2 телескопы и радиотелескопы их основные характеристики. Виды телескопов
Муниципальное образовательное учреждение
«Лицей №2»
Экзаменационная работа по астрономии (реферат)
Телескопы
Выполнила: Мажарова Евгения,
ученица группы Х 3-1
Проверила: Гончарова Наталья Владимировна,
учитель астрономии
Назначение телескопа..…………………………………………………………...4
Принципиальная схема телескопа……………………………………………….4
Приложение……………………………………………………………………....11
Введение
В своей работе я хочу рассказать о предназначении телескопа, о видах, на которые они делятся, и о их характеристиках. А так же, я бы хотела освятить историю телескопа.
Основным прибором, который используется в астрономии для наблюдения небесных тел, приема и анализа приходящего от них излучения, является телескоп. Слово это происходит от двух греческих слов: tele - далеко и skopeo - смотрю.Основное назначение телескопов - собрать как можно больше излучения от небесного тела. Это позволяет видеть неяркие объекты. Во вторую очередь телескопы служат для рассматривания объектов под большим углом или, как говорят, для увеличения. Разрешение мелких деталей – третье предназначение телескопов. Количество собираемого ими света и доступное разрешение деталей сильно зависит от площади главной детали телескопа - его объектива. Объективы бывают зеркальными и линзовыми.
Телескопы бывают самыми разными – оптические (общего астрофизического назначения, коронографы, телескопы для наблюдения ИСЗ), радиотелескопы, инфракрасные, нейтринные, рентгеновские. Все оптические телескопы можно разделить на три вида:Рефрактор;
Рефлектор;
Зеркально-линзовые.
В телескопах-рефракторах (а) свет собирается 2х-линзовым объективом и фокусируется в точке F. Телескоп-рефлектор же (b) использует для этой цели вогнутое зеркало. В зеркально-линзовых, или катадиоптрических, телескопах (с) применяется сочетание линз и зеркал, что позволяет применять более короткие и портативные трубы. Все телескопы используют окуляр (расположенный за точкой фокуса F) для увеличения изображения, сформированного основной оптической системой.
Телескопы-рефракторы . Главная часть простейшего рефрактора – объектив – двояковыпуклая линза, установленная в передней части телескопа. Объектив собирает излучение. Чем больше размеры объектива D, тем больше собирает излучения телескоп, тем более слабые источники могут быть обнаружены им. Чтобы избежать хроматической аберрации, линзовые объективы делают составными. Однако в случаях, когда требуется свести к минимуму рассеяние в системе, приходится использовать и одиночную линзу. Расстояние от объектива до главного фокуса называется главным фокусным расстоянием F.
Самый большой рефрактор в мире, который находится в Йеркской обсерватории в США, имеет линзу диаметром в 1 м. Линза с большим диаметром была бы слишком тяжела и сложна в изготовлении.
Телескопы-рефлекторы . Основным элементом рефлектора является зеркало – отражающая поверхность сферической, параболической или гиперболической формы. Обычно оно делается из стеклянной или кварцевой заготовки круглой формы и затем покрывается отражающим покрытием (тонкий слой серебра или алюминия). Точность изготовления поверхности зеркала, т.е. максимально допустимые отклонения от заданной формы, зависит от длины волны света, на которой будет работать зеркало. Точность должна быть лучше, чем λ/8. К примеру, зеркало, работающее в видимом свете (длина волны λ = 0,5 микрона), должно быть изготовлено с точностью 0,06 мкм (0,00006 мм).
Зеркально-линзовые (катадиоптрические) телескопы - используют вместе и линзы и зеркала, что дает оптическую конструкцию позволяющую добиться отличного разрешения и качества изображения, при этом используя сверхкороткие, ультрапортативные оптические трубы.
Назначение телескопа
При всем своем многообразии, все телескопы, принимающие электромагнитное излучение, решают две основных задачи:
· создать максимально резкое изображение и, при визуальных наблюдениях, увеличить угловые расстояния между объектами (звездами, галактиками и т. п.);
· собрать как можно больше энергии излучения, увеличить освещенность изображения объектов.
Принципиальная схема телескопа.
Параллельные лучи света (например, от звезды) падают на объектив. Объектив строит изображение в фокальной плоскости. Лучи света, параллельные главной оптической оси, собираются в фокусе F, лежащем на этой оси. Другие пучки света собираются вблизи фокуса – выше или ниже. Это изображение с помощью окуляра рассматривает наблюдатель. Диаметры входного и выходного пучков сильно различаются (входной имеет диаметр объектива, а выходной – диаметр изображения объектива, построенного окуляром). В правильно настроенном телескопе весь свет, собранный объективом, попадает в зрачок наблюдателя. При этом выигрыш пропорционален квадрату отношения диаметров объектива и зрачка. Для крупных телескопов эта величина составляет десятки тысяч раз. Так решается одна из основных задач телескопа – собрать больше света от наблюдаемых объектов. Если речь идет о фотографическом телескопе – астрографе, то в нем увеличивается освещенность фотопластинки.
Вторая задача телескопа – увеличивать угол, под которым наблюдатель видит объект. Способность увеличивать угол характеризуется увеличением телескопа. Оно равно отношению фокусных расстояний объектива F и окуляра f.
.Важнейшими характеристиками телескопа (помимо его оптической схемы, диаметра объектива и фокусного расстояния) являются проницающая сила, разрешающая способность, относительное отверстие и угловое увеличение.
Проницающая сила телескопа характеризуется предельной звездной величиной m самой слабой звезды, которую можно увидеть в данный инструмент при наилучших условиях наблюдений. Для таких условий проницающую силу можно определить по формуле:
m = 2,1 + 5 lgD,
где D – диаметр объектива в миллиметрах.
В этом разделе мы постарались собрать воедино ту обрывочную информацию, которую можно найти в Интернете. Информации много, но она не систематизирована и разрознена. Мы же, руководствуюясь многолетним опытом, систематизировали наши знания для того, чтобы упростить выбор начинающим любителям астрономии.
Основные характеристики телескопов:
Обычно в наименовании телескопа указано его фокусное расстояние, диаметр объектива и тип монтировки.
Например Sky-Watcher BK 707AZ2 , где диаметр объектива - 70 мм, фокусное расстояние - 700 мм, монтировка - азимутальная, второго поколения.
Впрочем фокусное расстояние часто не указывается в маркировке телескопа.
Например Celestron AstroMaster 130 EQ .
Телескоп — это более универсальный оптический прибор чем зрительная труба. Ему доступен больший диапазон кратностей. Максимально доступная кратность определяется фокусным расстоянием (чем больше фокусное расстояние, тем больше кратность).
Чтобы демонстрировать четкое и детализированное изображение на большой кратности, телескоп должен обладать объективом большого диаметра (апертуры). Чем больше, тем лучше. Большой объектив увеличивает светосилу телесокопа и позволяет рассматривать удаленные объекты слабой светимости. Но с увеличением диаметра объектива, увеличиваются и габариты телескопа, поэтому важно понимать в каких условия и для наблюдения каких объектов Вы хотите его использовать.
Как рассчитать кратность (увеличение) телескопа?
Смена кратности в телескопе достигается использованием окуляров с разным фокусным расстоянием. Чтобы рассчитать кратность, нужно фокусное расстояние телескопа разделить на фокусное расстояние окуляра (например телескоп Sky-Watcher BK 707AZ2 c 10 мм окуляром даст кратность 70x).
Кратность нельзя увеличивать бесконечно. Как только кратность превышает разрешающую способность телескопа (диаметр объектива x1.4), изображение становится темным и размытым. Например телескоп Celestron Powerseeker 60 AZ с фокусным расстоянием 700 мм, не имеет смысла использовать с 4 мм окуляром, т.к. в этом случае он даст кратность 175x, что существенно превышает 1.4 диаметра телескопа - 84).
Распространенные ошибки при выборе телескопа
- Чем больше кратность — тем лучше
Это далеко не так и зависит от того, как и в каких условиях будет использоваться телескоп, а также от его апертуры (диаметра объектива).
Если Вы начинающий астролюбитель, не стоит гнаться за большой кратностью. Наблюдение удаленных объектов требует высокой степени подготовки, знаний и навыков в астрономии. Луну и планеты солнечной системы можно наблюдать на кратности от 20 до 100x. - Покупка рефлектора или большого рефрактора для наблюдений с балкона или из окна городской квартиры
Рефлекторы (зеркальные телескопы) очень чувствительны к атмосферным колебаниям и к посторонним источникам света, поэтому в условиях города использовать их крайне непрактично. Рефракторы (линзовые телескопы) большой апертуры всегда имеют очень длинную трубу (напр. при апертуре 90 мм, длина трубы будет превышать 1 метр), поэтому использование их в городских квартирах не представляется возможным. - Покупка телескопа на экваториальной монтировке в качестве первого
Экваториальная монтировка довольно сложна в освоении и требует некоторой подготовки и квалификации. Если вы начинающий астролюбитель, мы бы рекомендовали приобрести телескоп на азимутальной монтировке или на монтировке Добсона. - Покупка дешевых окуляров для серьезных телескопов и наоборот
Качество получаемого изображения определяется качеством всех оптических элементов. Установка дешевого окуляра из бюджетного оптического стекла отрицательно скажется на качестве изображения. И наоборот, установка профессионального окуляра на недорогой прибор, не приведет к желаемому результату.
Часто задаваемые вопросы
- Я хочу телескоп. Какой мне купить?
Телескоп - не та вещь, которую можно купить без всякой цели. Очень многое зависит от того, что с ним планируется делать. Возможности телескопов: показывать как наземные объекты, так и Луну, а также галактики, удаленные на сотни световых лет (только свет от них добирается до Земли за годы). От этого зависит и оптическая схема телескопа. Поэтому нужно сначала определиться с приемлемой ценой и объектом наблюдений. - Я хочу купить телескоп для ребенка. Какой купить?
Специально для детей многие производители ввели в свой ассортимент детские телескопы. Это не игрушка, а полноценный телескоп, обычно длиннофокусный рефрактор-ахромат на азимутальной монтировке: его легко установить и настроить, он неплохо покажет Луну и планеты. Такие телескопы не слишком мощны, но они недороги, а купить более серьезный телескоп для ребенка - всегда успеется. Если, конечно, ребенок заинтересовался астрономией. - Я хочу смотреть на Луну.
Понадобится телескоп «для ближнего космоса». По оптической схеме лучше всего подойдут длиннофокусные рефракторы, а также длиннофокусные рефлекторы и зеркально-линзовые телескопы. Выбирайте телескоп этих видов на свой вкус, ориентируясь на цену и другие нужные вам параметры. Кстати, в такие телескопы можно будет разглядывать не только Луну, но и планеты Солнечной системы. - Хочу смотреть на далекий космос: туманности, звезды.
Для этих целей подойдут любые рефракторы, короткофокусные рефлекторы и зеркально-линзовые телескопы. Выбирайте на свой вкус. А еще некоторые виды телескопов одинаково неплохо подходят и для ближнего космоса, и для дальнего: это длиннофокусные рефракторы и зеркально-линзовые телескопы. - Хочу телескоп, который бы умел все.
Мы рекомендуем зеркально-линзовые телескопы. Они хороши и для наземных наблюдений, и для Солнечной системы, и для глубокого космоса. У многих таких телескопов более простая монтировка, есть компьютерная наводка, и это отличный вариант для начинающих. Но у таких телескопов цена выше, чем у линзовых или зеркальных моделей. Если цена имеет определяющее значение, можно присмотреться к длиннофокусному рефрактору. Для начинающих лучше выбирать азимутальную монтировку: она проще в использовании. - Что такое рефрактор и рефлектор? Какой лучше?
Зрительно приблизиться к звездам помогут телескопы различных оптических схем, которые по результату схожи, но различны механизмы устройства и, соответственно, различны особенности применения.
Рефрактор - телескоп, в котором используются линзы из оптического стекла. Рефракторы дешевле, у них закрытая труба (в нее не попадет ни пыль, ни влага). Зато труба такого телескопа длиннее: таковы особенности строения.
В рефлекторе используется зеркало. Такие телескопы стоят дороже, но у них меньше габариты (короче труба). Однако зеркало телескопа со временем может потускнеть и телескоп «ослепнет».
У любого телескопа есть свои плюсы и минусы, но под любую задачу и бюджет можно найти идеально подходящую модель телескопа. Хотя, если говорить о выборе в целом, более универсальны зеркально-линзовые телескопы. - Что важно при покупке телескопа?
Фокусное расстояние и диаметр объектива (апертура).
Чем больше труба телескопа, тем больше будет диаметр объектива. Чем больше диаметр объектива, тем больше света соберет телескоп. Чем больше света соберет телескоп, тем лучше будет видно тусклые объекты и больше деталей можно будет разглядеть. Измеряется этот параметр в миллиметрах или дюймах.
Фокусное расстояние - параметр, который влияет на увеличение телескопа. Если оно короткое (до 7), большое увеличение получить будет тяжелее. Длинное фокусное расстояние начинается с 8 единиц, такой телескоп больше увеличит, но угол обзора будет меньше.
Значит, для наблюдения Луны и планет нужна большая кратность. Апертура (как важный параметр для количества света) важна, но эти объекты и так достаточно яркие. А вот для галактик и туманностей как раз важнее именно количество света и апертура. - Что такое кратность телескопа?
Телескопы зрительно увеличивают объект настолько, что можно рассмотреть на нем детали. Кратность покажет, насколько можно зрительно увеличить нечто, на что направлен взгляд наблюдателя.
Кратность телескопа во многом ограничена его апертурой, то есть границами объектива. К тому же чем выше кратность телескопа, тем более темным будет изображение, поэтому и апертура должна быть большой.
Формула для расчета кратности: F (фокусное расстояние объектива) разделить на f (фокусное расстояние окуляра). К одному телескопу обычно прилагаются несколько окуляров, и кратность увеличения, таким образом, можно менять. - Что я смогу увидеть в телескоп?
Это зависит от таких характеристик телескопа, как апертура и увеличение.
Итак:
апертура 60-80 мм, увеличение 30-125х - лунные кратеры от 7 км в диаметре, звездные скопления, яркие туманности;
апертура 80-90 мм, увеличение до 200х - фазы Меркурия, лунные борозды 5,5 км в диаметре, кольца и спутники Сатурна;
апертура 100-125 мм, увеличение до 300х - лунные кратеры от 3 км в диаметре, облачности Марса, звездные галактики и ближайшие планеты;
апертура 200 мм, увеличение до 400х - лунные кратеры от 1,8 км в диаметре, пылевые бури на Марсе;
апертура 250 мм, увеличение до 600х - спутники Марса, детали лунной поверхности размером от 1,5 км, созвездия и галактики. - Что такое линза Барлоу?
Дополнительный оптический элемент для телескопа. Фактически он в несколько раз наращивает кратность телескопа, увеличивая фокусное расстояние объектива.
Линза Барлоу действительно работает, но ее возможности не безграничны: у объектива есть физический предел полезной кратности. После его преодоления изображение станет действительно больше, но детали видны не будут, в телескопе будет видно только большое мутное пятно. - Что такое монтировка? Какая монтировка лучше?
Монтировка телескопа - основание, на котором закрепляется труба. Монтировка поддерживает телескоп, а ее специально спроектированное крепление позволяет не жестко закрепить телескоп, но и двигать его по различным траекториям. Это пригодится, например, если нужно будет следить за движением небесного тела.
Монтировка так же важна для наблюдений, как и основная часть телескопа. Хорошая монтировка должна быть устойчивой, уравновешивать трубу и фиксировать ее в нужном положении.
Есть несколько разновидностей монтировок: азимутальная (полегче и попроще в настройке, но тяжело удержать звезду в поле зрения), экваториальная (сложнее в настройке, тяжелее), Добсона (разновидность азимутальной для напольной установки), GoTo (самонаводящаяся монтировка телескопа, потребуется только ввести цель).
Мы не рекомендуем начинающим экваториальную монтировку: она сложна в настройке и использовании. Азимутальная для начинающих - самое то. - Есть зеркально-линзовые телескопы Максутов-Кассегрена и Шмидт-Кассегрена. Какой лучше?
С точки зрения применения они примерно одинаковы: покажут и ближний космос, и дальний, и наземные объекты. Между ними разница не столь значительна.
Телескопы Максутов-Кассегрена за счет конструкции не имеют побочных бликов и их фокусное расстояние больше. Такие модели считаются более предпочтительными для изучения планет (хотя это утверждение практически оспаривается). Зато им понадобится чуть больше времени для термостабилизации (начала работы в жарких или холодных условиях, когда нужно уравнять температуру телескопа и окружающей среды), да и весят они чуть больше.
Телескопы Шмидт-Кассегрена меньше времени потребуют для термостабилизации, будут весить чуть меньше. Но у них есть побочные блики, фокусное расстояние меньше, и меньше контрастность. - Зачем нужны фильтры?
Фильтры понадобятся тем, кто хочет более внимательно взглянуть на объект изучения и лучше его рассмотреть. Как правило, это люди, которые уже определились с целью: ближним космосом или дальним.
Выделяют планетные фильтры и фильтры для глубокого космоса, которые оптимально подходят для изучения цели. Планетные фильтры (для планет Солнечной системы) оптимально подобраны для того, чтобы рассмотреть в деталях определенную планету, без искажений и с наилучшей контрастностью. Дипскайные фильтры (для дальнего космоса) позволят сосредоточиться на отдаленном объекте. Есть также фильтры для Луны, чтобы во всех деталях и с максимальным удобством рассмотреть земной спутник. Для Солнца фильтры тоже есть, но мы бы не рекомендовали без должной теоретической и вещественной подготовки наблюдать Солнце в телескоп: для неопытного астронома велик риск потери зрения. - Какая фирма-производитель лучше?
Из того, что представлено в нашем магазине, рекомендуем обратить внимание на Celestron, Levenhuk, Sky-Watcher. Есть простые модели для начинающих, отдельные дополнительные аксессуары. - Что можно докупить к телескопу?
Варианты есть, и они зависят от пожеланий владельца.
Светофильтры для планет или глубокого космоса - для лучшего результата и качества изображения.
Переходники для астрофотографии - для документирования того, что удалось увидеть в телескоп.
Рюкзак или сумка для переноски - для транспортировки телескопа к месту наблюдений, если оно отдалено. Рюкзак позволит защитить хрупкие детали от повреждений и не потерять мелкие элементы.
Окуляры - оптические схемы современных окуляров различаются, соответственно, сами окуляры различны по цене, углу обзора, весу, качеству, а главное - фокусному расстоянию (а от него зависит итоговое увеличение телескопа).
Конечно, перед такими покупками стоит уточнить, подходит ли дополнение к телескопу. - Где нужно смотреть в телескоп?
В идеале для работы с телескопом нужно место с минимумом освещения (городской засветки фонарями, световой рекламой, светом жилых домов). Если нет известного безопасного места за городом, можно найти место в черте города, но в достаточно малоосвещенном месте. Для любых наблюдений понадобится ясная погода. Глубокий космос рекомендуется наблюдать в новолуние (плюс-минус несколько дней). Слабому телескопу понадобится полнолуние - все равно дальше Луны что-то увидеть будет сложно.
Основные критерии при выборе телескопа
| Оптическая схема . Телескопы бывают зеркальные (рефлекторы), линзовые (рефракторы) и зеркально-линзовые. | |
| Диаметр объектива (апертура) . Чем больше диаметр, тем больше светосила телескопа и его разрешающая способность. Тем более далекие и тусклые объекты в него можно увидеть. С другой стороны, диаметр очень сильно влияет на габариты и вес телескопа (особенно линзового). Важно помнить, что максимальное полезное увеличение телескопа физически не может превышать 1.4 его диаметров. Т.е. при диаметре 70 мм максимальное полезное увеличении такого телескопа будет ~98x. |  |
| Фокусное расстояние — то, как далеко телескоп может сфокусироваться. Большое фокусное расстояние (длиннофокусные телескопы) означает большую кратность, но меньшее поле зрения и светосилу. Подходит для подробного рассматривания малых удаленных объектов. Малое фокусное расстояние (короткофокусные телескопы) означают малую кратность, но большое поле зрения. Подходит для наблюдения протяженных объектов, например, галактик и для астрофотографии. |  |
Монтировка
— это способ крепления телескопа к штативу.
|
Плюсы и минусы оптических схем
Длиннофокусные рефракторы-ахроматы (линзовая оптическая система)
Короткофокусные рефракторы-ахроматы (линзовая оптическая система)
Длиннофокусные рефлекторы (зеркальная оптическая система)
Короткофокусные рефлекторы (зеркальная оптическая система)
Зеркально-линзовая оптическая система (катадиоптрик)
Шмидт-Кассегрен (разновидность зеркально-линзовой оптической схемы)
Максутов-Кассегрен (разновидность зеркально-линзовой оптической схемы)
Что можно увидеть в телескоп?
Апертура 60-80 мм
Лунные кратеры от 7 км в диаметре, звездные скопления, яркие туманности.
Апертура 80-90 мм
Фазы Меркурия, лунные борозды 5,5 км в диаметре, кольца и спутники Сатурна.
Апертура 100-125 мм
Лунные кратеры от 3 км изучать облачности Марса, сотни звёздных галактик, ближайших планет.
Апертура 200 мм
Лунные кратеры 1,8 км, пылевые бури на Марсе.
Апертура 250 мм
Спутники Марса, детали лунной поверхности 1,5 км, тысячи созвездий и галактик с возможностью изучения их структуры.
Астрономия приобретает все большую популярность среди любителей. Наблюдать за небесными телами становится проще ввиду огромного разнообразия приспособлений, использующихся для этих целей. Прежде всего речь идет о телескопах.
Об их особенностях, разновидностях, параметрах и правилах выбора пойдет речь ниже, а начать хотелось бы с того, что каждому прибору есть свое применение, нужно лишь перед покупкой четко сформулировать требования и задачи.
Актуальные вопросы
Выбор телескопа базируется на изучении множества параметров и технических характеристик, однако прежде, чем перейти к их анализу, необходимо решить базовые вопросы.
Что вы хотите увидеть
С помощью хорошего телескопа можно следить за:
Близкими объектами, расположенными в пределах солнечной системы (кометы, планеты, их спутники, солнце и так далее);
Далекими галактиками, туманностями;
Объектами, расположенными на земле.
Безусловно, универсального прибора, который позволил бы охватить все виды наблюдений, не найти, а значит, нужно решить, что будет для вас в приоритете.
Откуда планируете наблюдать
Наверняка вы замечали, что за городом небо выглядит по-особенному. Это видно без специализированного оборудования. Если же вы хотите сделать поездку невероятно интересной и романтичной, захватите с собой телескоп. Для этих целей подойдет модель, которая легко складывается, имеет компактный размер и помещается в сумку.
Для изучения небесных тел из окна квартиры подойдет прибор для близких исследований - в огнях мегаполиса практически нереально разглядеть далекие галактики и туманности.
Пожалуй, наилучшие условия созданы на даче. В таком случае телескоп может быть достаточно объемным, ведь нет необходимости все время перемещать его. Кроме того, вдали от городской иллюминации можно без труда рассмотреть далекие небесные тела, а значит, лучше приобретать прибор с максимальным приближением.
Теоретический базис
Для понимания того, как функционирует телескоп, стоит разобраться с его строением. В числе главных составляющих
. Тубус (труба) - основная часть телескопа, в которой находится объектив. Она может быть открытой или закрытой. Второй вариант предпочтителен, так как защищает телескоп от пыли. Кроме того, такая конструкция не подвержена влиянию потоков воздуха, которые могут существенно ухудшать качество изображения. Тубусы могут иметь разную длину и вес.
. Объектив - главная деталь телескопа, собирающая свет и детализирующая небесные тела.
. Искатель - уменьшенная копия подзорной трубы, которая используется для предварительного обнаружения небесного тела.
. Окуляры - это своего рода лупы, которые позволяют рассматривать предмет, попавший в объектив телескопа. Они характеризуются различными фокусным расстоянием и углом обзора. Для обычных - 40-55 град., широкоугольных и сверхширокоугольных 55-65 град. и 65-80 град. соответственно, ультраширокоугольных - 80 град. и выше. Наиболее комфортны окуляры с большим выносом зрачка.
. Монтировка - это «фундамент» телескопа, механизм, который позволяет наводить его на разные объекты, обеспечивая неподвижность. Монтировка может быть азимутальной (проста в использовании, не требует долгой настройки, имеет 2 оси, подходит для изучения наземных объектов, обзорных наблюдений за небесными телами) и экваториальной (универсальная, позволяет перемещать объектив по полярной оси, зачастую оснащается электрическим приводом и управляется с пульта).
В отдельную категорию выделяют монтировки Добсона, хотя на самом деле они относятся к азимутальным. Они обеспечивают наилучшую апертуру и при этом остаются достаточно компактными и доступными по цене. Наиболее дискуссионные механизмы - так называемые Go-To монтировки. Они создают компьютеризированное наблюдение за небесными телами, что вызывает негодование у многих астрономов, ведь истинное удовольствие приносит поиск объектов по картам и координатам. С другой стороны, автоматизированный подход существенно экономит время.
. Линза Барлоу - оптика, увеличивающая эффективное фокусное расстояние телескопа посредством уменьшения сходимости конуса светового пучка. Это полезный аксессуар, который чаще всего используется с короткофокусными устройствами.
Существует распространенное заблуждение касательно того, что работа телескопа основана на приближении объектов. Это не совсем верно. Принцип его функционирования - в сборе света и направлении его в фокус. Из этого следует, что главный критерий - площадь светоаккумулирующего элемента. Чем она больше, тем больше света собирает телескоп, что в конечном счете обеспечивает лучшую детализацию небесных тел. Именно размер линзы или зеркала влияет на качество изображения, а не сила телескопа или увеличение, хотя эти параметры также важны.
Апертура
Диаметр объектива телескопа - ключевой показатель, отвечающий за детализацию изображения. Чем больше апертура, тем ярче будут небесные тела, даже те, которые расположены совсем далеко и выглядят тускло. При использовании телескопа в городских условиях достаточно линзы или зеркала диаметром 120-150 мм. С таким устройством удастся понаблюдать за объектами Солнечной системы.
Разглядеть туманности и галактики позволит телескоп с апертурой от 200 мм и более. Самые большие модели (по диаметру объектива) идеально подходят для наблюдения за звездами вдали от города, где достаточно темно и нет преград для наслаждения небесными просторами. Такие устройства наиболее дорогие.
Фокусное расстояние
Одна из главных характеристик - расстояние между самим объективом и главным фокусом, измеряемое в миллиметрах. На основании фокусного расстояния окуляра и непосредственно телескопа рассчитывают увеличение (путем деления второго на первое). Предпочтение следует отдавать моделям с большим значением параметра. На телескопах с маленьким фокусным расстоянием труднее получить большое увеличение и обеспечить хорошее качество изображения.
Относительное отверстие
Рассматривая основные параметры, наряду с диаметром объектива и фокусным расстоянием, следует выделить еще один - относительное отверстие. Это величина, равная отношению фокусного к диаметру. Так, для телескопа с диаметром объектива 200 мм и фокусным расстоянием в 1200 мм, относительное отверстие составит 1/6. От этого значения и более телескоп считается быстрым, менее 1/9 - медленным, в диапазоне 1/6-1/9 - средним. При равной апертуре у телескопа с меньшим отверстием будет более длинный тубус, что, в свою очередь, увеличит габариты. Быстрые телескопы более требовательны к окулярам, в то время как с медленными и средними удается получить хорошее изображение при использовании среднестатистического широкоугольного окуляра.
Понятие термостабилизации
Четкий снимок возможен лишь в том случае, если предварительно привести прибор в температурный баланс с окружающей средой. Сколько времени потребуется для этого? Все зависит от параметров телескопа. Временной интервал (при иных равных условиях) увеличивается по мере увеличения апертуры.
Виды телескопов
Исходя из оптической схемы, все приборы делят на три группы:
Рефракторы. Устройства с линзовыми объективами до 120 мм, оптимальны для изучения Луны. Они дают хорошую детализацию и не требуют пошаговой настройки. Главный недостаток - появление хроматической аберрации. Устранить искажение позволит точный расчет параметров линз, расстояния между ними и оправы объектива. Для этих же целей рекомендуют низкодисперсные стекла.
Рефлекторы. Роль объектива в таком приборе выполняет вогнутое стекло. Световой поток отражается, затем собирается главным зеркалом. Устройство требует грамотной настройки, подходит для слежения за далекими небесными телами и туманностями. В числе наиболее популярных - системы Кассегрена и Ньютона.
Катадиоптрики. Это зеркально-линзовые устройства с коротким тубусом и неограниченной апертурой. Они объединили достоинства первых двух разновидностей. В таких моделях компенсированы искажения небесных тел. Телескопы подходят для астрографии и изучения глубокого космоса.
Телескопы для астрофотографии
Устройства, применяемые в астрофотографии, имеют специфические характеристики. В приоритете качество оптической схемы и грамотность настроек. Диаметр объектива должен быть максимальным. Даже при короткой выдержке можно получить качественный снимок за счет аккумуляции большего количества света. Рекомендуют использовать телескопы с экваториальной монтировкой, автоматический привод которых поможет удержать в поле зрения движущиеся тела.
Для астрофотографии подойдут приборы зеркально-линзового типа. У них больше длина фокуса, апертура, а значит, снимок получится более четким.
Детские телескопы
Астрономией интересуются не только взрослые, но и дети. Безусловно, основы выбора телескопов для них несколько отличаются от стандартных «взрослых» критериев. Первый прибор можно смело приобретать ребенку уже в возрасте 8-10 лет. Это должно быть простое устройство, с которым малыш справится самостоятельно.
Оптимален - рефрактор. Он надежен, не требователен в уходе и доступен по цене. Азимутальная монтировка позволит рассмотреть как небо, так и наземные объекты. Для этих целей будет достаточно объектива с апертурой 70 мм. У большинства производителей есть отдельные линейки для юных астрономов.
Распространенные ошибки
В сознании многих неопытных астрономов укрепилось не совсем корректное правило «больше - лучше». Крупногабаритные телескопы далеко не всегда дают хороший результат, в особенности в условиях квартирного использования. В такой ситуации стоит приобрести компактную модель, которую без труда можно будет перемещать в разные точки дома, выбирая оптимальное место для наблюдения.
Еще одна распространенная ошибка - покупка прибора «раз и навсегда». Универсальных устройств не бывает и не стоит пытаться купить телескоп на перспективу. Каждый прибор хорош для определенных целей. Пока вы только осваиваете процесс, стоит присмотреться и задуматься о покупке компактной модели, которая не требует настройки (например, рефрактор с диаметром 90-120 мм). Со временем можно четче сформировать свои потребности и купить более дорогую и функциональную модель телескопа.
До середины XIX в. астрономия была уделом ученых, но позднее телескоп стал находить спрос у любителей. Французский ученый К. Фламмарион основал целое направление научно-популярной литературы, благодаря которой любители приобщились к астрономическим наблюдениям, и, естественно, появился спрос на промышленно изготовленные телескопы.
Существует три основных типа телескопов:
♦ рефлектор (от лат. reflecto - обращаю назад, отражаю) - отражательный телескоп, в котором изображения светил (звезд, планет, Солнца) создаются главным вогнутым зеркалом и вспомогательными выпуклыми или плоскими зеркалами;
♦ рефрактор-телескоп, в котором изображения светил (Солнца, звезд, планет) создаются преломлением световых лучей в линзовом объективе;
♦ катадиоптрический - зеркально-линзовый телескоп. Диапазон качества рефракторов самый широкий - от
самых простых до самых совершенных. Труба у этих телескопов длинная и относительно тонкая. В ее верхней части расположен линзовый объектив, который собирает и фокусирует попадающий в телескоп свет.
Рефракторы имеют надежную конструкцию, которая почти не требует никакого обслуживания. Герметичная труба телескопа предотвращает попадание пыли внутрь трубы и возникновение тепловых воздушных потоков в оптической системе, ухудшающих качество изображения. Но любительские рефракторы имеют небольшую апертуру 1 - от 60 до 130 мм, что бывает недостаточно для многих видов астрономических наблюдений.
На протяжении многих десятилетий лучшим любительским телескопом считался рефлектор. В этих телескопах для собирания и фокусирования света используется большое вогнутое зеркало; окуляр, в который смотрит наблюдатель, обычно расположен на боковой поверхности верхней части трубы телескопа.
У рефлекторов самая низкая стоимость единицы апертуры. Он достаточно прост в изготовлении. Оптическая система рефлектора состоит из двух зеркал, поэтому наблюдатель видит "правильное" изображение, т.е. не зеркально отраженное.
Но рефлекторы требуют дополнительного обслуживания, так как во время работы труба телескопа открыта, что приводит к появлению на оптической поверхности пыли. Необходима периодическая юстировка (настройка) оптической системы. Процедура эта несложная, но утомительная и заключается в регулировке винтов крепления зеркал. Во время наблюдений в открытой трубе телескопа могут возникать (из-за разницы температуры зеркала и окружающего воздуха) воздушные потоки, которые будут ухудшать качество изображения до тех пор, пока не произойдет выравнивания температур.
Катадиоптрические телескопы - зеркально-линзовые, так как в оптических системах этих телескопов используются как линзы, так и зеркала. Наиболее популярным в этом классе является телескоп системы Шмидта-Кассегрена. Он появился в продаже в 1970-х гг. и прочно удерживает свою нишу на рынке телескопов наряду с рефрактором и рефлектором, которые используются для астрономических наблюдений уже много десятилетий.
К достоинствам этого телескопа можно отнести его компактность, приспособленность для фотографических наблюдений. Катадиоптрические телескопы наилучшим образом подходят для занятия астрофотографией. В продаже имеются разработанные специально для монтировок таких телескопов электронные блоки управления приводом часового механизма, повышающие точность слежения за различными небесными объектами.
Однако телескопы Шмидта-Кассегрена уступают по резкости изображения рефлекторам с одинаковой апертурой. Особенно это заметно при наблюдении планет. Стоимость их также превышает стоимость рефлектора с равной апертурой. Кроме того, юстировку этих телескопов невозможно выполнить в домашних условиях.
Всех потребителей телескопов можно разделить условно на 4 группы:
♦ начинающие - не имеющие опыта наблюдений. В круг их интересов попадают любые объекты наблюдения, включая земные. Навыки работы с телескопом и поиска небесных объектов наблюдения минимальные;
♦ интересующиеся - имеют определенный опыт наблюдения различных небесных объектов с элементами формирующихся предпочтений в их выборе. Умеют работать со звездными картами и находить интересующие объекты на небе;
♦ квалифицированные - обладают самыми широкими познаниями в области астрономии. Уделяют очень большое внимание качеству инструмента и принадлежностей. Самые
придирчивые пользователи телескопов. Планируют свои наблюдения и умеют их обрабатывать;
♦ специалисты - обладают углубленными знаниями в области специализации. Очень требовательны к аппаратуре.
Практически все отечественные телескопы предназначены любителям, имеющим некоторые познания из области сферической астрономии и представление о склонении 1 и восхождении светил.
Телескоп выбирается исходя из оптической силы объектива, т.е. диаметра объектива, удобства монтировки или механизма крепления оптической трубы, которая служит для наведения телескопа на небесные объекты, и простоты обслуживания.
Чем больше диаметр объектива, тем больше света он соберет, тем более слабые по яркости объекты можно будет увидеть на фоне неба. Диаметр объектива или зеркала определяет максимальное практическое увеличение системы.
Удобная монтировка (или механическое крепление трубы) также очень существенна при выборе телескопа. Самый удобный тип монтировки - экваториальный, позволяющий вращением только вокруг одной оси компенсировать вращение Земли. Бывают еще азимутальные монтировки, которые требуют одновременного вращения телескопа по двум осям - вертикальной и горизонтальной. Этот тип монтировки удобен только при наличии компьютерного управления или при наблюдении наземных объектов.
Простота обслуживания также учитывается при выборе телескопа. Сюда входит мобильность всей системы, т.е. размеры, масса и необходимость периодической юстировки оптики, т.е. установки оптических элементов в расчетное положение.
Ассортимент телескопов, представленных сегодня на российском рынке, уже достаточно широк и дает свободу выбора для всех групп потребителей.
Среди российских производителей лидирующие позиции занимает Новосибирский приборостроительный завод. До недавнего времени линейка его телескопов ограничивалась классическим рефлектором на немецкой монтировке с диаметром зеркала 65 мм (ТАЛ), 80 мм (ТАЛ-М) и 110 мм (ТАЛ-1). Позже появились модификации с часовым приводом. Сейчас ассортимент этого предприятия значительно расширился за счет включения новых типов телескопов-рефракторов (ТАЛ-IOOR) и катадиоптрических (ТАЛ-200К).
Характеристики нескольких моделей телескопов Новосибирского завода приведена в табл...
Таблица Основные параметры телескопов марки ТАЛ
На российском рынке сегодня появились телескопы мировых лидеров фирм MEADE и CELESTRON, которые дали любителям недоступные ранее возможности - прекрасную оптику, компьютерное управление, цифровую съемку, мобильность. Этими телескопами могут пользоваться люди, не имеющие базовых знаний по астрономии.
С того времени, как любительская астрономия заявила о своем существовании, идеальными телескопами для новичков и более опытных наблюдателей считались рефракторы диаметром от 60 мм и рефлекторы от 110 мм.
Но никогда в телескопах этого класса не использовались достижения электроники и микропроцессорной технологии. Цифровые электронные телескопы MEADE новой серии DS стали одним из самых важных достижений в области любительской астрономической техники за последние 100 лет. Поиск небесных объектов при помощи компьютерной системы Autostar 493, подключенной к панели управления телескопа серии DS, максимально прост. Даже тот, кто никогда не имел дело с телескопами, может быстро освоить управление и найти на небе один из 1586 объектов, заложенных в память телескопа.
Практически все телескопы этой серии имеют отличное по четкости изображение, и выбор между той или иной моделью сводится только к внешним признакам и доступности по цене.
Для наиболее подготовленных наблюдателей фирма MEADE выпускает телескопы с компьютерным управлением серии LX 200.
В табл. приведены основные параметры телескопов серии DS.
Изучать далекие недостижимые небесные объекты можно одним способом - собрав и проанализировав их излучение. Для этой цели и служат телескопы. При всем своем многообразии телескопы, принимающие электромагнитное излучение, решают две основные задачи:
- собрать от исследуемого объекта как можно больше энергии излучения определенного диапазона электромагнитных волн;
- создать по возможности наиболее резкое изображение объекта, чтобы можно было выделить излучение от отдельных его точек, а также измерить угловые расстояния между ними.
В зависимости от конструктивных особенностей оптических схем телескопы делятся на: линзовые системы - рефракторы; зеркальные системы - рефлекторы; смешанные зеркально-линзовые системы, к которым относятся телескопы Б. Шмидта, Д. Д. Максутова и др.
Телескоп-рефрактор в основном используется для визуальных наблюдений. Он имеет объектив и окуляр. Телескоп-рефрактор, совмещенный с фотокамерой, называют астрографом или астрономической камерой. Астрограф по сути представляет собой большой фотоаппарат: в фокальной плоскости его устанавливается кассета с фотопластинкой. Диаметр объективов рефракторов ограничен из-за трудностей отливки крупных однородных блоков оптического стекла, их прогибов и светопоглощения. Наибольший диаметр объектива телескопа-рефрактора, применяемого в настоящее время, - 102 см (Йеркская обсерватория, США). Недостатками такого типа телескопов считаются их значительная длина и искажение изображения. Для устранения оптических искажений используют многолинзовые объективы с просветленной оптикой.
Телескоп-рефлектор имеет зеркальный объектив. В простейшем рефлекторе объектив - это одиночное, обычно параболическое зеркало; изображение получается в его главном фокусе.
По сравнению с рефракторами современные телескопы-рефлекторы имеют намного большие объективы. В рефлекторах с диаметром зеркала свыше 2,5 м в главном фокусе иногда устанавливают кабину для наблюдателя. С увеличением размеров зеркала в таких телескопах приходится применять специальные системы разгрузки зеркал, исключающие их деформации из-за собственной массы, а также принимать меры для предотвращения их температурных деформаций. Сооружение крупных рефлекторов (с диаметром зеркала 4–6 м) сопряжено с большими техническими трудностями. Поэтому разрабатываются конструкции с составными мозаичными зеркалами, отдельные элементы которых требуют точной настройки с помощью специальной следящей аппаратуры, либо конструкции, содержащие несколько параллельных телескопов, сводящих изображение в одну точку.
В небольших и средних по размерам рефлекторах для удобства наблюдения свет отражается дополнительным плоским (вторичным) зеркалом к стенке трубы, где находится окуляр. Рефлекторы используют преимущественно для фотографирования неба, фотоэлектрических и спектральных исследований.
В зеркально-линзовых телескопах изображение получается с помощью сложного объектива, содержащего как зеркала, так и линзы. Это позволяет значительно снизить оптические искажения телескопа по сравнению с зеркальными или линзовыми системами. В телескопах системы Б. Шмидта оптические искажения главного сферического зеркала устраняются с помощью специальной коррекционной пластинки сложного профиля, установленной перед ним. В телескопах системы Д. Д. Максутова искажения главного сферического или эллиптического зеркал исправляются мениском, установленным перед зеркалом. Мениск - это линза с мало отличающимися радиусами кривизны поверхности; такая линза почти не влияет на общий ход лучей, но заметно исправляет искажения оптического изображения.
Основными оптическими параметрами телескопа являются: видимое увеличение, разрешающая способность и проницающая сила.
Видимое увеличение (\(G\)) оптической системы - это отношение угла, под которым наблюдается изображение, даваемое оптической системой прибора, к угловому размеру объекта при наблюдении его непосредственно глазом. Видимое увеличение телескопа можно рассчитать по формуле: \ где \(F_{об}\) и \(F_{ок}\) - фокусные расстояния объектива и окуляра.
Для получения значительного увеличения объективы в телескопах должны быть длиннофокусными (фокусное расстояние в несколько метров), а окуляры - короткофокусными (от нескольких см до 6 мм). Неспокойная атмосфера Земли вызывает дрожание и искажение изображения, размывает его детали. Поэтому даже на крупных телескопах редко устанавливают увеличение более 500 раз.
Под разрешающей способностью (\(\psi\)) оптического телескопа понимают наименьшее угловое расстояние между двумя звездами, которые могут быть видны в телескоп раздельно. Теоретически разрешающая способность (в секундах дуги) визуального телескопа для желто-зеленых лучей, к которым наиболее чувствителен глаз человека, может быть оценена при помощи формулы: \[\psi = \frac{{140}""}{D},\] где \(D\) - диаметр объектива телескопа в миллиметрах. На практике из-за постоянных перемещений воздушных масс разрешающая способность телескопов снижается. В итоге наземные телескопы, как правило, обеспечивают разрешающую способность около \({1}""\), и только в редких случаях при весьма благоприятных атмосферных условиях удается достичь разрешающей способности в несколько десятых долей секунды.
Также важной характеристикой телескопа является проницающая сила (\(m\)), которая выражается предельной звездной величиной светила, доступного наблюдению с помощью данного телескопа при идеальных атмосферных условиях.
Для телескопов с диаметром объектива \(D\) (мм) проницающая сила \(m\), выраженная в звездных величинах при визуальных наблюдениях, оценивается формулой: \
С 1995 г. работают два одинаковых 10-метровых телескопа «Кек-1» и «Кек-2» в обсерватории Мауна-Кеа (США). Каждое зеркало телескопа состоит из 36 сегментов. Качеством изображения телескопов руководит адаптивная оптика, управляющая каждым сегментом зеркала. По разрешающей способности такой телескоп приближается к космическому. Обсерватория расположена на высоте 4250 м над Тихим океаном на Гавайских островах.
Оптика космического телескопа им. Эдвина Хаббла приближается к идеальной оптической системе. Вне атмосферы зеркало этого телескопа диаметром 2,4 м позволяет достичь разрешения \({0,06}""\).
Значительными возможностями обладает телескоп VLT (англ. Very Large Telescope - очень большой телескоп), принадлежащий европейским странам и установленный на горе Параналь (высота 2635 м) на севере Чили. Телескоп VLT состоит из четырех телескопов, каждый из которых имеет диаметр 8,2 м. Крайние телескопы разнесены один от другого на расстояние 200 м, что позволяет всему комплексу работать в режиме оптического интерферометра . Это означает, что если телескопы направлены на одну и ту же звезду, то собранное ими излучение суммируется, а разрешающая способность совместно работающих телескопов эквивалентна применению зеркала диаметром 200 м.
Количество построенных во всем мире телескопов с диаметром зеркала больше шести метров приближается к двадцати.
Собранное объективом телескопа излучение регистрируется и анализируется приемником излучения. На протяжении первых двух с половиной веков с начала телескопической эры единственным приемником излучения служил человеческий глаз. Однако это не только не очень чувствительный, но и достаточно субъективный приемник излучения. С середины ХIХ в. в астрономии стали широко применяться фотографические методы. Фотографические материалы (фотопластинки, фотопленки) обладают рядом ценных преимуществ по сравнению с человеческим глазом. Фотоэмульсия способна суммировать падающую на нее энергию, т. е., увеличивая выдержку на негативе, можно собрать больше света. Фотография позволяет документировать события, так как негативы могут храниться в течение долгого времени. Фотопластинки обладают панорамностью, т. е. могут одновременно и точно фиксировать множество объектов.
Самые крупные современные телескопы управляются компьютерами, а полученные изображения космических объектов фиксируются в форме, которая обрабатывается компьютерными программами. Фотография почти вышла из употребления. В последние десятилетия получили широкое распространение фотоэлектрические приемники излучения , сведения от которых передаются непосредственно на компьютер. К таким приборам относятся ПЗС-матрицы (приборы с зарядовой связью). ПЗС-матрица - это интегральная схема, размещенная на полупроводниковом материале, которая превращает световую энергию излучения в энергию электрического тока. Сила тока пропорциональна интенсивности светового потока. Такие приборы обладают высокой эффективностью в регистрации световых квантов (квантовым выходом): используется до 80 % от общего их количества.
Компьютерная обработка изображения позволяет избавиться от помех и фона, создаваемых рассеянием света в атмосфере Земли и турбулентностью атмосферы.