Рефлектор (телескоп)

Что используют для пайки

Характеристика рефлекторных телескопов

Идея о том, что изогнутые зеркала ведут себя как линзы, восходит, по крайней мере, к трактату Альфазена XI века по оптике — работе, которая широко распространялась в латинских переводах в Европе раннего модерна. Вскоре после изобретения преломляющего телескопа Галилео, Джованни Франческо Сагредо и другие, вдохновленные их знанием принципов изогнутых зеркал, обсуждали идею построения телескопа с использованием зеркала в качестве инструмента формирования изображения. Сообщалось, что Болоньезе Чезаре Караваджи построил первый рефлекторный телескоп около 1626 года. Итальянский же профессор Никколо Цуччи в более поздней работе написал, что экспериментировал с вогнутым бронзовым зеркалом в 1616 году, но сказал, что он не дает удовлетворительного изображения.

Увеличение телескопа: так ли оно важно?

В отличие от биноклей, для которых увеличение – базовый параметр, телескопы вообще не имеют увеличения как такового. Точнее, оно подсчитывается для каждого используемого окуляра по формуле

То есть рефрактор с фокусом 1000 мм + окуляр 4 мм обеспечат рабочую кратность 250x: много это или мало для телескопа? Для аматорского рефрактора, да и вообще для оптики любительского уровня это, честно говоря, слишком много.

Вы сами увидите, что на увеличении до 100х картинка выглядит контрастнее, лучше видны детали и шире сектор обзора. К тому же на небольших кратностях удобнее вести наблюдения за счет того, что не нужно «вжиматься» глазом в окуляр. Как правило, чем больше фокус (и меньше увеличение) окуляра, тем больше вынос выходного зрачка – расстояние, на которое можно отодвинуться от глазной линзы окуляра.

Наибольшее из комфортных для работы увеличений определяется апертурой телескопа. Апертура (D) – это просто диаметр объектива телескопа в миллиметрах. Максимальное полезное увеличение приближенно равно 2D, т.е. для модели с апертурой 120 мм оно составит 240x. Есть ли смысл подбирать окуляр, реализующий такую кратность? Да, но только в расчете на исследования ближайших планет – Марса, Венеры, Юпитера. При этом обзорные наблюдения и изучение слабосветящихся протяженных объектов будут невозможными из-за малого поля зрения и низкой светосилы телескопа.

У эксклюзивного телескопа доктора Эрхарда Хэнссгена из Бранденбурга апертура превышает 1 м: теоретически, максимальная полезная кратность такой оптики – 2000x! Больше фото на cruxis.com/scope/scope1070.htm

Минимальное полезное увеличение = D/6, для телескопа с апертурой 120 мм оно равно 20x. Такое увеличение еще называют равнозрачковым: смысл в том, что на меньших кратностях выходной зрачок телескопа будет больше, чем диаметр человеческого зрачка, и часть собранного объективом света будет потрачена зря. Применение телескопа на до-равнозрачковых кратностях нецелесообразно: лучше воспользоваться астрономическим биноклем или подзорной трубой

Интуитивно это понятно и без подсчетов, так что при выборе телескопа на данный параметр редко обращают внимание

Схемы из статьи Wikipedia

Но углубляться в эту науку новичку не обязательно: в комплект любого приличного телескопа входят 2-3 подходящих окуляра для начала исследований.

Примечания

  1. Rupert Hall A. Isaac Newton: Adventurer in Thought. — Cambridge University Press, 1996. — P. 67. — ISBN 0-521-56221-X.
  2. Панов В. А. Справочник конструктора оптико-механических приборов. — 1-е изд. — Л.: Машиностроение, 1991. — С. 81.
  3. Турыгин И. А. Прикладная оптика. — 1-е изд. — М.: Машиностроение, 1966.
  4. 12 Энциклопедический словарь юного астронома / Сост. Н. П. Ерпылев. — 2-е изд. — М.: Педагогика, 1986. — С. 234—235. — 336 с.
  5. Навашин, 1979.
  6. Сикорук.
  7. Максутов, 1979.
  8. Korsch, Dietrich. Closed Form Solution for Three-Mirror Telescopes, Corrected for Spherical Aberration, Coma, Astigmatism, and Field Curvature (англ.) // Applied Optics : journal. — 1972. — December (vol. 11, no. 12). — P. 2986—2987. — DOI:10.1364/AO.11.002986. — Bibcode: 1972ApOpt..11.2986K.
  9. LBT — Optics (англ.). Дата обращения 30 мая 2013. Архивировано 30 мая 2013 года.
  10. 12 The World’s Largest Optical Telescopes (англ.). — Список крупнейших оптических телескопов. Дата обращения 25 сентября 2009. Архивировано 24 августа 2011 года.

Светосила, Относительное отверстие

Понятия эти тесно связаны, и соответствующие величины отличаются лишь коэффициентом. Для простоты будем считать, что это одно и то же. Итак, диаметром Относительного Отверстия, или Светосилой, называют отношение апертуры к фокусному расстоянию.

К примеру, упомянутый рефрактор 120 мм/1000 мм имеет светосилу 1/8.3 единиц. Обобщенно, по диаметру относительного отверстия (ОО) телескопы подразделяют на:

  • более 1/6 – «быстрые» (лучший выбор для астрофото);
  • от 1/6 до 1/8 – светосильные, обзорные (для изучения протяженных объектов);
  • 1/8 до 1/10 – универсалы (должны комплектоваться набором разнофокусных окуляров);
  • менее 1/10 – длиннофокусные (для исследования удаленных/ компактных объектов).

Эпитет «быстрый» пришел в астрономический лексикон из астрофотографии: там он означает возможность снимать построенное оптикой изображение на коротких выдержках. Другими словами, чем больше света соберет объектив, тем меньше времени понадобится на экспонирование кадра. Да и при визуальных наблюдениях в светосильный телескоп вы разглядите больше деталей, чем на том же увеличении в длиннофокусный.

Закономерность такова: чем больше относительное отверстие прибора (меньше знаменатель дроби 1/**), тем более тусклые объекты он сможет разглядеть на темном фоне и увеличить без потери контраста. Пример: рефрактор с параметрами 120/1000 мм имеет более «зоркий глаз», чем аналогичная модель 90/900 мм (OO=1/10 < 1/8.3).

Вид на одно и то же созвездие через телескопы с апертурой 50 мм (слева) и 150 мм (справа): в крупноапертурный видны двойные и тусклые звезды

Вы можете задуматься: «Насколько важным фактором выбора является качество оптики?» Ответ – одним из основных. От типа оптической системы, сорта стекла и кривизны оптических поверхностей зависит, будет ли формируемое изображение подвержено аберрациям – оптическим искажениям.

Углубляться в тему аберраций здесь нет резона: описания комы, дисторсии и пр. ничего не скажут человеку, который ни разу не смотрел в телескоп. Да и если вы осозна́ете, что радужная кайма вокруг построенной бюджетным рефрактором картинки – это хроматизм, изменится ли общее впечатление от просмотра? Но чтобы предупредить разочарования, в разделе будут указаны аберрации, которыми «болеют» различные конструкции, и способы их исправления.

Сферическая аберрация, кома и два вида астигматизма (в порядке следования) Примеры искажений в астрофотографии можно посмотреть на eckop.com/aberrations

Крупнейшие оптические телескопы

Телескопы-рефракторы

Обсерватория Местонахождения Диаметр, см / дюйм Год сооружения / демонтажа Примечания
Телескоп всемирной Парижской выставки 1900 года. Париж 125 / 49.21″ 1900 / 1900 Самый крупный рефрактор в мире, из когда либо построенных. Свет от звёзд направлялся в объектив неподвижного телескопа с помощью сидеростата .
Йеркская обсерватория Уильямс Бэй, Висконсин 102 / 40″ 1897 Крупнейший рефрактор в мире 1897-1900 гг. После демонтажа телескоп всемирной Парижской выставки 1900 года снова стал крупнейшим из эксплуатируемых рефракторов. Рефрактор Кларка .
Обсерватория Лика гора Гамильтон, Калифорния 91 / 36″ 1888
Парижская обсерватория Медон , Франция 83 / 33″ 1893 Двойной, визуальный объектив 83 см, фотографический — 62 см.
Потсдам , Германия 81 / 32″ 1899 Двойной, визуальный 50 см, фотографический 80 см.
Обсерватория Ниццы Франция 76 / 30″ 1880
Пулковская обсерватория Санкт-Петербург 76 / 30″ 1885
Обсерватория Аллегейни Питтсбург , Пенсильвания 76 / 30″ 1917 Рефрактор Thaw
Гринвичская обсерватория Гринвич , Великобритания 71 / 28″ 1893
Гринвичская обсерватория Гринвич , Великобритания 71 / 28″ 1897 Двойной, визуальный 71 см, фотографический 66
Обсерватория Архенхольда Берлин , Германия 70 / 27″ 1896 Самый длинный современный рефрактор

Солнечные телескопы

Обсерватория Местонахождения Диаметр, м Год сооружения
Китт-Пик Тусон, Аризона 1,60 1962
Сакраменто-Пик Санспот, Нью-Мексико 1,50 1969
Крымская астрофизическая обсерватория Крым 1,00 1975
Шведский солнечный телескоп Пальма , Канары 1,00 2002
Китт-Пик , 2 штуки в общем корпусе с 1,6 метра Тусон, Аризона 0,9 1962
Тейде Тенерифе , Канары 0,9 2001
Саянская солнечная обсерватория , Россия Монды , Бурятия 0,8 1975
Китт-Пик Тусон, Аризона 0,7 1973
, Германия Тенерифе , Канары 0,7 1988
Митака Токио , Япония 0,66 1920

Камеры Шмидта

Обсерватория Местонахождения Диаметр коррекционной пластины — зеркала, м Год сооружения
Обсерватория Карла Шварцшильда Таутенбург , Германия 1,3-2,0 1960
Паломарская обсерватория гора Паломар, Калифорния 1,2-1,8 1948
Обсерватория Сайдинг-Спринг Кунабарабран , Австралия 1,2-1,8 1973
Токийская астрономическая обсерватория Токио , Япония 1,1-1,5 1975
Европейская южная обсерватория Ла-Силья, Чили 1,1-1,5 1971

Телескопы-рефлекторы

Название Местонахождения Диаметр зеркала, м Год сооружения
Гигантский южно-африканский телескоп , SALT Сатерленд , ЮАР 11 2005
Большой Канарский телескоп Пальма , Канарские острова 10,4 2002
Телескопы Кек Мауна-Кеа , Гавайи 9,82 × 2 1993, 1996
Телескоп Хобби-Эберли , HET Джефф-Дэвис , Техас 9,2 1997

> Виды телескопов

Все оптические телескопы группируются по виду светособирающего элемента на зеркальные, линзовые и комбинированные

Каждый тип телескопов имеет свои достоинства и недостатки, поэтому, выбирая оптику, нужно принимать во внимание следующие факторы: условия и цели наблюдения, требования к весу и мобильности, цене, уровню аберрации. Охарактеризуем наиболее популярные виды телескопов

Предельная звёздная величина (m)

Предельная звёздная величина, которая видна в телескоп, в зависимости от апертуры:
m=2.1+5*lg(D), где D – диаметр телескопа в мм., lg — логарифм.
Если возьмётесь расчитывать, то увидите, что предельная звёздная величина,
доступная нашему глазу через самый большой «магазинный» телескоп с апертурой 300мм — около 14,5m.
Более слабые объекты ищутся через фотографирование и последующую компьютерную обработку кадров.

Предельные звёздные величины (m) в зависимости от апертуры телескопа (D)
D, мм m D, мм m
32 9,6 132 12.7
50 10,6 150 13
60 11 200 13,6
70 11,3 250 14,1
80 11,6 300 14,5
90 11,9 350 14,8
114 12,4 400 15,1
125 12,6 500 15,6

На деле значения будут немного отличаться из-за разницы световых потерь в разных конструкция телескопов.
При одинаковой апертуре D, выше всего предельная звёздная величина в линзовых телекопах-рефракторах.
В зеркальных рефлекторах потери выше — очень грубо можно отнять 10-15%.
В катадиопртиках потери самые большие, соответственно и предельная звёздная величина самая маленькая.
Также велики потери в биноклях из-за наличия нескольких преломляющих призм — их я имел ввиду, дав диаметры 32 и 50 мм.
То есть, в биноклях предельная звёздная величина будет гораздо меньше табличной. На сколько — зависит от качества марки бинокля, в частности от качества просветляющего покрытия всех поверхностей — это нельзя предсказать для всех моделей.
Сложные и дорогие окуляры тоже задерживают свет за счёт большего количества линз — неизбежная плата за качество изображения
(хотя, их качественные просветляющие покрытия частично снижают этот недостаток).
То есть, при одинаковой апертуре, в линзовый телескоп-рефрактор с самым простеньким окуляром вы увидите максимум возможного при данном D.
Но, поскольку, рефракторы больших диаметров дороги, то за те же деньги можно взять гораздо более апертуристый рефлектор и увидеть значительно больше.

Подъемные шторы

История изобретения

Первый телескоп-рефрактор был сконструирован в 1609 году Галилеем. Галилей, основываясь на слухах об изобретении голландцами зрительной трубы, разгадал её устройство и изготовил образец, который впервые использовал для астрономических наблюдений.
Первый телескоп Галилея имел апертуру 4 сантиметра, фокусное расстояние около 50 сантиметров и степень увеличения 3×. Второй телескоп имел апертуру 4,5 сантиметра, фокусное расстояние 125 сантиметров, степень увеличения 34×. Все телескопы Галилея были весьма несовершенны, но несмотря на это, в течение двух первых лет наблюдений ему удалось обнаружить четыре спутника планеты Юпитер, фазы Венеры, пятна на Солнце, горы на Луне (дополнительно была измерена их высота), наличие у Сатурна «придатков» с двух противоположных сторон (природу этого явления Галилей разгадать не смог).

Принцип работы телескопов с автонаведением

Сегодня производители оптических приборов изготавливают телескопы, оснащенные компьютеризированными системами, благодаря которым любой небесный объект можно наблюдать, нажав пару кнопок. Системы, именуемые «гоу-ту», полностью изменили представления о любительских наблюдениях.

В ручной пульт встраивается специализированный компьютер, оснащенный кнопками и оборудованный дисплеем (текстовым, графическим). В памяти компьютера имеется база с координатами небесных тел. Пользователь телескопа, выбирая из каталога нужный объект, набирает его название и указывает числовое обозначение.

Система способна быстро вычислять положения светил, движущихся по небу, и моделировать звездное небо, учитывая местоположение наблюдателя и время. Собрав все данные, система подает команды моторам телескопа, которые поворачивают трубы аппарата в нужном направлении. Но нужны подготовительные работы в виде правильной установки оборудования.

«Привязка» обычно осуществляется по двум (трем, четырем) опорным звездам . Когда пользователь введет местоположение, время и дату, телескоп моментально наведется на нужную звезду, но возможны ошибки. Поэтому компьютер телескопа направляет его трубу на яркую звезду, находящуюся над горизонтом. Кнопками управления следует разместить звезду в центре поля зрения окуляра.

После разворота телескопа на другую опорную звезду, надо процедуру повторить. Только после этого аппарат сможет точно навестись на выбираемый объект. Надо отметить, что новейшие телескопы уже способны самостоятельно выполнить привязку, используя встроенные: — Приемник GPS; — Компас; — Фотокамеру.

Можно порекомендовать оптические приборы от «Levenhuk», SkyMatic 105 (135) GTA. Они управляются системой SynScan AZ (данные на 43.000 объектов). Телескопами можно управлять при помощи ПК или GPS-модуля. Они подойдут для исследования слабых объектов.

А вот для наблюдения небесных тел далекого космоса советуем использовать рефлекторы Messier NT-150S (203), предлагаемые «Bresser«. Трубы телескопов монтируются на экваториальную установку (она жесткая), а система обладает контроллером (Autostar 497) автонаведения. Данный контроллер состоит из базы данных, где имеется информация на 30 тысяч небесных объектов. Телескопы можно соединять с ПК.

Конструкция

Оптический телескоп представляет собой трубу, имеющую объектив и окуляр и установленную на монтировке, снабжённой механизмами для наведения на объект наблюдения и слежения за ним. Задняя фокальная плоскость объектива совмещена с передней фокальной плоскостью окуляра. В фокальную плоскость объектива вместо окуляра может помещаться фотоплёнка или матричный приёмник излучения.

По своей оптической схеме делятся на:

  • Линзовые (рефракторы или диоптрические) — в качестве объектива используется линза или система линз.
  • Зеркальные (рефлекторы или катаптрические) — в качестве объектива используется вогнутое зеркало.
  • Зеркально-линзовые телескопы (катадиоптрические) — в качестве объектива используется сферическое зеркало, а линза, система линз или мениск служит для компенсации аберраций.

Оптические телескопы

TMT телескоп Гавайи

Телескоп представляет собой трубу (сплошную, каркасную), установленную на монтировке, снабжённой осями для наведения на объект наблюдения и слежения за ним. Визуальный телескоп имеет объектив и окуляр. Задняя фокальная плоскость объектива совмещена с передней фокальной плоскостью окуляра. В фокальную плоскость объектива вместо окуляра может помещаться фотоплёнка или матричный приёмник излучения. В таком случае объектив телескопа, с точки зрения оптики, является фотообъективом. Телескоп фокусируется при помощи фокусера (фокусировочного устройства).

По своей оптической схеме большинство телескопов делятся на:

  • Линзовые (рефракторы или диоптрические) — в качестве объектива используется линза или система линз.
  • Зеркальные (рефлекторы или катаптрические) — в качестве объектива используется вогнутое зеркало.
  • Зеркально-линзовые телескопы (катадиоптрические) — в качестве объектива используется сферическое зеркало, а линза, система линз или мениск служит для компенсации аберраций.

Кроме того, для наблюдений за Солнцем профессиональные астрономы используют специальные солнечные телескопы, отличающиеся конструктивно от традиционных звездных телескопов.

В любительской астрономии помимо сфокусированного изображения используется несфокусированное, полученное выдвижением окуляра — для оценки блеска туманных объектов, например, комет, сравнением с блеском звёзд. Для подобной оценки блеска Луны в полнолуние, например, во время лунного затмения, используется «перевёрнутый» телескоп — наблюдение Луны в объектив.

Рефлекторы. Типы устройств

Напомним, что такое рефлектор — это отражатель света и радио- и телеволн в форме изогнутого зеркала (параболоид вращения), фокусирующий лучи в нужной области. Они бывают разных видов и применяются в разных областях техники: теле- и радиосвязь, космические и астрономические радиоантенны, спутниковая связь и другое. Они состоят из одного или нескольких зеркал, которые обеспечивают отражение электромагнитных (световых) или звуковых волн. Отражающая поверхность рефлекторов, как правило, зеркальная. Применение — это разработка радаров, использование фазированных антенных решеток и специализированных следящих антенных систем. То есть в основном это касается военной области.

Рефлектор антенны — это вторичный излучатель. По отношению к первичному (то есть к параболоиду) он находится напротив главной диаграммы (лепесток диаграммы направленности принимающей стороны) с целью увеличения принимаемого сигнала. Прямофокусная параболическая зеркальная антенна давно и эффективно используется в дальней спутниковой и космической связи, измерения и распознавания квазаров, нейтронных звезд и других экзотических объектов.

Главным лепестком принимающего сигнала принято считать участок в поле диаграммы направленности, где уровень сигнала и насыщенность ЭМ-поля максимально увеличена.

Первый телескоп

Известно, что первый телескоп создал Галилео Галилей. Хотя немногие знают, что он использовал ранние открытия других учёных. Например, изобретение зрительной трубы для мореплавания.Кроме того, мастера по стеклу уже создали очки. Вдобавок, использовались линзы. И эффект преломления и увеличения стекла был более или менее изучен.

Первый телескоп Галилея

Безусловно, Галилео добился значительного результата в исследовании данной области. К тому же, он собрал и усовершенствовал все наработки. И в итоге, разработал и представил первый в мире телескоп. По правде, он имел лишь трёхкратное увеличение. Но отличался высоким на тот момент качеством изображения.

Кстати, именно Галилей назвал свой разработанный объект телескопом.В дальнейшем, учёный не остановился на достигнутом

Он усовершенствовал прибор до двадцати кратного увеличения картинки.Важно, что Галилео не только разработал телескоп. Более того, он первым использовал его для исследования космоса

Кроме того, он сделал массу астрономических открытий.

Галилео Галлилей

Система Шмидта

Принцип действия системы, позже Шмидт установил на место ограничивающей диафрагмы корректор сферической аберрации. Оптическая схема телескопа Шмидта — Кассегрена. В 1930 эстонско-шведский оптик, сотрудник Гамбургской обсерватории Бернхард Шмидт установил в центре кривизны сферического зеркала диафрагму, сразу устранив и кому и астигматизм. Для устранения сферической аберрации он разместил в диафрагме линзу специальной формы, которая представляет собой поверхность 4-го порядка. В результате получилась фотографическая камера с единственной аберрацией — кривизной поля и удивительными качествами: чем больше светосила камеры, тем лучше изображения, которые она даёт, и больше поле зрения


Телескоп Шмидта-Кассегрена.

В 1946 Джеймс Бэкер установил в камере Шмидта выпуклое вторичное зеркало и получил плоское поле. Несколько позже эта система была видоизменена и стала одной из самых совершенных систем: Шмидта — Кассегрена

, которая на поле диаметром 2 градуса даёт дифракционное качество изображения. В качестве вторичного зеркала обычно используется алюминированная центральная часть обратной стороны корректора. Существует также система Шмидта-Ньютона . Телескоп Шмидта очень активно используется в астрометрии для создания обзоров неба. Основное его преимущество — очень большое поле зрения, до

. Фокальная поверхность является сферой, поэтому астрометристы обычно не исправляют кривизну поля, а вместо этого используют выгнутые фотопластинки.

Система Максутова

Оптическая схема телескопа Максутова — Кассегрена В 1941 Д. Д. Максутов нашёл, что сферическую аберрацию сферического зеркала можно компенсировать мениском большой кривизны. Найдя удачное расстояние между мениском и зеркалом, Максутов сумел избавиться от комы и астигматизма. Кривизну поля, как и в камере Шмидта, можно устранить, установив вблизи фокальной плоскости плоско-выпуклую линзу — так называемую линзу Пиацци-Смита

Проалюминировав центральную часть мениска, Максутов получил менисковые аналоги телескопов Кассегрена и Грегори. Были предложены менисковые аналоги практически всех интересных для астрономов телескопов. В частности, в современной любительской астрономии часто применяются телескопы Максутова — Кассегрена

, и, в меньшей степени, Максутова — Ньютона и Максутова — Грегори .


Телескоп Максутова-Кассегрена диаметром 150 мм Следует отметить, что существует два основных типа телескопов Максутова-Кассегрена, различие между которыми состоит в типе вторичного зеркала. В одном случае вторичное зеркало, как было указано выше, является алюминированным кружком на внутренней поверхности мениска. Это упрощает и удешевляет конструкцию. Однако, так как радиусы кривизны внешней и внутренней поверхности мениска одинаковы, для устранения сферической аберрации до приемлемых величин приходится увеличивать фокальное отношение системы. Так, абсолютное большинство коммерчески выпускающихся небольших телескопов любительского класса являются длиннофокусными- имеют фокальное отношение порядка 1/12-1/15

Телескопы этого типа (в англоязычных источниках) обозначаются как Gregory- Maksutov или Spot- Maksutov, поскольку патент на такую схему (и тип вторичного зеркала) был выдан американскому оптику и инженеру Джону Грегори (John F. Gregory, годы жизни 1927—2009). Первым коммерческим любительским телескопом такого типа был Questar, выпущенный в 1954 г

Для создания более светосильных систем и телескопов высокого класса применяют отдельное вторичное зеркало, крепящееся к мениску. Наличие отдельного зеркала позволяет придать ему необходимую геометрическую форму, не изменяя при этом конструкцию мениска. В англоязычных источниках данный вариант телескопа Максутова обозначатеся Maksutov — Sigler или Maksutov — Rutten.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий