Vrste teleskopa, njihov uređaj i karakteristike

Teleskop je uređaj koji se koristi za stvaranje uvećanih slika udaljenih objekata. To je najvažniji istraživački alat u astronomiji. Ona pruža sredstva za prikupljanje i analiziranje zračenja nebeskih objekata, čak i onih koji su daleko u svemiru.

Galileo je napravio revoluciju u astronomiji, kada je početkom XVII. Stoljeća. koristio je teleskop za proučavanje izvanzemaljskih tijela. Prije njega takvi se alati nisu koristili u tu svrhu. Galileov pionirski rad praćen je sve snažnijim teleskopima, kao i širokim rasponom instrumenata koji mogu detektirati i mjeriti zračenje u svakom području elektromagnetskog spektra. Mogućnosti astronomskih instrumenata proširene su izumom pomoćnih instrumenata (kamere, spektrografi i uređaji spojeni na naplatu) i pojavom računala, raketa i svemirskih letjelica. Sve to je dalo ogroman doprinos širenju znanstvenih spoznaja o Sunčevom sustavu, galaksiji i svemiru kao cjelini.

Ovisno o radnom dijelu elektromagnetskog spektra, postoje optički, radijski, rendgenski i gama teleskopi.

refractors

Ovaj tip teleskopa koristi se za proučavanje Mjeseca, drugih objekata Sunčevog sustava, kao što su Jupiter i Mars, te binarne zvijezde. Ime dolazi od pojma "refrakcija", što znači lom svjetlosti na sučelju dva medija različitih gustoća, kao što su zrak i staklo. Staklo je leća i može se sastojati od jedne ili više komponenti. Oblik komponenti može biti konveksan, konkavan ili ravninski paralelan. Primjer takvog teleskopa je školski refraktor.

Fokus - točka ili ravnina u kojoj se zrake svjetlosti konvergiraju nakon prolaska kroz objektiv na udaljenosti od jedne žarišne duljine. U refraktoru, prva leća kroz koju svjetlost prolazi od nebeskog objekta naziva se cilj. Druga leća, nazvana okular, nalazi se iza fokalne ravnine i omogućuje gledatelju da vidi uvećanu sliku. Prema tome, najjednostavniji oblik refraktora sastoji se od leće i okulara.

Promjer leće naziva se otvor. Najčešće se kreće od nekoliko centimetara do 1 m u najvećem teleskopu-refraktoru. Objektiv, kao i okular, može se sastojati od nekoliko komponenti. mali teleskopi može imati dodatni objektiv iza okulara, tako da slika ne izgleda obrnuto. Promatrani objekt ne može se pojaviti prilično oštro ili s dominantnom nijansom. Takve izobličenja (aberacije) ponekad se pojavljuju pri poliranju leća. Kromatska aberacija je glavna vrsta izobličenja. To se događa kada se zrake svjetlosti različitih boja ne konvergiraju u općem fokusu. Kromatska aberacija minimizirana je dodavanjem dodatnih komponenti na leću.

Okulari i reflektori daju promatračima mogućnost povećanja teleskopa. Snaga povećanja određena je dijeljenjem žarišne duljine leće s žarišnom duljinom okulara. Potrebna su velika povećanja za promatranje mjeseca i planeta. Na primjer, 66-cm refraktor na Mornaričkom opservatoriju koristio je astronom Asaf Hall da otkrije 2 sateliti Marsa, Phobos i Deimos, 1877. Budući da su zvijezde točkasti izvori svjetlosti, njihovo povećanje ne daje nikakve dodatne koristi.

Kako odabrati teleskop?

Najvažnija od svih njegovih osobina je otvor. To izravno ovisi o promjeru leće. Omjer otvora različitih teleskopa jednak je omjeru kvadrata njihovih otvora. Primanje više svjetla omogućuje promatranje slabijih zvijezda, maglica i udaljenih galaksija.

Rezolucija je još jedna važna značajka teleskopa. Ona određuje njegovu sposobnost da jasno razlikuje dvije točke, kutna udaljenost između kojih je manja od minimalnog kuta koje promatračko oko može vidjeti. Kako odabrati teleskop ako rezolucija nije specificirana? Može se izračunati pomoću formule 11.25,2 / d, gdje je d promjer leće u cm, tako da je rezolucija objektiva od 25 cm 0,455. Važna primjena rezolucije je promatranje binarnih zvijezda.

Od velike je važnosti i stabilnost teleskopa. Svaka vibracija značajno smanjuje kvalitetu slike. Ovaj problem nije povezan s atmosferskim poremećajima zračnih struja. Kako bi ih se izbjeglo, veliki su teleskopi postavljeni na planinske vrhove.

montiranje

Većina modernih refraktora ima ekvatorijalnu suspenziju. Ovaj nosač omogućuje vam da teleskop usmjerite prema nebeskom objektu. U tom slučaju polarna os instrumenta nalazi se paralelno s Zemljinom osi i podupire os nagiba. Os nagiba omogućuje vam postavljanje različitih kutova nagiba kada se teleskop okreće oko polarne osi, uzimajući u obzir pravo uskrsnuće, mjereno duž nebeskog ekvatora od točke njegova raskrižja od Sunca prvog dana proljeća.

Deklinacija i desno uskrsnuće - koordinate koje određuju položaj objekta na nebeskoj sferi. Deklinacija je analogna geografskoj širini, a desno uzašašće je dužina. Na osi označena podjela, koja omogućuju promatrač točno ciljati teleskop. Kako bi pratili objekt, polarna os instrumenta glatko se pokreće pomoću električnog motora brzinom koja je jednaka brzini rotacije Zemlje u odnosu na zvijezde. Ako je zvjezdana brzina motora vrlo točna, promatranja se mogu obavljati tijekom dugog vremenskog razdoblja. Velike opservatorije za ovo koriste ili kvarcne ili atomske satove.

astrograph

Drugi tip teleskopa je astrograf čija je otvor 20 cm. Fotografska ploča montirana u žarišnoj ravnini leće omogućuje fotografiranje nebeske sfere. Uređaj se koristi za određivanje položaja slabih zvijezda čiji su položaji objavljeni u katalozima i služe kao orijentiri za duboke svemirske slike.

Zrcalni teleskopi

Koriste se ne samo za proučavanje vidljivog dijela elektromagnetskog spektra, već i za susjedna područja kratkih i dugih valnih duljina (ultraljubičasto i infracrveno). Princip djelovanja zrcalnog teleskopa temelji se na činjenici da se svjetlo u fokusu ne lomi, već se reflektira od primarnog zrcala. Obično ima konkavni sferični ili parabolični oblik i invertira sliku u žarišnoj ravnini. Formule za izračunavanje parametara refraktora su iste kao i za difraktore.

Glavno zrcalo se nalazi na donjem kraju cijevi u reflektoru. Njegova je površina prekrivena najtanjim metalnim filmom. Baza je obično izrađena od Pyrex stakla, ali su nove tehnologije dovele do stvaranja materijala s vrlo niskim koeficijentima ekspanzije, koji je potreban da bi se spriječila deformacija kada se temperatura mijenja noću. Refraktori su jeftiniji i ne podliježu kromatskim aberacijama.

Schmidtov teleskop

Bernhard Schmidt, optičar s opservatorija u Hamburgu u Bergedorfu (Njemačka) 1930. godine razvio je katadioptrični teleskop koji zadovoljava zahtjev za snimanjem velikih područja neba. Njegov dizajn kombinira najbolje karakteristike refraktora i reflektora. Primarno zrcalo teleskopa je sferno. Budući da se paralelni svjetlosni zraci odražavaju u središtu sferno zrcalo fokusirajući se dalje od onih koji se reflektiraju od vanjskih područja, Schmidt je uveo korektivnu leću. Budući da je vrlo tanka, kromatska aberacija je mala. Dobivena žarišna ravnina osigurava vidno polje promjera nekoliko stupnjeva.

Teleskopi s više zrcala

Glavni razlog zbog kojeg astronomi grade velike teleskope je povećanje svjetline koja vam omogućuje dublji pogled u svemir. Nažalost, troškovi stvaranja refraktora se povećavaju u kubičnoj ovisnosti o promjeru zrcala. Dakle, za postizanje cilja uz uštedu troškova potrebni su novi, ekonomičniji projekti.

Dva deseta teleskopa s više zrcala Keck Observatory su primjeri takvih napora. Prvi je instaliran na vulkan Mauna Kea, koji se nalazi na jednom od havajskih otoka, 1992., a drugi je dovršen 1996. godine. Svaki od njih se sastoji od 36 susjednih podesivih segmenta zrcala koji se kontroliraju računalom.

Solarni teleskopi

Refraktor i reflektor mogu se koristiti za vizualna opažanja takvih pojava kao što su sunčane pjege ili izbočine. Međutim, poseban tip teleskopa, korištenjem spektroheliografa i koronagrafija, razvijen je za solarna istraživanja. Montiran je u tornjeve i ima vrlo dugačku leću. To osigurava dobar faktor povećanja koji vam omogućuje pregled pojedinih valnih duljina elektromagnetskog spektra. Na vrhu tornja nalazi se ravnomjerno postavljeno ogledalo (intestat), koje usmjerava svjetlo u leću.

Godine 1930. Bernard Liot je izgradio još jedan takav teleskop u Pic-du-Midi opservatoriju (Francuska). Posebno je dizajniran za fotografiranje solarne korone koja se do tada mogla uzeti samo za vrijeme pomračenja. Koronagraf je postavljen na velikoj nadmorskoj visini kako bi se smanjila količina difuznog svjetla koje degradira kvalitetu fotografija. Slični teleskopi također se koriste na SOHO-satelitu, namijenjenom proučavanju Sunca.

Orbitalne opservatorije

Iako astronomi nastavljaju tražiti nova tehnološka otkrića za izgradnju velikih zemaljskih teleskopa, sasvim je očito da je jedino rješenje nekih znanstvenih problema provođenje promatranja izvan Zemljine atmosfere. NASA je pokrenula seriju astronomskih opservatorija u orbitu. Godine 1972. pokrenut je satelit sa 81 cm teleskopom. Hubbleov teleskop s primarnim zrcalom od 2,4 m, koji je započeo s radom 1990., postao je najsloženija svemirska opservatorija, projektirana tako da astronomi mogu vidjeti 300-400 puta više od drugih dopuštenih sustava, bez atmosferskog izobličenja. Opremljen je s 5 glavnih znanstvenih instrumenata:

• širokokutni i planetarni fotoaparat;
• spektrograf za objekte sa slabim zračenjem;
• spektrograf visoke rezolucije;
• neinvazivni fotometar;
• fotoaparata za otkrivanje objekata niskog kontrasta.

Teleskop Hubble je lansiran u orbitu od svemirskog shuttlea na nadmorskoj visini od više od 570 km iznad Zemlje. Ubrzo nakon što su ga postavili u orbitu, znanstvenici su otkrili da pogreška u proizvodnji koja utječe na oblik glavnog zrcala ozbiljno umanjuje sposobnost fokusiranja instrumenta. Defekt je uzrokovao sferičnu aberaciju, koja je ograničila sposobnost jednog od najvećih teleskopa u orbiti da razlikuje prostorne objekte koji su blizu jedan drugome i promatraju udaljene galaksije i kvazare. Znanstvenici su razvili mjere koje su im omogućile da kompenziraju kvar i riješe problem.

Astronomski tranzitni uređaji

Ovi mali, ali vrlo važni teleskopi odigrali su ključnu ulogu u mapiranju nebeske sfere. Astronomski tranzitni uređaji obično su refraktori s otvorima od 15-20 cm, a glavna optička os teleskopa poravnana je s pravcem sjever-jug, tako da je njegovo kretanje ograničeno na meridijansku ravninu promatrača. To osigurava dodatnu stabilnost, ali promatrač mora čekati da nebeski objekt prođe kroz njezin meridijan.

Postoje različiti alati - tranzitni, horizontalni i vertikalni srednji krug. Prve dvije vrste teleskopa određuju pravo uskrsnuće i deklinaciju nebeskih objekata, a vertikalna - samo njihovu deklinaciju. Jedan od najtočnijih astronomskih tranzitnih instrumenata na svijetu je 15-cm teleskop američke mornaričke opservatorije.

astrolab

Prizmatični astrolab koristi se za točno određivanje položaja zvijezda i planeta. Ponekad se koristi za rješavanje inverznog problema - određivanje zemljopisne širine i dužine promatrača iz točno poznatih položaja nebeskih objekata. Otvor prizmatičnog astrolaba je malen i obično 8-10 cm, dok je Mercury i lomljiva prizma drugi glavni dio instrumenta. Slika koja se reflektira od tekućeg metala opaža se zajedno s izravnom slikom kako bi se dobili potrebni podaci o lokaciji. Sedamdesetih godina prošlog stoljeća, dizajn uređaja je poboljšan. Kina je stvorila precizniji automatski astrolab koji se trenutno koristi.