Телескоп - это уникальный оптический прибор, предназначенный для наблюдения за небесными телами. Использование приборов позволяет рассмотреть самые разные объекты, не только те, которые располагаются недалеко от нас, но и те, которые находятся за тысячи световых лет от нашей планеты. Так что такое телескоп и кто его придумал?
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.
Примерно в те же годы итальянец Галилео занимался шлифовкой линз. В 1609 году он представил обществу новую разработку - телескоп с трехкратным увеличением. Телескоп Галилея имел более высокое качество изображения, чем трубы Липперсхея. Именно детище итальянского ученого получило название «телескоп».
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. Исходя из этого невозможно сказать, кто изобрел телескоп: если по официальной версии, то именно Галилео представил миру устройство, которое он назвал телескопом, а если смотреть по версии разработки оптического прибора для увеличения объектов, то первым был Липперсхей.
Первые наблюдения за небом
После появления первого телескопа были сделаны уникальные открытия. Галилео применил свою разработку для отслеживания небесных тел. Он первым увидел и зарисовал лунные кратеры, пятна на Солнце, а также рассмотрел звезды Млечного Пути, спутники Юпитера. Телескоп Галилея дал возможность увидеть кольца у Сатурна. К сведению, в мире до сих пор есть телескоп, работающий по тому же принципу, что и устройство Галилея. Он находится в Йоркской обсерватории. Аппарат имеет диаметр 102 сантиметра и исправно служит ученым для отслеживания небесных тел.
Современные телескопы
На протяжении столетий ученые постоянно изменяли устройства телескопов, разрабатывали новые модели, улучшали кратность увеличения. В результате удалось создать малые и большие телескопы, имеющие разное назначение.
Малые обычно применяют для домашних наблюдений за космическими объектами, а также для наблюдения за близкими космическими телами. Большие аппараты позволяют рассмотреть и сделать снимки небесных тел, расположенных в тысячах световых лет от Земли.
Виды телескопов
Существует несколько разновидностей телескопов:
- Зеркальные.
- Линзовые.
- Катадиоптрические.
К линзовым относят рефракторы Галилея. К зеркальным относят устройства рефлекторного типа. А что такое телескоп катадиоптрический? Это уникальная современная разработка, в которой сочетается линзовый и зеркальный прибор.
Линзовые телескопы
Телескопы в астрономии играют важную роль: они позволяют видеть кометы, планеты, звезды и другие космические объекты. 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.
В графических телескопах используются сложные конструкции, зеркала со сложными поверхностями, отличающиеся от сферических.
Несмотря на сложность конструкции, 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. На протяжении многих лет он считался самым большим в мире.
Характеристики телескопов
Многие покупают оптические аппараты для наблюдений за космическими телами. При выборе устройства важно знать не только то, что такое телескоп, но и то, какими характеристиками он обладает.
- 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
А что такое телескоп без глаза, для чего его используют? 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.
Самыми современными методами видения космоса стало использование ПЗС камер. Это особые светочувствительные микросхемы, которые собирают информацию с телескопа и передают ее на ЭВМ. Получаемые с них данные настолько четкие, что невозможно представить, какими еще устройствами можно было бы получить такие сведения. Ведь глаз людей не может различать все оттенки с такой высокой четкостью, как это делают современные камеры.
Для измерения расстояний между звездами и другими объектами пользуются специальными приборами - спектрографами. Их подключают к телескопам.
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. И это далеко не вся классификация аппаратов для отслеживания небесных тел.
26.10.2017 05:25
2965
Что такое телескоп и зачем он нужен?
Телескоп - это прибор, который позволяет рассматривать космические объекты с близкого расстояния. Теле переводится с древнегреческого языка – далеко, а скопео – смотрю. Внешне многие телескопы очень похожи на подзорную трубу, поэтому у них и одинаковое назначение - приближать изображения объектов. В связи с этим, их ещё называют оптические телескопы, поскольку они приближают изображения с помощью линз, оптических материалов, похожих на стекло.
Родиной телескопа является Голландия. В 1608 году мастера по изготовлению очков изобрели в этой стране зрительную трубу, прообраз современного телескопа.
Однако первые чертежи телескопов были обнаружены ещё в документах итальянского художника и изобретателя Леонардо да Винчи. На них стояла дата 1509 года.
Современные телескопы для большего удобства и стабильности ставятся на специальную подставку. Их основными частями являются объектив и окуляр.
Объектив расположен в дальней от человека части телескопа. В нём находятся линзы или вогнутые зеркала, поэтому оптические телескопы делят на линзовые и зеркальные.
Окуляр расположен в ближней от человека части прибора и обращён к глазу. Он также состоит из линз, которые увеличивают изображение объектов, формируемых объективом. В некоторых современных телескопах, которыми пользуются астрономы, вместо окуляра установлен дисплей, показывающий изображения космических объектов.
Профессиональные телескопы отличаются от любительских тем, что обладают большим увеличением. С их помощью астрономы смогли сделать множество открытий. Учёные ведут наблюдения в обсерваториях за другими планетами, кометами, астероидами и чёрными дырами.
Благодаря телескопам они смогли более подробно изучить спутник Земли – Луну, которая находится от нашей планеты на относительно небольшом по космическим меркам расстоянии – 384403 км. Увеличения этого прибора позволяют отчётливо рассмотреть кратеры лунной поверхности.
Любительские телескопы продаются в магазинах. По своим характеристикам они уступают тем, которыми пользуются учёные. Но с их помощью можно также увидеть кратеры Луны,
Слово «телескоп»
является производным от двух греческих слов, в переводе на русский язык означающих «далекий»
и «наблюдать»
.
Телескопом называют специальный оптический прибор, позволяющий приближать очень удаленные предметы, делать их отчетливо видимыми человеческому глазу. Для того чтобы такое увеличение было возможно, используют мощные линзы.
Кто придумал телескоп?
Считается, что первым использовать линзы для приближения удаленных предметов догадался ученый Галилео Галилей. В 1610-м году он сконструировал телескоп, через который разглядел кратеры на Луне, спутники Юпитера и прочие интересные детали, расположенные на космическом расстоянии. Но вместе с тем, при раскопках Трои археологи нашли хрустальные линзы, и это значит – не исключено, что умением приближать предметы люди обладали и раньше.
Обычно телескопы устанавливают – специальных сооружениях, предназначенных для наблюдений за различными явлениями природы. Обсерватории, имеющие вращающийся купол и расположенные в основном на возвышенностях, оснащают целыми комплексами телескопов.
Телескопы и инновации
Чем дальше шло развитие астрономии и прочих наук, тем совершеннее становились телескопы. Объекты стало возможно изучать в электромагнитном спектре, при помощи сложных систем детекторов и датчиков. Такое оборудование работает в различных диапазонах волн.
Сегодня есть телескопы, работающие в рентген-диапазоне и радио-диапазоне. Все эти телескопы кардинально отличаются друг от друга, но при этом имеют одну общую функцию: они дают человеку возможность детально изучать объекты, расположенные на очень далеком расстоянии.
Современные телескопы (точнее, радиотелескопы) – это мощное оборудование, которое анализирует и накапливает электромагнитное излучение удаленного объекта и направляет его в фокус. А уже там образуется увеличенное изображение объекта или формируется усиленный сигнал, позволяющий детально рассмотреть изучаемый объект. Космос также можно исследовать при помощи космических тепловизоров, которые передают изображение поверхностей удаленных объектов в инфракрасном диапазоне.
Наверное, самый знаменитый телескоп на планете – космический телескоп «Хаббл». Это инновационное оборудование расположено на орбите Земли и представляет собой скорее космическую обсерваторию. Телескоп был назван в честь астронома из США Эдвина Хаббла. Запустили «Хаббл» на орбиту в 1990-м году.
В течение последующих пятнадцати лет орбитальный телескоп получил более миллиона изображений двадцати двух тысяч космических тел, в том числе галактик, планет, звезд и туманностей. Уникальный телескоп делал снимки и передавал их на Землю.
Типы телескопов
Оптические телескопы могут работать с разными типами фокусирующего элемента. Соответственно, их делят на рефракторы (линза) и рефлекторы (зеркало).
Телескоп-рефрактор имеет объектив на передней стороне трубы, в задней части – окуляр. Объектив такого телескопа – это обычно составная линза из нескольких элементов с большим фокусным расстоянием. Самый большой в мире рефрактор имеет линзу диаметром 101 см.
В рефлекторе вместо объектива предусмотрено вогнутое зеркало, которое расположено в задней части трубы. Рефлекторными являются все большие астрономические телескопы. Рефлекторами пользуются и любители – это оборудование обходится не так дорого, как рефрактор, и собрать его можно своими силами.
В таком телескопе свет собирается в точке перед первичным зеркалом (первичным фокусом), а затем посредством вторичного зеркала направляется к более удобному для работы месту. Различают несколько общепринятых систем фокусировки: ньютоновский фокус, кассегреновский фокус, фокус Куде, фокус Несмита.
В больших телескопах наблюдатель может работать в первичном фокусе в специальной кабине, установленной в главной трубе. Многоцелевые профессиональные телескопы конструируют таким образом, чтобы наблюдатель мог выбирать фокус. Ньютоновский фокус используется только в любительских оптических телескопах.
Первичные зеркала в рефлекторах обычно изготавливают из стекла или керамики, которая не реагирует на перепады температуры. Поверхность зеркала обрабатывают до получения сферической или параболической формы.
Для получения отражательных свойств на поверхность наносится тонкий слой алюминия. По-латыни «зеркальный» звучит как «speculum», поэтому для обозначения отражательного телескопа до сих пор иногда используют сокращение «spec».
Если вы решили купить телескоп, то вам сначала нужно понять, что он собой представляет, какие виды их бывают, и какой вариант лучше выбрать. В этом мы и попытаемся помочь вам разобраться.
Если вы решили купить телескоп, то вам сначала нужно понять, что он собой представляет, какие виды их бывают, и какой вариант лучше выбрать. В этом мы и попытаемся помочь вам разобраться.
Что такое телескоп и зачем он нужен
Телескоп - это прибор, который позволяет наблюдать за разными небесными объектами, которые сильно удалены от точки наблюдения. Наиболее часто они применяются для наблюдения именно за небесными телами, но иногда с их помощью рассматриваются и земные объекты. Ранее они были очень дорогими, и позволить их себе могли только астрономы и уфологии. Сегодня приборы такого рода гораздо доступнее, и позволить их себе могут и обычные люди. Например, купить их может помочь магазин «Звездочет».
Оптические телескопы
Разные телескопы могут работать в разных диапазонах электромагнитных спектров. Наиболее распространен оптический телескоп. Практически все любительские телескопы сегодня являются оптическими. Такие приборы работают со светом. Также бывают радиотелескопы, нейтринные, гравитационные, рентгеновские и гамма телескопы. Однако это все относится к научному оборудованию, которое в быту не применяется.
Виды телескопов
Оптические телескопы, как профессиональные, так и любительские, подразделяются на три типа. Главный критерий тут – объектив телескопа, вернее принцип, по которому он работает. Различные виды телескопов вы можете найти на сайте www.astronom.ru .
Линзовый телескоп
Линзовыми называются рефракторами, и они появились на свет самыми первыми. Создателем их стал Галилео Галилей. Преимущество таких телескопов в том, что им почти не нужно специальное обслуживание, они гарантируют хорошую цветопередачу, четкое изображение. Такие варианты хорошо подходят для изучения Луны, планет, а также двойных звезд. Стоит отметить, что эти устройства максимально подходят для профессионалов, так как они не так уж просты в использовании, а кроме того имеют достаточно большие размеры и высокую стоимость.
Зеркальный телескоп
Зеркальными называются рефлекторами. Их объективы состоят только их зеркал. Как и выпуклая линза, зеркало вогнутого типа собирает свет в определенной точке. Если в этой точке будет помещен окуляр, то можно увидеть изображение. Среди достоинств такого телескопа выделяется минимальная цена на единицу диаметра устройства, так как большие зеркала изготовлять значительно выгоднее, чем большие линзы. Также они компактны и легки в транспортировке, при этом дают яркие картинки с небольшими искажениями. Конечно, у зеркальных есть и свои недостатки. Это дополнительное время на термостабилизацию, отсутствие защиты от пыли и воздуха, которые могут портить изображение.
Зеркально-линзовые телескопы
Они называются катадиоптрическими, и в них могут применяться как линзы, так и зеркала. Плюс такого телескопа - универсальность, так как с их помощью можно наблюдать и планеты с Луной, и объекты дальнего космоса. Также они весьма компактны и выгодны. Единственный момент – это сложность конструкции, что усложняет самостоятельную юстировку устройства.
Телескоп «Джеймс Уэбб» - это орбитальная инфракрасная обсерватория, которая должна заменить тот самый знаменитый космический телескоп «Хаббл».
Это очень сложный механизм. Работа над его идет около 20 лет! «Джеймс Уэбб» будет обладать составным зеркалом 6,5 метров в диаметре и стоить около 6.8 млрд долларов. Для сравнения, диаметр зеркала «Хаббла» - «всего» 2.4 метра.
Посмотрим?
1. Телескоп «Джеймс Уэбб» должен быть размещен на гало-орбите в точке Лагранжа L2 системы Солнце - Земля. А в космосе холодно. Здесь показаны испытания, проводимые 30 марта 2012, направленные на изучение возможности противостоять холодным температурам пространства. (Фото Chris Gunn | NASA):
2. «Джеймс Уэбб» будет обладать составным зеркалом 6.5 метров в диаметре с площадью собирающей поверхности 25 м². Много это, или мало? (Фото Chris Gunn):
3. Сравним с «Хабблом». Зеркало «Хаббла» (слева) и «Уэбба» (справа) в одном масштабе:
4. Полномасштабная модель космического телескопа Джеймса Уэбба в Остине, штат Техас, 8 марта 2013. (Фото Chris Gunn):
5. Проект телескопа представляет собой международное сотрудничество 17 стран, во главе которых стоит NASA, со значительным вкладом Европейского и Канадского космических агентств. (Фото Chris Gunn):
Полномасштабная модель космического телескопа Джеймса Уэбба в Остине
6. Изначально запуск намечался на 2007 год, в дальнейшем переносился на 2014 и на 2015 год. Однако первый сегмент зеркала был установлен на телескоп лишь в конце 2015 года, а полностью главное составное зеркало было собрано только в феврале 2016 года.(Фото Chris Gunn):
7. Чувствительность телескопа и его разрешающая способность напрямую связаны с размером площади зеркала, которое собирает свет от объектов. Учёные и инженеры определили, что минимальный диаметр главного зеркала должен быть 6.5 метра, чтобы измерить свет от самых далёких галактик.
Простое изготовление зеркала, подобного зеркалу телескопа «Хаббл», но большего размера, было неприемлемо, так как его масса была бы слишком большой, чтобы можно было запустить телескоп в космос. Команде учёных и инженеров необходимо было найти решение, чтобы новое зеркало имело 1/10 массы зеркала телескопа «Хаббл» на единицу площади. (Фото Chris Gunn):
8. Не только у нас всё дорожает от начальной сметы. Так, стоимость телескопа «Джеймс Уэбб» превысила изначальные расчёты по меньшей мере в 4 раза. Планировалось, что телескоп обойдётся в 1,6 млрд долл. и будет запущен в 2011 году, однако по новым оценкам стоимость может составить 6.8 млрд, при этом запуск состоится не ранее 2018 года. (Фото Chris Gunn):
9. Это спектрограф ближнего инфракрасного диапазона. Он будет анализировать спектр источников, что позволит получать информацию как о физических свойствах исследуемых объектов (например, температуре и массе), так и об их химическом составе. (Фото Chris Gunn):
Испытания солнцезащитного экрана
Телескоп позволит обнаруживать относительно холодные экзопланеты с температурой поверхности до 300 К (что практически равно температуре поверхности Земли), находящиеся дальше 12 а. е. от своих звёзд, и удалённые от Земли на расстояние до 15 световых лет. В зону подробного наблюдения попадут более двух десятков ближайших к Солнцу звезд. Благодаря «Джеймсу Уэббу» ожидается настоящий прорыв в экзопланетологии - возможностей телескопа будет достаточно не только для того, чтобы обнаруживать сами экзопланеты, но даже спутники и спектральные линии этих планет.
11. Инженеры тестируют в камере. систему подъема телескопа, 9 сентября 2014. (Фото Chris Gunn):
12. Исследование зеркал, 29 сентября 2014. Шестиугольная форма сегментов была выбрана не случайно. Она обладает высоким коэффициентом заполнения и имеет симметрию шестого порядка. Высокий коэффициент заполнения означает, что сегменты подходят друг к другу без зазоров. Благодаря симметрии 18 сегментов зеркала можно разделить на три группы, в каждой из которых настройки сегментов идентичны. Наконец, желательно, чтобы зеркало имело форму, близкую к круговой - для максимально компактного фокусирования света на детекторах. Овальное зеркало, например, дало бы вытянутое изображение, а квадратное послало бы много света из центральной области. (Фото Chris Gunn):
Исследование зеркал
13. Очистка зеркала сухим льдом из двуокиси углерода. Тряпками здесь никто не трет. (Фото Chris Gunn):
Очистка зеркала сухим льдом из двуокиси углерода
14. Камера A - это гигантская испытательная камера с вакуумом, которая будет моделировать космическое пространства при испытаниях телескопа «Джеймса Уэбба», 20 мая 2015. (Фото Chris Gunn):
17. Размер каждого из 18 шестигранных сегментов зеркала составляет 1.32 метра от ребра до ребра. (Фото Chris Gunn):
18. Масса непосредственно самого́ зеркала в каждом сегменте - 20 кг, а масса всего сегмента в сборе - 40 кг. (Фото Chris Gunn):
19. Для зеркала телескопа «Джеймса Уэбба» используется особый тип бериллия. Он представляет собой мелкий порошок. Порошок помещается в контейнер из нержавеющей стали и прессуется в плоскую форму. После того как стальной контейнер удалён, кусок бериллия разрезается пополам, чтобы сделать две заготовки зеркала около 1.3 метра в поперечнике. Каждая заготовка зеркала используется для создания одного сегмента. (Фото Chris Gunn):
20. Затем поверхность каждого зеркала стачивается для придания формы, близкой к расчётной. После этого зеркало тщательно сглаживают и полируют. Этот процесс повторяется до тех пор, пока форма сегмента зеркала не станет близка к идеальной. Далее сегмент охлаждается до температуры −240 °C, и с помощью лазерного интерферометра производятся измерения размеров сегмента. Затем зеркало с учётом полученной информации проходит окончательную полировку. (Фото Chris Gunn):
21. По завершению обработки сегмента передняя часть зеркала покрывается тонким слоем золота для лучшего отражения инфракрасного излучения в диапазоне 0,6-29 мкм, и готовый сегмент проходит повторные испытания при криогенных температурах. (Фото Chris Gunn):
22. Работа над телескопом в ноябре 2016 года. (Фото Chris Gunn):
23. НАСА завершило сборку космического телескопа «Джеймс Уэбб» в 2016 году и приступило к его испытаниям. Это снимок от 5 марта 2017 года. На длинной выдержке техники выглядят призраками. (Фото Chris Gunn):
Транспортировка телескопа в Хьюстон
26. Дверь в ту самую камеру А с 14-й фотографии, в которой моделируется космическое пространство. (Фото Chris Gunn):
Телескоп «Джеймс Уэбб» внутри камеры А
