюдениях обычно используют увеличения не более 100 раз. Применять большие увеличения мешает атмосфера Земли. Движение воздуха, незаметное невооружённым глазом (или при малых увеличениях), приводит к тому, что мелкие детали изображения становятся нерезкими, размытыми. Это мешает и современным наблюдениям с фотоэлектронными приёмниками света. Поэтому астрономические обсерватории, на которых используются крупные телескопы, размещаются в районах с хорошим астроклиматом: большим количеством ясных дней и ночей, с высокой прозрачностью и стабильностью атмосферы, на высоте нескольких километров над уровнем моря.
Современный телескоп представляет собой сложное устройство, которое имеет предельно точную оптику малых и больших размеров, наилучшие из существующих приёмники излучения и обширный комплекс научной и обслуживающей аппаратуры. Все наиболее крупные современные телескопы — это телескопы-рефлекторы.
Крупнейший в России телескоп-рефлектор (рис. 1.7) имеет зеркало диаметром 6 м, отшлифованное с точностью до долей микрометра. Фокусное расстояние зеркала 24 м. Его масса около 40 т. Масса всей установки телескопа более 850 т, а высота 42 м. Управление телескопом осуществляется с помощью компьютера, который позволяет точно навести телескоп на изучаемый объект и длительное время удерживать его в поле зрения, плавно поворачивая телескоп вслед за вращением Земли. Телескоп входит в состав Специальной астрофизической обсерватории Российской академии наук и установлен на Северном Кавказе (близ станицы Зеленчуке кая в Кабардино-Балкарии) на высоте 2100 м над уровнем моря.
Телескопы
Урок 3. Астрономия 11 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Телескопы»
На протяжении тысячелетий астрономы изучали положения небесных объектов на звёздном небе и их взаимное перемещение с течением времени. Конечно же древним астрономам приходилось очень нелегко, так как они имели возможность наблюдать за звёздным небом лишь невооружённым глазом. И в основном благодаря лишь своей железной логике, силе мысли и математическому расчёту Николай Коперник сделал свои гениальные открытия.
Настоящий переворот в астрономии произошёл в 1608 году, после того как голландский мастер по изготовлению очков Иоанн Липперсгей обнаружил, что две линзы, расположенные на одной прямой, могут увеличивать предметы. Так была изобретена зрительная труба.
Этой идеей сразу же воспользовался Галилей. В 1609 году он сконструировал свою первую зрительную трубу с трёхкратным увеличением и направил её в небо. Так зрительная труба превратилась в телескоп.
Кстати, название «телескоп» происходит от двух греческих слов: «теле» — далеко, и «скопео» — смотреть. Оно было предложено в 1611 году греческим математиком Иоаннисом Димисианосом для одной из зрительных труб Галилея.
Телескопы применяют для того, чтобы собрать как можно больше света, идущего от изучаемого объекта, и чтобы получить возможность изучать его мелкие детали, которые недоступны невооружённому глазу. Чем более слабые объекты даёт возможность увидеть телескоп, тем больше его проницающая сила. А возможность различать мелкие детали характеризует разрешающую способность телескопа. Обе эти характеристики телескопа зависят от диаметра его объектива.
Разрешающая способность телескопа — это наименьший угол между такими двумя близкими звёздами, когда они уже видны как две, а не сливаются зрительно в одну.
Проще говоря, чем меньше размер изображения светящейся точки (в нашем случае, звезды), которое даёт телескоп, тем больше его разрешающая способность.
Разрешающая способность телескопа для видимого света определяется по формуле:
где «D» — это диаметр объектива в миллиметрах, а «α» — угловое разрешение в угловых секундах.
Конечно же, таким образом мы находим разрешающую способность идеального телескопа для идеальных условий наблюдения. В реальности разрешающая способность будет гораздо меньше, так как на качество изображения будут существенно влиять состояние атмосферы и движение воздуха.
Вам конечно же известно, что любой оптический телескоп состоит из объектива и окуляра. Так вот, если в качестве объектива телескопа использовать линзу, то телескоп будет называть рефра́ктором (от латинского слова «преломляю»). Если же в качестве объектива используется вогнутое зеркало, то это телескоп называется рефле́ктором (от латинского «отражаю»).
Помимо рефлекторов и рефракторов в настоящее время широкое применение нашли различные типы зеркально-линзовых телескопов.
У небольших и самых простых телескопов объективом, как правило, выступает двояковыпуклая собирающая линза. Из курса физики вам известно, что если предмет находится за двойным фокусом линзы, то она даёт его уменьшенное, действительное и перевёрнутое изображение. Так как расстояния до небесных тел очень велики, то лучи света, идущие от них, можно считать параллельными. В этом случае изображение небесного объекта будет располагаться в фокальной плоскости объектива.
Из построения видно, что угловых размеров наблюдаемого объекта объектив телескопа не изменяет. Поэтому, чтобы получить увеличенное изображение, мы должны воспользоваться окуляром — ещё одно линзой (собирающей или рассеивающей). При этом фокусное расстояние окуляра должно быть меньше, чем фокусное расстояние объектива. Если расположить окуляр так, чтобы изображение предмета, даваемое объективом телескопа, находилось в его главном фокусе и провести необходимые построения, то мы убедимся, что он увеличивает угловые размеры наблюдаемого объекта. Это увеличение мы можем легко рассчитать, как отношение фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра.
Конечно же первые телескопы были размером с небольшую подзорную трубу, увеличивали в несколько десятков раз и не отличались высоким качеством изображения. Однако вскоре было обнаружено, что количество света, собираемого объективом телескопа, возрастает пропорционально его площади. Поэтому со временем размеры и мощности этих приборов увеличивались. Так в 1845 году британский астроном Уильям Парсонс построил в своём графском замке телескоп «Левиафан». Масса этого аппарата составляла более 150 тонн, длина трубы — 17 метров, а зеркало имело диаметр 183 сантиметра.
В наше время изготавливаются ещё более крупные оптические телескопы. Так, например, крупнейшим телескопом в Евразии является «Большой телескоп азимутальный» (сокращённо БТА). Располагается он в научно-исследовательском институте Российской академии наук, расположенном на Северном Кавказе у подножия горы Пастухова в Зеленчукском районе Карачаево-Черкесской Республики. Его главное монолитное зеркало имеет диаметр 605 сантиметров. Этот телескоп считался крупнейшим в мире почти 18 лет.
В настоящее время самым крупным оптическим телескопом считает Большой южноафриканский телескоп, открытый в 2005 году. Находится он в Южноафриканской астрономической обсерватории, расположенной вблизи города Сатерленд в полупустынном регионе Кару Южно-Африканской Республики. Главное зеркало этого телескопа имеет размеры 11 м х 9,8 м и состоит из 91 одинакового шестиугольника со стороной 1 метр.
Примечательно, что изготовлением сегментов главного зеркала и их первичной обработкой занималось приборостроительное предприятие, расположенное в городе Лыткарино Московской области. А калибровка зеркала происходила при участии специалистов Всероссийского научно-исследовательского института метрологии имени Дмитрия Ивановича Менделеева.
Но и это не предел. В 2015 году произошла церемония закладки первого камня будущего Европейского чрезвычайно большого телескопа. Его главным инструментом станет сегментное зеркало диаметром в 39,3 метра.
Конечно же астрономы уже давно не ведут визуальных наблюдений. В середине XIX века им на смену пришла фотография. В настоящее же время фотографию заменили электронные приёмники света. Наибольшее распространение получили полупроводниковые приборы с зарядовой связью, сокращённо ПЗС. Матрицы ПЗС, которые применяются в современных цифровых фотоаппаратах, по своему устройству аналогичны тем, которые используются в астрономии. Важнейшим их качеством является высокая чувствительность: они способны реагировать практически на каждый попавший на них фотон. Особенно ПЗС незаменимы для тех телескопов, которые работают в автоматическом режиме. В частности, это касается знаменитого телескопа «Хаббл», который обращается вокруг земли на расстоянии примерно в 560 километров от её поверхности. Благодаря отсутствию влияния атмосферы разрешающая способность телескопа составляет всего 0,1’’, что почти в 7—10 раз больше, чем у аналогичного телескопа, расположенного на Земле. За 15 лет работы телескопа на Землю было передано свыше 1 миллиона 22 тысяч высококачественных изображений различных космических объектов. В их числе изображения самых далёких галактик, расположенных более чем в 13 миллиардах световых лет.
Сейчас мы называем астрономию всеволновой, так как наблюдения за космическими объектами ведутся во всех диапазонах электромагнитных волн, а не только в его видимой части спектра. Однако лишь радиоволны могут достичь поверхности Земли без значительного поглощения. Поэтому телескопы, предназначенные для изучения остального спектра волн, устанавливаются на орбитальных станциях и космических кораблях.
Для приёма же радиоизлучения от различных космических объектов используются земные радиотелескопы. Антенны радиотелескопов, чаще всего, представляют собой параболические отражатели, подобные зеркалам обычных оптических рефлекторов. Но собирают они не свет, а радиоволны. Радиотелескопы принято разделять на телескопы с заполненной и незаполненной апертурой.
Антенны с заполненной апертурой похожи на зеркала оптических телескопов и являются наиболее простыми и привычными в использовании. Самым крупным наземным радиотелескопом с заполненной апертурой является телескоп «Фаст» — «Сферический радиотелескоп с пятисотметровой апертурой», расположенный на юге Китая в провинции Гуйчжоу. Его строительство было завершено 25 сентября 2016 года.
Но возможности радиотелескопов существенно возрастают, если их антенны объединить в одну систему и использовать для изучения одного и того же объекта. Такие антенны получили название антенн с незаполненной апертурой. Например, система, которая состоит из 27) антенн диаметром 25 метров каждая, расположенных в определённом порядке, позволяет достичь углового разрешения в 0,04″. А это соответствует возможностям радиотелескопа с антенной, диаметром 35 километров.
Крупнейший наземный радиотелескоп с открытой апертурой — РАТАН-600 — располагается в Специальной астрофизической обсерватории Российской академии наук.
18 июля 2011 года был реализован масштабный международный проект с ведущим российским участием «Радиоастрон». На основе выведенного на околоземную орбиту радиотелескопа «Спектр-Р» (диаметр антенны — 10 метров) и радиотелескопов, расположенных на всех континентах земного шара, создаётся единая наземно-космическая система для изучения различных объектов Вселенной в радиодиапазоне. Двигаясь по вытянутой эллиптической орбите, «Спектр-Р» может удаляться от Земли на расстояние до 350 тысяч километров. Таким образом, создаваемая система по своим возможностям соответствует радиотелескопу с антенной такого колоссального размера.
Реализация проекта «Радиоастрон» позволило начать изучение таких явлений и процессов, как нейтронные звезды и сверхмассивные черные дыры, строение и динамику областей звёздообразования в нашей Галактике, а также проблемы, связанные с эволюцией Вселенной.
Оптический прибор для изучения космоса: для чего нужен телескоп
В 17 веке изобрели такой прибор, как телескоп. Для чего нужен он? Благодаря ему стало возможным наблюдение за движением планет, формированием галактик и изучением таинственного космоса. Вид через телескоп открывается невероятный вид, и доступен он любому, интересующемуся астрономией, человеку….
Принцип работы прибора
Что такое телескоп? Это инструмент, с помощью которого можно наблюдать за удаленным предметом, благодаря определенным линзам и электромагнитному излучению самого предмета. Во сколько раз увеличивает подобная техника?
Все зависит от модели: самый простые детские телескопы в 10 раз, а самый мощный Хаббл – более чем в 1000 раз.
Работает телескоп за счет преломления света и набора правильно подобранных линз. Все дело в возможности оптики собирать свет, причем чем больше ее линза, тем больше света она собирает и, соответственно, лучше передает изображение.
Отсюда следует вывод, что именно свет, а точнее его количество, играет роль в качестве конечного изображения и его детализации. За сбор света отвечает диафрагма – пластина с отверстием, через которое проходят световые лучи, поэтому при покупке оптики следует большое внимание уделить именно этой детали.
Важные параметры
Помимо диафрагмы, есть и другие, не менее важные детали. К ним относятся:
При покупке прибора следует внимательно ознакомится с этими деталями, чтобы выбрать лучший вариант для поставленной цели.
Как и любая оптика, телескопы бывают:
Виды телескопов
Профессионально-научные подразделяются на:
Кроме этого, их делят и по оптическому классу:
Некоторые приборы в космосе нужны, чтобы делать более качественные снимки. Они сгруппированы по частотам излучения:
Обратите внимание! Определенные оптический прибор улавливает излучение и на его основании строит картинку, которую передает в обсерватории. На Земле самыми популярными приборами являются рефлекторная техника, которая используется и любителями, и профессионалами.
Что видно
Оптические приборы необходимы для изучения космоса. Наиболее удобен для этого телескоп, ведь в него достаточно четко можно рассмотреть:
Телескоп и звездное небо
Планеты Солнечной системы, доступные к изучению:
Важно! Никогда не следует пытаться посмотреть на Солнце с помощью телескопа. Это приведет к необратимому повреждению глаз и ущербу техники.
Что еще можно увидеть в телескоп:
Наблюдение за звездным небом – это увлекательное занятие, которое не только развивает, но и дает представление о всей Вселенной. А чтобы увиденное можно было понять, следует использовать в этих занятиях специальную звездную карту.
Как выбрать прибор для наблюдения за планетами
Из-за обилия оптических приборов на рынке достаточно трудно определится, какую же именно технику выбрать для наблюдения планет. Чтобы упростить этот процесс, следует уделить внимание диаметру трубы – именно апертура (диаметр) определяет все оптические возможности прибора.
Чем она больше, тем большее количество света пропускает объектив и, соответственно, тем больше и качественнее будет конечное изображение и возможность увеличивать объекты.
Чтобы вычислить максимальное увеличение, следует пользоваться формулой: 2х D, где D – это диаметральные миллиметры. Также следует исходить из конечной цели, будет ли техника использоваться для наблюдения за природой или за космосом? Каков уровень астронома? Исходя из ответов следует и выбирать. Обращать внимание следует на:
Самый важный параметр из всех – это апертура. Что это? Это диаметр объектива. Для чего нужен правильный его размер? Исходя из него можно будет просто смотреть на далекие пятна, или в подробностях изучать небесное тело. Эти модели следует выбрать для начинающих астрономов:
Что лучше подойдет ребенку
Есть ли отличия между взрослой и детской техникой для наблюдения за небом? Конечно, и главное из них – это увеличение. Детские экземпляры никогда не будет увеличивать картинку так же, как и самый дешевый и простой взрослый. Но преимущества детских вариантов в их размерах – они вся достаточно компактны и легко транспортируются. Сквозь такие линзы можно рассмотреть:
Нужен ли телескоп ребенку?
Безусловно, если он проявляет интерес к науке и астрономии.
Несмотря на маленькое изображение, ребенок сможет увидеть почти все небесные тела, что не только удовлетворит его интерес, но и побудит его учиться и познавать мир.
Поэтому к выбору следует подойти внимательно и обратить на некоторые характеристики покупаемой техники:
Какие модели идеально подойдут малышу? Можно выбрать:
Какой телескоп выбрать для ребенка? Лучше всего взять рефрактор в моделях специально для детей. Он прост в управлении и не требует настроек.
Совет! Существуют приборы с системой автонаведения, которые могут искать объекты на небосклоне самостоятельно по заданным параметрам.
Для фотографии
Как фотографировать через подобную оптику? Для этого нужны телескоп и любой фотоаппарат. Снимки можно делать даже с помощью самой простой модели и мобильного телефона. Например, окулярная проекция получается путем съемки даже на телефон сквозь окуляр. Для более качественных снимков потребуется уже фотоаппарат, у которого можно снять объектив, и тренога, которую следует использовать, чтобы избежать тряски рук. Фотографии также делаются через настроенный окуляр, причем лучше всего снимать в ясную погоду для получения четкой и качественной картинки.
Зачем нужны телескопы, их функции
Что можно увидеть в телескоп
Вывод
Умение видеть не приходит сразу. Опытные астрономы проводят за телескопами много часов прежде чем начинают самостоятельно различать мелкие объекты или отдаленные звезды. Этот талант развивается так же, как и любой другой, поэтому следует запастись терпением и регулярно практиковаться.