Для чего нужен оптический телескоп

Телескоп. Виды и устройство. Применение и как выбрать. Особенности

Телескоп – оптический прибор для наблюдения за отдаленными объектами, чаще всего применяемый в астрологии для изучения ночного небосвода. Также может использоваться для увеличения и фотографирования космических объектов.

История появления

Согласно историческим данным, первый телескоп был изготовлен ученым Галилео Галилеем в 1609 году. В основании своего прибора он использовал те же принципы, которые применялись при изготовлении мореплавательных подзорных труб. При этом ученый использовал более мощные линзы, предварительно высчитав их фокусировку для обеспечения усиливающего эффекта. Как следствие окончательная версия его прибора могла увеличивать изображение в 20 раз. Именно Галилео Галилей придумал современное название своему прибору, кроме этого первым начал использовать оптическое оборудование для изучения космоса. Многие космические открытия были сделаны именно с помощью того первого телескопа. Сейчас данный прибор хранится в музее во Флоренции.

Как устроен телескоп

Прибор в классическом исполнении представляет собой трубку, установленную на опорно-поворотном устройстве, так называемой монтировке телескопа. Монтировка удерживает трубку и позволяет проводить ее точное наведение на интересующий объект.

Оптической составляющей трубки прибора являются окуляр и объектив. Они обеспечивают визуальное увеличение изображения отдаленного объекта. Уровень увеличения напрямую зависит от фокусного расстояния между объективом и окуляром.

Механизм регулировки телескопа позволяет менять фокусное расстояние. Как следствие объект можно визуально приблизить с разной кратностью увеличения. Сначала он отыскивается на небосводе при минимальных настройках, а после наведения размер изображения повышается для лучшей детализации.

Уровень увеличения телескопа зависит от линз, установленных в качестве его объектива и окуляра. Естественно чем выше кратность, тем больше стоимость прибора. Более сложные телескопы классической конструкции состоят из набора линз. Они устанавливаются в трубку, каждая из которых усиливает кратность устройства.

Виды телескопов по принципу действия и строению

Классическая схема устройства телескопа является простейшей. По сути, она не отличается от строения бинокля, зрительной трубы или микроскопа, но имеет большие линзы и другую фокусировку. Кроме нее было реализовано ряд прочих конструкций, используемых и сейчас.

Наиболее известными считаются следующие разновидности телескопов:

Все они работают по разным принципам, имеют разную себестоимость производства и отличаются по кратности увеличения. Инфракрасные и радиотелескопы сугубо профессиональные научно-исследовательские устройства, остальные виды могут быть достаточно компактными для установки вне обсерватории, а в частном доме.

Диоптрические

Диоптрический телескоп – это классический оптический прибор с линзами. Принцип его работы заключается в том, что идущий от небесных тел свет собирается линзой объектива. Объектив или группа из линз всегда имеют выпуклую форму, поэтому проходящий сквозь них свет фокусируется в точку. Для того, чтобы человеческий глаз мог рассмотреть изображение, оно фокусируется на окуляр. Главное условие для работы прибора – это совпадение между фокусом объектива и окуляром.

Катоптрические

Телескопы данной конструкции также называются зеркальными. Их активной частью выступает вогнутое зеркало. На нем собирается свет от звезд или прочих космических объектов, и отражается на окуляр. Главное достоинство устройств данного типа – это полная передача спектра света. У диоптрических приборов свет пройдя через линзу частично искажается, поэтому фактическое изображение не совсем соответствует реальности. Приборы зеркального типа показывают все детали увеличенного объекта, его цвет, яркость, глубину темных участков.

Недостаток зеркальных телескопов в ограниченном обзоре. Они захватывают мало изображения, не позволяя рассмотреть всю картину целиком, как это делают оптические устройства. При этом катоптрические приборы дешевы в изготовлении, поэтому выпускаются в большем количестве, чем все остальные типы телескопов вместе взятые. Именно их обычно используют любители.

Комбинированные устройства

В данную группу приборов входят катадиоптрические телескопы. В их основании используются линзы и вогнутое зеркало. Устройства данного типа дают достаточно качественное изображение, при этом обладают большим углом обзора, чем обычные зеркальные телескопы.

Такие устройства разделяются еще на 2 основных подвида:

Все они названы в честь своих изобретателей. Телескоп Шмидта-Кассегрена имеет в центре кривизны зеркала диафрагму. Такое решение позволяет добиться увеличения поля зрения. При этом исключается сферическое нарушение и отклонение.

Приборы, построенные по принципу Максутова-Кассегрена, имеют в районе фокальной плоскости оптическую линзу. Последняя обладает выпуклостью с одной стороны и является плоской на обороте. Это позволяет компенсировать кривизну поля и избежать сферического отклонения.

Радиотелескопы

Приборы этого класса стоят на много порядков выше, чем все предыдущие. Они никак не подходят для любительского наблюдения за космосом в связи со своими габаритами и дороговизной. Эти устройства разработаны исключительно для точных научных исследований. В их конструкции полностью отсутствуют оптические элементы для фиксации света космических объектов. Эту функцию выполняют огромные антенны, фиксирующие космические сигналы в одной частоте. Диаметр такой антенны может составлять 25 м. Полученные из них данные передаются на компьютерное оборудование, которое превращает сигнал в зрительную картинку.

Обычно антенны радиотелескопов объединены в сеть. При этом они могут располагаться в разных частях мира. Примером реализации подобных проектов является сеть VBA, работающая с 1993 года. Конкретно данная система может воспроизводить изображение любых объектов, яркостная температура которых превышает десять в шестой степени кельвинов. Антенны сети имеют огромное отдаление от базы, самая дальняя от них располагается за 8600 км.

Инфракрасные

Приборы данного типа воспринимают инфракрасное излучение от объектов. По сути, они реагируют на тепло. Благодаря большой чувствительности, устройства фиксируют ИК излучение, которое человеческая кожа даже близко не воспринимает.

Инфракрасное излучение отражается в объективе телескопа и проецируется в одну точку. Затем чувствительная часть устройства измеряет тепло, переводит его в зрительные данные, и полученный результат фотографируется для дальнейшего изучения.

Радиотелескоп и инфракрасный телескоп позволяют изучать яркие звезды, в том числе и поверхность Солнца без применения дополнительных защитных систем. Дело в том, что зеркальные, оптические и комбинированные приборы воспринимают именно свет, который в точке фокусировки приводит к сильному разогреву, вызывающему ожог глаз. Если смотреть на Солнце в телескоп с 50-ти кратным увеличением даже мгновение, то можно ослепнуть полностью или на несколько недель. Если глаз будет оставаться в зоне фокусировки света 20 сек, то он прогорит на половину своего диаметра.

Инфракрасные телескопы не могут использоваться в пределах Земной атмосферы. Им мешает присутствующее излучение от планеты, создающее помехи и влияющее на чувствительность. Поэтому инфракрасные телескопы могут применяться только в открытом космосе. Самым известным представителем таких устройств является космический аппарат Хаббл, запущенный в результате совместного проекта американского НАСА и Европейского космического агентства в 1990 году. Однако данный прибор помимо инфракрасных камер оснащен и рефлекторами, для съемки изображения по системе Ричи-Кретьена.

Выбор любительского телескопа

При подборе телескопа для любительского наблюдения за небосводом можно остановиться на линзовом, зеркальном или комбинированном приборе. При этом если планируется наблюдать не только за космосом, но и наземными объектами, то нужно будет одновременно приобрести дополнительные аксессуары.

Так, зеркальный и комбинированный телескоп показывает отзеркаленное изображение с лева на право. Это исправляется установкой, вместо комплектного диагонального зеркала, диагональной призмы. Во многих комплектациях телескопы изначально уже имеют дополнительные детали, компенсирующие искажения. При покупке прибора нужно обратить на это внимание, если планируется наблюдать за наземными объектами. При изучении космических тел перевернутое или отраженное изображение слева направо не столь важно.

Главными тремя параметрами выбора телескопа являются:

Светосила телескопа является соотношением между фокусным расстоянием и диаметром объектива. Хорошая светосила позволяет делать снимки из окуляра. Если же она составляет 1:10, то многие даже достаточно яркие поверхности на космическом теле будут выглядеть просто как темные пятна. Для любителей оптимальными считаются приборы со светосилой на уровне 1:5 и 1:7. При покупке телескопа всегда лучше отдать предпочтение большому объективу, чем мелкому.

Источник

8 различных типов телескопов

Самый ранний известный телескоп в истории появился еще в начале 1600 года в Нидерландах и предположительно был изобретен голландским производителем очков Иоанном Липперсгеем. Однако название «телескоп» не существовало до 1611 года и было придумано греческим математиком Иоаннис Димисианос.

К 1610 году итальянский эрудит Галилео Галилей уже разработал свою собственную улучшенную версию телескопа, с помощью которой он позже обнаружил четыре галилеевых спутника. Затем, примерно в конце 1660-х годов, Иссак Ньютон сконструировал первый в истории телескоп-рефлектор, который теперь известен как ньютоновский рефлектор.

В течение следующих трехсот лет или около того телескопы будут работать только на видимом спектре света, ограничивая, таким образом, объем доступной информации. Такие телескопы обычно называют оптическими. Только в середине 1900-х годов были разработаны телескопы, способные работать в различных длинах электромагнитных спектров волн.

Не все телескопы расположены на земной поверхности. Да, это так. Ряд усовершенствованных телескопов находятся на орбите вокруг Земли в космосе. Эти космические телескопы собирают свет с длинами волн, которые частично или полностью блокированы земной атмосферой.

Наземные телескопы

1. Оптические телескопы

Оптические телескопы собирают свет видимой длины волны (видимой невооруженным глазом) электромагнитного спектра. Это самые старые и наиболее часто используемые телескопы в мире. Пожалуй, самой важной особенностью оптического телескопа является его светосила, которая намного выше, чем у человеческого глаза.

Оптические телескопы можно разделить на три большие категории; рефракторные, рефлекторные и катадиоптрические оптические конструкции. Каждый из них имеет свои плюсы и минусы и имеет различное применение в астрономии.

Рефракционные телескопы

Несмотря на то, что сегодня в мире существует всего несколько преломляющих телескопов исследовательского класса, когда-то они пользовались широкой популярностью. С развитием технологии изготовления линз в конце 19 века преломляющие телескопы стали золотым стандартом в астрономических наблюдениях.

Отражающий телескоп

Отражающий телескоп или отражатель формирует изображение с помощью одного зеркала или, в некоторых случаях, группы зеркал. Первый в мире функциональный телескоп-отражатель был разработан Исааком Ньютоном в 1668 году как альтернатива «некорректному» преломлению.

Несмотря на то, что они до сих пор не могут дать «идеальное» изображение, рефлекторы используются почти во всех других исследовательских телескопах из-за их физических достоинств.

Катадиоптрические телескопы

2. Радиотелескопы

Большая миллиметровая матрица Atacama

Радиотелескопы анализируют астрономические объекты на радиочастотах. Другими словами, они обнаруживают сигналы на длинах радиоволн от удаленных астрономических объектов. Пожалуй, наиболее важным компонентом радиотелескопа является его антенна (тарелка), также известная как параболическая антенна.

Поскольку радиосигналы, которые мы получаем от большинства астрономических тел, слабые, радиотелескопам требуются большие антенны, чтобы собрать достаточно данных, чтобы астрономы могли проводить свои исследования. В некоторых случаях несколько радиотелескопов связаны друг с другом электронным способом, что значительно увеличивает область их поиска (радиоинтерферометрия).

Поскольку большинство радиочастот способно проникать в атмосферу Земли, в космических радиотелескопах нет необходимости. Однако потенциально они могут помочь наземным.

Некоторые из диапазонов частот, которые в настоящее время используются радиотелескопами: Радиолиния нейтрального водорода, 23 ГГц, 33 ГГц, 41 ГГц, 61 ГГц, 94 ГГц, 1406 МГц и 430 МГц.

Коммерческое использование этих частот запрещено во многих странах для выполнения радиоастрономических задач.

Радиоинтерферометрия

В радиоинтерферометрии радиосигналы, захваченные несколькими антеннами на большой площади, объединяются вместе, чтобы максимизировать общее разрешение. Эта техника была представлена ​​еще в 1946 году.

3. Солнечные телескопы

Солнечные телескопы, ранее известные как фотогелиографы, специально разработаны для наблюдения за солнцем в ближнем инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах волн. В отличие от большинства других типов, солнечные телескопы могут работать только в дневное время и обычно располагаются на вершине высокой белой конструкции.

Солнечный телескоп МакМата-Пирса, расположенный в Аризоне (США), является крупнейшим телескопом такого типа. Голландский открытый телескоп и солнечный телескоп Даниэля К. Иноуэ являются хорошими примерами солнечных телескопов.

Космические телескопы

Космический телескоп Хаббла | Изображение предоставлено НАСА.

Все началось еще в начале 1920-х годов, когда физики Герман Оберт, Константин Циолковский и Роберт Годдард, три отца-основателя астронавтики, размышляли над идеей космического телескопа, который можно было бы отправить на орбиту Земли с помощью ракеты. Это было началом эры нового класса телескопов.

Затем в 1946 году астрофизик-теоретик Лайман Спитцер из Принстонского университета рассказал о преимуществах такого прибора и о том, как космический телескоп может полностью исключить из телескопических наблюдений атмосферную турбулентность Земли.

В отличие от наземных телескопов, космические телескопы предлагают более точные наблюдения, поскольку они свободны от какой-либо атмосферной турбулентности и радиационных искажений. Ниже представлены различные типы космических телескопов.

4. Инфракрасные телескопы

Художественная концепция космического телескопа «Спитцер» | Изображение предоставлено НАСА

Инфракрасная астрономия является важной отраслью современной астрофизики. Поскольку большая часть инфракрасного излучения блокируется атмосферой Земли (относительно небольшая длина волны может пробиться сквозь нее), многие инфракрасные телескопы находятся в космосе.

Инфракрасные телескопы способны обнаруживать удаленные астрономические объекты в пыльных районах космоса. Они также играют важнейшую роль в изучении раннего состояния Вселенной. Однако, в отличие от большинства других длин волн, наблюдение на инфракрасной частоте несколько затруднено, поскольку каждое горячее тело испускает инфракрасное излучение.

5. Ультрафиолетовые телескопы

Атмосфера нашей Земли блокирует попадание на Землю большей части вредной радиации. Сюда входят ультрафиолетовые лучи. По этой причине излучение в ультрафиолетовом диапазоне можно наблюдать только из космоса.

Ультрафиолетовая астрономия позволяет исследователям более внимательно изучать далекие звезды и галактики. Большинство звезд излучают излучение в ближнем инфракрасном или видимом диапазоне длин волн, поэтому в ультрафиолетовом свете они кажутся незначительными. Видны будут только те звезды, которые находятся либо на ранней, либо на поздней стадии эволюции и намного горячее. Фактически, каждый горячий астрономический объект излучает ультрафиолетовое излучение.

Известные ультрафиолетовые космические телескопы

Первым космическим телескопом, способным наблюдать УФ-спектр, была камера/спектрограф в дальнем ультрафиолете, которая была развернута на поверхности Луны миссией Аполлон-16 в 1972 году.

Спектроскопический исследователь дальнего УФ-диапазона НАСА или FUSE и Swift Gamma-Ray Burst Emission являются двумя наиболее яркими примерами ультрафиолетовых телескопов.

Изображение Крабовидной туманности на нескольких длинах волн | Изображение предоставлено НАСА.

6. Рентгеновские телескопы

Рентгеновские телескопы предназначены для изучения очень далеких объектов в рентгеновских частотах. Подобно ультрафиолетовым волнам, частоты рентгеновского излучения блокируются земной атмосферой, поэтому их можно изучать только с помощью космических телескопов.

Основным компонентом рентгеновского телескопа являются зеркала (фокусирующие или коллимирующие), которые собирают излучение и проецируют его на специализированные детекторы. Рентгеновские телескопы с фокусирующими зеркалами нуждаются в длинном фокусе, т.е. зеркала должны располагаться на расстоянии нескольких метров от детекторов.

Известные космические рентгеновские телескопы

С 1960-х годов в космос было выведено почти пятьдесят рентгеновских телескопов. Первый известный рентгеновский спутник UHURU (Ухуру) провел обширные исследования Лебедь X-1 (источник рентгеновского излучения в созвездии Лебедя) и других известных рентгеновских источников. Рентгеновская обсерватория НАСА Чандра, запущенная в 1999 году, стала прорывом в области рентгеновской астрономии.

Чандра в 100 раз более чувствительна к слабым рентгеновским лучам, чем любой другой телескоп до ее запуска. Это стало возможным только благодаря более высокому угловому разрешению ее зеркал. Другими примечательными рентгеновскими обсерваториями являются NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) и японский спутник Hitomi.

7. Микроволновые телескопы

Подобно рентгеновским лучам и ультрафиолетовому излучению, атмосфера Земли поглощает большую часть излучения на длине микроволновой волны, поэтому астрономам приходится полагаться на космические микроволновые обсерватории и телескопы для изучения космических микроволн.

Телескопы, установленные на WMAP NASA (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) и спутнике Planck ЕКА, возможно, единственные два действующих в настоящее время микроволновых телескопа космического базирования. Единственным известным космическим микроволновым телескопом был космический исследователь Cosmic background Explorer или COBE, который отключился в 1993 году.

8. Гамма-телескопы.

Однако их гораздо труднее наблюдать, чем рентгеновские волны. Фактически, на сегодняшний день не существует специализированного гамма-телескопа. Вместо этого астрономы используют вторичные средства для обнаружения потока гамма-лучей в небе, то есть черенковское излучение.

Хотя земная атмосфера действует как барьер для гамма-лучей, во многих случаях их можно наблюдать из нескольких наземных обсерваторий, включая HESS, HAWC и VERITAS.

Известные гамма-телескопы

В настоящее время существует только пять действующих космических телескопов, которые наблюдают за частотой гамма-излучения. Орбитальная обсерватория НАСА Swift, запущенная в 2004 году, обнаруживает загадочные гамма-всплески со всей Вселенной. Еще одна обсерватория NASA, Ферми, специально разработана для наблюдения высокоэнергетических вспышек пульсаров и черных дыр.

В то время как большинство космических спутников наблюдают или слушают только определенную длину волны, существует несколько многоволновых телескопов, которые могут собирать информацию из более чем одного участка электромагнитного спектра одновременно. Космический телескоп Хаббла является прекрасным примером таких телескопов. Он может наблюдать в ближнем инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах.

Источник

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.

Источник