Для чего используют телескоп астрономия 11
Для чего используется телескоп в астрономии: пояснения и примеры
Содержание:
В самом начале кратко расскажем, что такое телескоп. В узком смысле телескопом принято называть оптический прибор, который применяется для наблюдения за объектами, расположенными на значительном расстоянии от наблюдателя. Такое определение является не до конца точным, так как телескоп необязательно должен быть оптическим. Более точно – это прибор, работа которого основана на сборе электромагнитных волн. Видимый свет является их разновидностью. Если рассматривать весь спектр электромагнитного излучения, то следует отметить, что кроме оптических существуют:
История появления и развития
Первым, кто стал наблюдать небесные тела через подзорную трубу, стал итальянец Галилео Галилей в 1609 году. Его оптический прибор давал лишь трехкратное увеличение. С его помощью он впервые в истории человечества смог рассмотреть лунные кратеры, спутники Юпитера и неизвестные на то время звезды из Млечного пути.
Знаменитый физик И. Ньютон прославился тем, что в 1668 году построил первый телескоп, в котором вместо выпуклой линзы использовалось выпуклое зеркало. Такая схема позволила добиться существенного улучшения качества изображения при 40-кратном увеличении.
Первые фотографии, сделанные с использованием телескопа, появились еще в позапрошлом веке, тогда же английскому ученому У. Хаггинсу впервые удалось объединить в одно устройство телескоп и спектроскоп. Так стали возможными исследования спектра звездных излучений.
На сегодняшний день наибольшее распространение получили телескопы с зеркальной системой. Их конструкции непрерывно совершенствуются. Самый большой в мире астрономический телескоп, установленный на Канарских островах, имеет зеркало диаметром 10,4 м.
Для чего используют телескопы при астрономических наблюдениях
В наши дни телескопы находятся уже не только на земной поверхности. Так в 1990 году учеными из Европы и Америки был создан космический телескоп «Хаббл». Для чего используется космический телескоп в астрономии? По сути дела, он представляет собой целую обсерваторию, которая находится на околоземной орбите и позволяет вести наблюдение в ультрафиолетовой и инфракрасной частях спектра. Его длина превышает 13 м, а диаметр вместе с солнечными батареями составляет 7,1 м. Благодаря «Хабблу» удалось сделать целый класс новых открытий, а также впервые в истории сфотографировать планету, которая расположена за пределами солнечной системы.
Астрономия представляет собой науку, которая формирует общефизическое мировоззрение о строении, развитии и будущем не только нашей планеты, но и космоса в целом. Поэтому урок астрономии призван дать человеку необходимые знания не только для того, чтобы выполнить домашнее задание и сдать тест, но и стать толчком для развития самопознания окружающего материального мира, формирования философского отношения к научным дисциплинам в школьной программе.
Телескопы в астрономии
Общие исторические сведения
На сегодняшний день существует несколько типов телескопов, различающихся принципом действия:
К телескопам также относятся нейтринные детекторы и детекторы гравитационных волн.
Первые телескопы представляли собой приборы оптического типа. Еще в работах Леонардо да Винчи есть упоминания о приборе с оптическими линзами, пусть и примитивной системы. Но самый первый рабочий телескоп был создан Иоанном Липперсгеем в 1608 году, хотя есть предположение, что отцом первого телескопа является Захарий Янсен.
Рисунок 1. Телескоп Липперсгея
Систему Липперсгея доработал Галилей, который модернизировал ее в телескоп-рефрактор, что позволило проводить более эффективные исследования космоса. На протяжении всей своей жизни Галилей постоянно вносил улучшения в конструкцию своего телескопа – его последняя модель имела увеличение 32х.
Само название «телескоп» впервые предложил греческий математик Иоаннис Димисианос в 1611 году, так как до этого свои приборы Галилей называл perspicillum – «очки».
Не нашли что искали?
Просто напиши и мы поможем
На протяжении ХХ века конструкция телескопа постоянно совершенствовалась. В 1937 году был изобретен телескоп работающих на радиоволнах. Впоследствии появились более продвинутые системы, работающие практически во всем волновом спектре.
Оптические телескопы
Все оптические телескопы можно разделить на три группы по их устройству:
Астрономы, занимающие научной деятельностью, для исследования Солнца используют специализированные телескопы, имеющих отличия в конструкции.
Рисунок 2. Оптический телескоп
Радиотелескопы
Для изучения космических объектов, излучающих радиоволны, используются радиотелескопы. Такой телескоп состоит из антенны и радиометра, задачей которого является замер энергетических параметров радиоизлучения.
Так как радиоволнового диапазона ширина намного больше, чем у оптического, для фиксации радиолучей используют различные конструкции телескопов. Для исследования метрового (длинноволнового) диапазон которого составляет от десяти до сотен МГц, применяются телескопы с множеством простейших приемников, например диполей. Для исследования сантиметровых и дециметровых волн, имеющих частоту в десятки ГГц, применяют мощные вращающиеся параболические антенны.
Объединение несколько радиотелескопов в одну систему позволяет усилить их разрешающую способность, поэтому для создания радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой объединяют несколько радиотелескопов, расположенных в разных точках Земли.
Рисунок 3. Радиотелескоп
Космические телескопы
Несмотря на хорошую проходимость оптического сигнала в атмосфере, из-за когерентного рассеивания у света с различной частотой различается и пропускная способность, что приводит к искажению звездного спектра. Также на качество картинки влияет и неоднородность атмосферы, поэтому расположенные на поверхности планеты телескопы имеют ограничение разрешения в одну угловую секунду. Чтобы этого избежать, телескопы устанавливают на максимальном возвышении, где атмосфера более разреженная.
При размещении телескопа за пределами атмосферы удается полностью избежать погрешностей при передаче изображения – в этом случае качество картинки зависит лишь от предела дифракции.
Сложно разобраться самому?
Попробуй обратиться за помощью к преподавателям
При уменьшении длины волны до УФ, рентгеновского диапазона или диапазон гамма-излучения, уменьшается и пропускная способность земной атмосферы. Поэтому исследования этих волновых диапазонов также производятся с помощью телескопов, расположенных в космическом пространстве.
Современные радиотелескопы представляют собой связанные между собой станции-радиоинтерферометры, так как по отдельности у них слишком маленькое разрешение.
Самым мощным и известным космическим телескопом является «Хаббл», названный так в честь выдающегося американского астронома Эдвина Хаббла. Он представляет собой целую астрономическую обсерваторию, расположенную на орбите, работающую в автоматическом режиме. «Хаббл» был выведен на орбиту в 1990 году. Он имеет разрешающую способность в 0.1 угловой секунды и работает в ИК-диапазоне.
Не нашли нужную информацию?
Закажите подходящий материал на нашем сервисе. Разместите задание – система его автоматически разошлет в течение 59 секунд. Выберите подходящего эксперта, и он избавит вас от хлопот с учёбой.
Гарантия низких цен
Все работы выполняются без посредников, поэтому цены вас приятно удивят.
Доработки и консультации включены в стоимость
В рамках задания они бесплатны и выполняются в оговоренные сроки.
Вернем деньги за невыполненное задание
Если эксперт не справился – гарантируем 100% возврат средств.
Тех.поддержка 7 дней в неделю
Наши менеджеры работают в выходные и праздники, чтобы оперативно отвечать на ваши вопросы.
Тысячи проверенных экспертов
Мы отбираем только надёжных исполнителей – профессионалов в своей области. Все они имеют высшее образование с оценками в дипломе «хорошо» и «отлично».
Гарантия возврата денег
Эксперт получил деньги, а работу не выполнил?
Только не у нас!
Деньги хранятся на вашем балансе во время работы над заданием и гарантийного срока
Гарантия возврата денег
В случае, если что-то пойдет не так, мы гарантируем возврат полной уплаченой суммы
Отзывы студентов о нашей работе
«Всё сдал!» — безопасный онлайн-сервис с проверенными экспертами
Используя «Всё сдал!», вы принимаете пользовательское соглашение
и политику обработки персональных данных
Сайт работает по московскому времени:
Принимаем к оплате 
Телескопы
Телескоп — главный инструмент ученых-астрономов. Название «телескоп» происходит от греческих слов «теле» — «далеко» и «скопео» — «смотрю». Такое название предложил в 1611 г. греческий математик Иоаннис Димисианос. Телескоп — прибор, который собирает электромагнитное излучение (например, видимый свет) и позволяет наблюдать отдаленные объекты.
История телескопа насчитывает несколько столетий. Первые чертежи простого телескопа с линзами составил еще Леонардо да Винчи. Но только в 1608 г. голландец Ханс Липперсгей продемонстрировал в Гааге свой экземпляр подзорной трубы. Правда, в то время другие мастера тоже делали подобные приборы.
Однако превратил подзорную трубу в телескоп Галилео Галилей.
Он направил ее в небо и получил первые научные данные. Это произошло в 1609 г. Первая зрительная труба работы Галилея имела трехкратное увеличение, вторая — восьмикратное. Третий его телескоп давал уже 32-кратное увеличение.
Конструктивно телескоп представляет собой трубу, установленную на монтировке и снабженную осями для наведения на объект наблюдения. У визуального телескопа есть объектив и окуляр. Окуляр может заменяться фотопленкой или другим приемником излучения, и тогда телескоп превращается в астрограф.
Для исследования космических объектов в радиодиапазоне применяют радиотелескопы, снабженные принимающей антенной и радиометром. Для увеличения разрешающей способности телескопов их объединяют в интерферометры, причем в единую сеть могут входить телескопы, находящиеся в разных областях земного шара.
Атмосфера неоднородна, и постоянные ветры искажают изображение. Еще одним недостатком в использовании земных телескопов является их низкое разрешение, ограниченное значением приблизительно в 1 угловую секунду. Кроме того, атмосфера пропускает излучения только в оптическом, инфракрасном и радиодиапазонах. Но чем меньше длина волны, тем хуже восприятие, и наблюдения в ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма-диапазонах возможны только в космосе. Поэтому на околоземных орбитах сегодня работают спутники-обсерватории.
Современные телескопы
Современные оптические телескопы и другие приборы на их основе — спектрографы, солнечные телескопы, астрографы — изменились до неузнаваемости по сравнению с инструментами Галилея и Ньютона.
Зеркальные телескопы нового поколения имеют главные зеркала диаметром 8—10 м и способны самостоятельно устранять помехи, возникающие в атмосфере. Рекордсмены среди этих гигантов по разрешающей способности — 10 метровые телескопы Кек I и Кек II (США), 9,2-метровый телескоп Хобби-Эберли и 8-метровые телескопы Джемини и Субару, телескоп VLT Европейской южной обсерватории, а также находящийся в стадии постройки Большой бинокулярный телескоп LBT в штате Аризона (США).
С помощью современных радиотелескопов можно принимать большинство видов космических излучений, которые возникают в результате различных процессов, происходящих в веществе Вселенной при определенных условиях. Многие из них можно использовать не только в качестве «приемников», но и «передатчиков» мощных сигналов. Посылая импульсы излучения, телескоп улавливает их отражение от небесных тел, что позволяет получать изображения поверхности планет, скрытых плотной атмосферой, и изучать глубины таких «газовых гигантов», как Сатурн и Юпитер. Антенны радиотелескопов используются также для осуществления связи с космическими аппаратами, отправленными в странствия к границам Солнечной системы. С помощью радиотелескопов были открыты такие неизвестные в недалеком прошлом объекты, как нейтронные звезды, квазары, реликтовое излучение Вселенной.
Еще более необычные инструменты познания — инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-телескопы — настолько чувствительны и сложны, что просто не могут работать в земных условиях. Чтобы защитить их от «земных помех» и получить новую важную информацию о глубинах мироздания, эти приборы устанавливают на борту орбитальных астрономических обсерваторий-автоматов.
Большой Канарский телескоп
Крупнейшие астрономические обсерватории мира соревнуются между собой, создавая все более крупные инструменты и наращивая размеры их зеркал. Современный телескоп-рефлектор занимает целое здание, им управляет множество компьютеров. Самый мощный телескоп в Евразии построен в России — он находится на Северном Кавказе близ станицы Зеленчукской. Диаметр его главного зеркала — 6 м. Зеркало имеет массу около 70 т, а процесс его изготовления занял более двух лет. Но «королем» всех астрономических инструментов, расположенных на Земле, сегодня является Большой Канарский телескоп, построенный на Канарских островах по проекту ученых Мексики, Испании и США. Его зеркало имеет диаметр 10,4 м, он способен различать в межзвездном пространстве объекты в миллиард раз более слабые, чем человеческий глаз.
Какие существуют телескопы
Известны следующие виды телескопов для различных диапазонов электромагнитного спектра:
Классификация телескопов по оптической системе
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.