Главная > Гормональное > Школьная энциклопедия. Как устроены телескопы различных оптических схем? На чем основано действие всех телескопов


Школьная энциклопедия. Как устроены телескопы различных оптических схем? На чем основано действие всех телескопов




Прежде чем переходить к описанию систем и устройства телескопов сначала немного поговорим о терминологии, чтобы в дальнейшем не возникало вопросов при изучении этих астрономических приборов. Итак, начнем…
Каким бы странным человеку незнакомому с астрономией это не показалось, но в телескопах главное не увеличение, а диаметр входного отверстия (апертуры ), через которое свет попадает в прибор. Чем больше апертура телескопа, тем больше он соберет света и тем более слабые объекты в него удастся рассмотреть. Измеряется в мм. Обозначается D .
Следующий параметр телескопа — фокусное расстояние . Фокусное расстояние (F ) — расстояние, на котором линзы объектива или главное зеркало телескопа строят изображение наблюдаемых объектов. Измеряется также в мм. Окуляры, как приборы состоящие из линз, тоже имеют свое фокусное расстояние (f ). Увеличение телескопа можно посчитать разделив фокусное расстояние телескопа на фокусное расстояние используемого окуляра. Таким образом, меняя окуляры, можно получать разные увеличения. Но их цифра не может быть бесконечной. Верхний предел увеличений для каждого телескопа тоже ограничен. Как показывает практика, он равен в среднем удвоенному диаметру телескопа. Т.е. если у нас телескоп диаметром 150мм, то максимальное увеличение, которое можно получить на нем равно где-то тремстам кратам — 300х. Если ставить большие увеличения, качество картинки будет существенно ухудшаться.

Еще один термин — относительное отверстие . Относительное отверстие — это отношение диаметра объектива к его фокусному расстоянию. Оно записывается так 1/4 или 1/9. Чем меньше это число, тем длинее труба нашего телескопа (больше фокусное расстояние).
Как узнать звезды какой величины на пределе могут быть видны в наш телескоп?
А для этого нам пригодится парочка несложных формул -
Предельная звездная величина m = 2 + 5 lg D , где D — диаметр телескопа в мм.
Предельное разрешение телескопа (т.е. когда две звезды еще не сливаются в одну точку) равно
r = 140 / D , где D выражено в мм.
Эти формулы справедливы только для идеальных условий наблюдения в безлунную ночь при прекрасной атмосфере. В реальности ситуация с этими параметрами хуже.

Теперь перейдем к изучению систем телескопов. За всю историю астрономии было изобретено большое количество оптических схем телескопов. Все они делятся на три основных типа -
Линзовые телескопы (рефракторы ). У них объективом служит линза или система линз.
Зеркальные телескопы (рефлекторы ). У этих телескопов поступающий в трубу свет улавливает сперва главное зеркало.
Зеркально-линзовые телескопы (катадиоптрические ). В них используются и те и другие оптические элементы, чтобы нивелировать недостатки обеих предыдущих систем.
Все системы не являются идеальными, у каждой есть свои плюсы и минусы.
Схема основных систем телескопов -

Разберем устройство телескопа. На следующей иллюстрации указаны все детали небольшого любительского прибора -

Про сменные окуляры мы уже слышали. Для удобства наблюдений в околозенитной области в телескопах-рефракторах, а также зеркально-линзовых приборах часто используют зенитные призмы или зеркала. В них ход лучей изменяется на девяносто градусов и наблюдателю становится комфортнее при проведении наблюдений (не придется задирать голову или лезть под телескоп ). У каждого более-менее подходящего телескопа имеется искатель . Это отдельный небольшой линзовый прибор с маленьким увеличением — и, соответственно, с большим полем зрения. (Чем больше увеличение прибора — тем меньше поле зрения). Это позволяет с удобством наводиться в нужную область неба, а затем рассматривать ее в сам телескоп, применяя большие увеличения. Естественно, что перед наблюдениями нужно с помощью винтов, которыми зажата труба искателя, настроить ее так, чтобы она была соосна самому телескопу. Это, кстати, удобнее делать по яркой звезде или планете.
Ручки точной доводки служат для подстройки наведения на объект. Фиксаторы движений по осям служат для того, чтобы зафиксировать наш телескоп в выбранном положении. При начале наведения фиксаторы (тормоза) отпускаются и осуществляется поворот телескопа в нужном направлении. Затем положение телескопа фиксируется с помощью этих тормозов, а потом, глядя в окуляр, делается точная подводка телескопа на объект с помощью ручек точной доводки.
Вся совокупность деталей, на которых крепится телескоп и с помощью которых осуществляется его поворот, называется монтировкой .
Монтировки бывают двух видов — азимутальные и экваториальные. Азимутальные монтировки вращаются вокруг двух осей, одна из которых параллельна горизонту, а другая, соответственно, перпендикулярна к первой. Т.е. вращение осуществляется вокруг осей — по азимуту и высоте над горизонтом. Азимутальные монтировки более компактные и удобны для использования при наблюдении земных объектов.
Основная астрономическая монтировка называется экваториальной . Она удобна при слежении за небесными объектами, а также при наведении на них по небесным координатам. С ней удобно компенсировать вращение Земли, что особенно заметно при больших увеличениях (не забываем, что Земля наша вращается и картина неба непрерывно двигается в течении ночи). Если к экваториальной монтировке подключить простейший моторчик, работающий со звездной скоростью, то вращение Земли будет постоянно компенсироваться. Т.е. наблюдателю не нужно будет постоянно корректировать объект с помощью ручек точных движений. На экваториальной монтировке, чтобы компенсировать движение неба в течении ночи, нужно подкручивать ручку только по одной из осей. В азимутальной же монтировке постоянно приходится подправлять телескоп по обеим осям, что не всегда удобно.
Рассмотрим устройство экваториальной монтировке по схеме -

В экваториальной монтировке одна из осей смотрит на полюс мира (в северном полушарии он расположен около Полярной звезды). Другая ось которая называется осью склонений, ей перпендикулярна. Соответственно, вращая телескоп вокруг каждой из осей, мы изменяем его положение в системе небесных координат. Чтобы компесировать суточное вращение Земли, достаточно поворачивать наш телескоп вокруг оси направленной на небесный полюс мира.
Как настроить направление оси на полюс мира? Нужно найти Полярную звезду и повернуть прибор осью, которая перпендикулярна противовесам (Они необходимы для того, чтобы уравновесить вес трубы телескопа), в направлении Полярной. Высота небесного полюса мира, как мы помним, всегда постоянна и равна широте наблюдения. Чтобы подстроить эту ось по высоте достаточно один раз выставить широту на шкале широт с помощью соответствующих винтов. В дальнейшем эти винты можно уже не трогать (если, конечно, вы не переедите на жительство в другие края ). Достаточно будет сориентировать ось, повернув монтировку по азимуту (параллельно горизонту), так чтобы она смотрела на Полярную. Можно сделать это по компасу, но точнее сделать это по Полярной.
Если у нас имеется более-менее серьезная монтировка, то для более точного наведения на небесный полюс мира у нее имеется встроенный в соответствующую ось искатель полюса . В нем на фоне изображения будут видны соответствующие метки, с помощью которых можно уточнить положение полюса мира относительно Полярной звезды (помним, что Полярная звезда расположена совсем рядом с полюсом мира, но не точно на нем!).
По картине, которую мы видим в окуляр телескопа… Так как у всех людей зрение разное, то для получения хорошего изображения необходимо отфокусировать изображение. Это делается с помощью фокусера — пары круглых ручек на одной оси, расположенных перпендикулярно к окуляру. Вращая ручки фокусера вы двигаете окулярный узел вперед-назад до получения приемлемого изображения (т.е. более четкого). Для зеркально-линзовых приборов фокусировка осуществляется с помощью ручки двигающей главное зеркало. Искать ее следует с заднего торца трубы также неподалеку от окулярного узла.

Ну, и напоследок, пара советов для начинающих , впервые пользующихся телескопом…

Необходимые последовательности действий с телескопом, которые стоит запомнить…
Настройка искателя .
Следует подобрать какой-либо яркий объект на небе — яркую звезду или, лучше, планету. Наводим на нее телескоп, предварительно установив окуляр, дающий самое слабое увеличение (т.е. окуляр с самым большим фокусным расстоянием). Для быстрой первоначальной наводки на объект стоит смотреть вдоль трубы телескопа. Поймав в окуляр изображение нашей планеты или звезды, стопорим наш телескоп с помощью фиксаторов по осям, а затем центрируем объект в окуляре с помощью ручек точной доводки.
Далее заглядываем в искатель. Крутя винты, фиксирующие трубу искателя, добиваемся того, чтобы в поле зрения искателя появилось и встало точно на перекрестие изображение нашего объекта.
Если мы проводили операцию слишком долго (в первый раз бывает и такое), стоит снова глянуть в основной прибор и вернуть к центру нашу планету (звезду), которая вследствие вращения Земли (а для нас поворота всей картины неба) могла уйти в сторону. Затем снова смотрим изображение в искателе и поправляем винтами искателя погрешность установки (устанавливаем объект на перекрестие). Теперь наши искатель и телескоп соосны.
В идеале, конечно, затем можно установить в телескоп окуляр с увеличением побольше (с меньшим фокусным расстоянием) и снова повторить все описанную процедуру — точность настройки нашего искателя существенно повысится. Но в первой приближении достаточно и одной операции.
После этого можно наблюдать. Настраивать соосность телескопа и искателя достаточно один раз в начале наблюдений.
Последовательность: наводимся в телескоп — смотрим и настраиваем искатель.
переходим к наблюдениям…
Наведение на объект .
Отпускаем фиксаторы поворота по обеим осям (тормоза) и, свободно вращая трубу телескопа, поворачиваем ее в нужную нам сторону, приблизительно наводя ее в направлении объекта. Глядя в искатель, находим объект, поворачивая трубу руками, а затем зафиксировав ее тормозами (не забывайте!), с помощью ручек точной доводки приводим его изображение в центр перекрестия. Теперь, если у нас точно настроена соосность искателя и трубы телескопа, изображение объекта должно быть видно в окуляр телескопа. Заглядываем в окуляр и снова ручками точной доводки центрируем объект в поле зрения. Все! Можно любоваться нашим объектом и показывать его другим.
Последовательность: наводимся в искатель — смотрим в телескоп.
Суточное движение неба.
Если у вас телескоп без привода (мотора), позволяющего компенсировать движение неба, нужно помнить, что через некоторое время объект «убежит» из поля зрения телескопа. Поэтому, если вы на некоторое время отвлеклись, то, скорее всего, заглянув в окуляр, вы ничего там не обнаружите. Если у вас экваториальная монтировка (с предвательно выставленным направлением на полюс мира), то достаточно повернуть ручку точной доводки по оси прямых восхождений на некоторый угол (а может и оборот), чтобы объект вернулся на «место».
Если же у вас азимутальная монтировка, то тут чуть сложнее — придется крутить ручки по обеим осям, а если вы не знаете точно куда мог сместиться объект, то лучше заглянуть в искатель и вернуть объект на перекрестие, глядя уже в окуляр нашего искателя.
Изображение в окуляре телескопа.
Если вы навелись на объект и видите нечеткое изображение (или вообще ничего) — это совершенно не значит, что телескоп «плохой» или объекта нет в поле зрения. Не забывайте сфокусироваться!
В холодную погоду следует подождать, чтобы телескоп принесенный из теплого помещения остыл. Потоки теплого воздуха сильно портят изображение. Чем больше телескоп, тем медленнее он остывает. Особенно важно это для систем с закрытой трубой — например, зеркально-линзовых приборов.
Достаточно сильно портит изображение и атмосфера. Турбулентность атмосферы, дымка, а также засветка от фонарей мешают детально рассматривать объекты.
И, наконец, следует помнить, что без специального фильтра надетого на передний конец трубы телескопа (объектив у рефрактора, открытую часть у рефлектора) ни в коем случае нельзя направлять телескоп на Солнце !!! Это чревато потерей зрения. Никакие закопченые стекла тоже не помогут. Также следует следить за детьми , чтобы они не повернули прибор без присмотра родителей на Солнце.
Помните — для наблюдений Солнца существуют специальные фильтры (солнечные фильтры), которые пропускают ничтожно малую часть света от нашего светила, для комфортного наблюдения за ним.

Как выбрать телескоп, какой тип телескопа предпочесть, это отдельный разговор и мы затронем его как-нибудь в другом посте.

продолжение следует …

Предназначен для того, чтобы с его помощью наблюдать далёкие небесные объекты. Если перевести это слово с греческого языка на русский, оно будет означать «наблюдаю далеко».

Начинающие астрономы-любители, безусловно, интересуются тем, как устроен телескоп и какие виды этих оптических приборов существуют. Новичок, придя в магазин оптики, часто спрашивает продавца: «А вот этот телескоп во сколько раз увеличивает?» Кому-то следующее утверждение может показаться удивительным, но сама постановка вопроса является некорректной.

Дело не в увеличении?

Есть люди, которые думают, что чем больше увеличивает телескоп, тем «круче». Кто-то считает, что он приближает к нам удалённые объекты. И то, и другое мнение является ошибочным. Основная задача этого оптического инструмента - собрать излучение волн электромагнитного спектра, к которым относится и свет, видимый нами. Кстати, в понятие электромагнитного излучения входят и другие волны (радио-, инфракрасные, ультрафиолет, рентген и т. д.). Современные телескопы могут улавливать все эти диапазоны.

Итак, суть функций телескопа заключается не в том, во сколько раз он увеличивает, а в том, какое количество света он может собрать. Чем больше света соберёт линза или зеркало, тем чётче будет нужная нам картинка.

Для создания хорошего изображения оптическая система телескопа концентрирует световые лучи в одной точке. Она называется фокусом. Если свет не будет сфокусирован в ней, мы получим размытую картинку.

Какими бывают телескопы?

Как устроен телескоп? Различают несколько основных их видов:

  • . В конструкции рефрактора используют только линзы. Его работа основана на преломлении световых лучей;
  • . Они полностью состоят из зеркал, при этом, схема телескопа выглядит так: объектив - это главное зеркало, а есть ещё и вторичное;
  • или смешанного типа. Они состоят как из линз, так и из зеркал.

Как работают рефракторы

Объектив любого рефрактора выглядит в виде двояковыпуклой линзы. Её задача - сбор световых лучей и концентрация их в одной точке (фокусировка). Увеличение исходного изображения мы получаем через окуляр. Линзы, которые используют в современных моделях телескопов, являются сложными оптическими системами. Если ограничиться применением только одной крупной линзой, выпуклой с двух сторон, это чревато сильными погрешностями получаемого изображения.

Во-первых, изначально лучи света не могут чётко собраться в одну точку. Такое явление получило название сферической аберрации, в результате которой невозможно получение картинки с одинаковой резкостью на всех её участках. При использовании наведения можно увеличить резкость в центре изображения, но мы получим размытые края - и наоборот.

Кроме сферической, рефракторы также «грешат» хроматической аберрацией. Искажение цветового восприятия происходит потому, что в состав света, исходящего от космических объектов, входят лучи разного цветового спектра. Когда они проходят сквозь объектив, то не могут преломляться одинаково, следовательно, рассеиваются по разным участкам оптической оси инструмента. Результатом становится сильное искажение цвета получаемого изображения.

Специалисты-оптики хорошо научились «бороться» с аберрациями разного рода. С этой целью они изготавливают оптические системы рефракторов, состоящие из разных линз. Таким образом коррекция картинки становится реальной, но усилий подобная работа требует немалых.

Принцип работы рефлекторов

Появление телескопов-рефлекторов в астрономии неслучайно, так как хроматическая аберрация у «зеркалок» отсутствует вовсе, а сферические искажения можно откорректировать, изготовив главное зеркало в форме параболы. Такое зеркало получило название параболического. Вторичное зеркальце, которое тоже входит в его конструкцию, предназначено для того, чтобы отклонять лучи света, отражаемые главным зеркалом и выводить картинку в верном направлении.

Именно главное зеркало, имеющее форму параболы, обладает уникальным свойством чётко сводить все световые лучи в один фокус.

Зеркально-линзовые телескопы

В оптическую конструкцию зеркально-линзовых телескопов входят и линзы, и зеркала одновременно. В качестве объектива здесь служит зеркало сферической формы, а линзы предназначены для устранения всех возможных аберраций. Если сравнить зеркально-линзовые телескопы с рефракторами и рефлекторами, можно сразу обратить внимание на то, что у катадиоптриков короткая и компактная труба. Это обусловлено системой многократного переотражения световых лучей. Если использовать разговорный язык астрономов-любителей, фокус у таких телескопов словно находится в «сложенном состоянии». Благодаря компактности и лёгкости катадиоптриков они пользуются высокой популярностью в астрономической среде, однако стоят такие телескопы гораздо дороже, чем простой рефрактор или обычная «зеркалка» системы Ньютона.

Телескоп – это астрономический оптический прибор, предназначенный для наблюдения небесных тел.
Телескоп имеет окуляр, объектив или главное зеркало и специальную трубу, которая прикрепляется к монтировке, она же, в свою очередь, содержит оси, благодаря которым происходит наведение на объект наблюдения.

В 1609 году Галилео Галилеем был собран первый в истории человечества оптический телескоп. (Об этом читайте на нашем сайте: Кто создал первый телескоп?).
Современные телескопы бывают нескольких типов.

Рефлекторные (зеркальные) телескопы

Если дать им самую упрощенную характеристику, то это такие устройства, которые имеют специальное вогнутое зеркало, выполняющее собирание света и его фокусирование. К достоинствам таких телескопов можно отнести простоту изготовления, хорошее качество оптики. Основным недостатком является немного бОльшая забота и обслуживание, чем у других видов телескопов.
Ну, а теперь более подробно о рефлекторных телескопах.
Рефлектор – телескоп с зеркальным объективом, который образует изображение путем отражения света от зеркальной поверхности. Рефлекторы используются в основном для фотографирования неба, фотоэлектрических и спектральных исследований, а для визуальных наблюдений они используются реже.
Рефлекторы имею некоторые преимущества перед рефракторами (телескопами с линзовым объективом), т.к. в них отсутствует хроматическая аберрация (окрашенность изображений); главное зеркало легче сделать бОльших размеров, чем линзовый объектив. Если зеркало имеет не сферическую, а параболическую форму, то можно свести к нулю сферическую аберрацию (размытость краев или середины изображения). Изготовление зеркал легче и дешевле, чем линзовых объективов, что дает возможность увеличить диаметр объектива, а значит, разрешающую способность телескопа. Из готового комплекта зеркал любители-астрономы могут создать самодельный «ньютоновский» рефлектор. Достоинство, благодаря которому система получила распространение среди любителей, - простота изготовления зеркал (главное зеркало в случае малых относительных отверстий - сфера; плоское зеркало может быть небольших размеров).

Рефлектор системы Ньютона

Был изобретен в 1662 году. Его телескоп был первым зеркальным телескопом. В рефлекторах большое зеркало называют главным зеркалом. В плоскости главного зеркала могут быть помещены фотопластинки для фотографирования небесных объектов.
В системе Ньютона объектив представляет собой вогнутое параболическое зеркало, от которого отраженные лучи небольшим плоским зеркалом направляются в окуляр, находящийся сбоку от трубы.
Картинка: Отражение сигналов, приходящих с различных направлений.

Рефлектор системы Грегори

Лучи от главного вогнутого параболического зеркала направляются на небольшое вогнутое эллиптическое зеркало, которое отражает их в окуляр, помещенный в центральном отверстии главного зеркала. Поскольку эллиптическое зеркало расположено за фокусом главного зеркала, изображение получается прямое, тогда как в системе Ньютона – перевернутое. Наличие второго зеркала увеличивает фокусное расстояние и тем самым дает возможность большого увеличения.

Рефлектор системы Кассегрена

Здесь вторичное зеркало – гиперболическое. Оно установлено перед фокусом главного зеркала и позволяет сделать трубу рефлектора более короткой. Главное зеркало – параболическое, здесь нет сферической аберрации, но есть кома (изображение точки принимает вид несимметричного пятна рассеяния) – это ограничивает поле зрения рефлектора.

Рефлектор системы Ломоносова – Гершеля

Здесь, в отличие от рефлектора Ньютона, главное зеркало наклонено таким образом, что изображение фокусируется вблизи входного отверстия телескопа, где и помещается окуляр. Эта система дала возможность исключить промежуточные зеркала и и потери света в них.

Рефлектор системы Ричи-Кретьена

Эта система представляет собой улучшенный вариант системы Кассегрена. Главное зеркало – вогнутое гиперболическое, а вспомогательное – выпуклое гиперболическое. Окуляр установлен в центральном отверстии гиперболического зеркала.
В последнее время эта система получила широкое применение.
Существую и другие рефлекторные системы: Шварцшильда, Максутова и Шмидта (зеркально-линзовые системы), Мерсена, Нессмита.

Недостаток рефлекторов

Их трубы открыты потокам воздуха, которые портят поверхность зеркал. От колебаний температуры и механических нагрузок форма зеркал слегка меняется, а из-за этого ухудшается видимость.
Один из крупнейших рефлекторов находится в Маунт-Паломарской астрономической обсерватории США. Его зеркало имеет диаметр 5 м. Крупнейший в мире астрономический рефлектор (6 м) находится в Специальной астрофизической обсерватории на Северном Кавказе.

Телескоп-рефрактор (линзовый телескоп)

Рефракторы – это телескопы, имеющие линзовый объектив, который образует изображение объектов посредством преломления лучей света.
Это известная всем классическая длинная труба в виде подзорной с большой линзой (объективом) в одном конце и окуляром в другом. Рефракторы используются для визуальных, фотографических, спектральных и других наблюдений.
Рефракторы обычно построены по системе Кеплера. Угловое зрение этих телескопом мало, не превосходит 2º. Объектив, как правило, двухлинзовый.
Линзы в объективах небольших рефракторов обычно склеивают для уменьшения бликов и потерь света. Поверхности линз подвергают специальной обработке (просветление оптики), в результате этого на стекле образуется тонкая прозрачная пленка, которая значительно уменьшает потери света вследствие отражения.
Крупнейший в мире рефрактор Йерксской астрономической обсерватории в США имеет объектив диаметром 1,02 м. На Пулковской обсерватории установлен рефрактор с диаметром объектива 0,65 м.

Зеркально-линзовые телескопы

Зеркально-линзовый телескоп предназначен для фотографирования больших областей неба. Его изобрел в 1929 немецкий оптик Б. Шмидт . Главными деталями здесь являются сферическое зеркало и Шмидта коррекционная пластинка, установленная в центре кривизны зеркала. Благодаря такому положению коррекционной пластинки все пучки лучей, проходящие через неё от разных участков неба, оказываются равноправными по отношению к зеркалу, вследствие чего телескоп свободен от аберраций оптических систем. Сферическая аберрация зеркала исправляется коррекционной пластинкой, центральная часть которой действует как слабая положительная линза, а внешняя - как слабая отрицательная линза. Фокальная поверхность, на которой образуется изображение участка неба, имеет форму сферы, радиус кривизны которой равен фокусному расстоянию. Фокальная поверхность может быть преобразована в плоскую с помощью Пиацци - Смита линзы.

Недостатком зеркально-линзовых телескопов является значительная длина трубы, вдвое превышающая фокусное расстояние телескопа. Для устранения этого недостатка предложен ряд модификаций, в том числе применение второго (дополнительного) выпуклого зеркала, приближение коррекционной пластинки к главному зеркалу и др.
Крупнейшие телескопы Шмидта установлены на Таутенбургской астрономической обсерватории в ГДР (D= 1,37м, А = 1:3), Маунт-Паломарской астрономической обсерватории в США (D = 1,22 м, А = 1:2,5) и на Бюраканской астрофизической обсерватории АН Армянской ССР (D = 1,00 м, А = 1:2, 1:3).

Радиотелескопы

Они используются для исследования космических объектов в радиодиапазоне. Основными элементами радиотелескопов являются принимающая антенна и радиометр - чувствительный радиоприемник и принимающая аппаратура. Поскольку радиодиапазон гораздо шире оптического, для регистрации радиоизлучения используют различные конструкции радиотелескопов, в зависимости от диапазона.
При объединении в единую сеть нескольких одиночных телескопов, расположенных в разных частях земного шара, говорят о радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ). Примером такой сети может служить американская система VLBA (англ. Very Long Baseline Array). С 1997 по 2003 год функционировал японский орбитальный радиотелескоп HALCA (англ. Highly Advanced Laboratory for Communications and Astronomy), включенный в сеть телескопов VLBA, что позволило существенно улучшить разрешающую способность всей сети.
Российский орбитальный радиотелескоп Радиоастрон планируется использовать в качестве одного из элементов гигантского интерферометра.

Космические телескопы (астрономические спутники)

Они сконструированы для проведения астрономических наблюдений из космоса. Потребность в таком виде обсерваторий возникла из-за того, что земная атмосфера задерживает гамма-, рентгеновское и ультрафиолетовое излучение космических объектов, а также большую часть инфракрасного.
Космические телескопы оборудуют устройствами для сбора и фокусировки излучения, а также системами преобразования и передачи данных, системой ориентации, иногда двигательными системами.

Рентгеновские телескопы

Предназначены для наблюдения удаленных объектов в рентгеновском спектре. Для работы таких телескопов обычно требуется поднять их над атмосферой Земли, непрозрачной для рентгеновских лучей. Поэтому телескопы размещают на высотных ракетах или на искусственных спутниках Земли.

На рисунке: Рентгеновский Телескоп - Позиционно чувствительный (АРТ-П). Был создан в отделе астрофизики высоких энергий Института космических исследований АН СССР (Москва).

> 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.

Рефракторы (линзовые телескопы)

Рефракторы – это первые телескопы, изобретенные человеком. В таком телескопе за сбор света отвечает двояковыпуклая линза, которая выступает в роли объектива. Ее действие строится на основном свойстве выпуклых линз – преломлении световых лучей и их сборе в фокусе. Отсюда и название - рефракторы (от латинского refract - преломлять).

Был создан в 1609 году. В нем были использованы две линзы, с помощью которых собиралось максимальное количество звездного света. Первая линза, которая выступала в роли объектива, была выпуклой и служила для сбора и фокусировки света на определенном расстоянии. Вторая линза, играющая роль окуляра, была вогнутой и использовалась для превращения сходящего светового пучка в параллельный. С помощью системы Галилея можно получить прямое, неперевернутое изображение, качество которого сильно страдает от хроматической аберрации. Эффект хроматической аберрации можно увидеть в виде ложного прокрашивания деталей и границ объекта.

Рефрактор Кеплера – более совершенная система, которая была создана в 1611 году. Здесь в роли окуляра использовалась выпуклая линза, в которой передний фокус был совмещен с задним фокусом линзы-объектива. От этого итоговое изображение было перевернутым, что не принципиально для астрономических исследований. Главное преимущество новой системы – возможность установки измерительной сетки внутри трубы в точке фокуса.

Для данной схемы также была характерна хроматическая аберрация, впрочем эффект от нее можно было нивелировать, увеличив фокусное расстояние. Именно поэтому телескопы того времени имели огромное фокусное расстояние с трубой соответствующего размера, что вызывало серьезные трудности при проведении астрономических исследований.

В начале XVIII века появился , который популярен и в сегодняшние дни. Объектив данного прибора сделан из двух линз, изготовленных их различных сортов стекла. Одна линза – собирающая, вторая – рассеивающая. Такая структура позволяет серьезно уменьшить хроматическую и сферическую аберрации. А корпус телескопа остается весьма компактным. Сегодня созданы рефракторы апохроматы, в которых влияние хроматической аберрации сведено к возможному минимуму.

Достоинства рефракторов:

  • Простая конструкция, легкость в эксплуатации, надежность;
  • Быстрая термостабилизация;
  • Нетребовательность к профессиональному обслуживанию;
  • Идеален для исследования планет, Луны, двойных звезд;
  • Превосходная цветопередача в апохроматическом исполнении, хорошая – в ахроматическом;
  • Система без центрального экранирования от диагонального или вторичного зеркала. Отсюда высокая контрастность изображения;
  • Отсутствие воздушных потоков в трубе, защита оптики от грязи и пыли;
  • Цельная конструкция объектива, не требующая регулировок со стороны астронома.

Недостатки рефракторов:

  • Высокая цена;
  • Большой вес и габариты;
  • Небольшой практический диаметр апертуры;
  • Ограниченность в исследовании тусклых и небольших объектов в далеком космосе.

Название зеркальных телескопов – рефлекторов происходит от латинского слова reflectio – отражать. Данный прибор представляет собой телескоп с объективом, в роли которого выступает вогнутое зеркало. Его задача – собирать звездный свет в единой точке. Поместив в данной точке окуляр, можно увидеть изображение.

Один из первых рефлекторов (телескоп Грегори ) был придуман в 1663 году. Данный телескоп с параболическим зеркалом был полностью избавлен от хроматических и сферических аберраций. Свет, собранный зеркалом, отражался от небольшого овального зеркала, который был закреплен перед главным, в котором было небольшое отверстие для вывода светового пучка.

Ньютон был полностью разочарован в телескопах-рефракторах, поэтому одной из главных его разработок стал телескоп-рефлектор, созданный на основе металлического главного зеркала. Он одинаково отражал свет с различными длинами волн, а сферическая форма зеркала делала прибор более доступным даже для самостоятельного изготовления.

В 1672 году ученый-астроном Лорен Кассегрен предложил схему телескопа, который внешне напоминал знаменитый рефлектор Грегори. Но усовершенствованная модель имела несколько серьезных отличий, главное из которых – выпуклое гиперболическое вторичное зеркало, которое позволило сделать телескоп более компактным и свело к минимуму центральное экранирование. Впрочем, традиционный рефлектор Кассегрена оказался нетехнологичным для массового изготовления. Зеркала со сложными поверхностями и неисправленная аберрация комы – основные причины такой непопулярности. Однако модификации данного телескопа используются сегодня по всему миру. К примеру, телескоп Ричи-Кретьена и масса оптических приборов на основе системы Шмидта-Кассегрена и Максутова-Кассегрена .

Сегодня под названием «рефлектор» принято понимать ньютоновский телескоп. Основные его характеристики – это небольшая сферическая аберрация, отсутствие какого-либо хроматизма, а также неизопланатизм – проявление комы вблизи от оси, что связано с неравностью отдельных кольцевых зон апертуры. Из-за этого звезда в телескопе выглядит не как круг, а как некая проекция конуса. При этом, тупая округлая его часть повернута от центра в сторону, а острая – напротив, к центру. Для коррекции эффекта комы используются линзовые корректоры, которые следует фиксировать перед фотокамерой или окуляром.

«Ньютоны» зачастую выполняются на монтировке Добсона, которая отличается практичностью и компактными размерами. Это делает телескоп весьма портативным устройством, несмотря на размеры апертуры.

Достоинства рефлекторов:

    Доступная цена;

  • Мобильность и компактность;
  • Высокая эффективность при наблюдении тусклых объектов в глубоком космосе: туманностей, галактик, звездных скоплений;

    • Максимально яркие и четкие изображения с минимальным искажением.

    Хроматическая аберрация сведена к нулю.

Недостатки рефлекторов:

  • Растяжка вторичного зеркала, центральное экранирование. Отсюда – низкая контрастность изображения;
  • Термостабилизация большого стеклянного зеркала занимает много времени;
  • Открытая труба без защиты от тепла и пыли. Отсюда – низкое качество изображения;
  • Требуется регулярная коллимация и юстировка, которые могут утрачиваться во время использования или перевозки.

Для исправления аберрации и построения изображения катадиоптрические телескопы применяют как зеркала, так и линзы. Набольшим спросом сегодня пользуются два типа таких телескопов: на схеме Шмидт-Кассегрена и Максутов-Кассегрена.

Конструкция приборов Шмидта-Кассегрена (ШК) состоит из сферических главного и вторичного зеркал. При этом сферическая аберрация корректируется полноапертурной пластиной Шмидта, которая установлена на входе в трубу. Однако здесь сохраняются некоторые остаточные аберрации в виде комы и кривизны поля. Их исправление возможно при использовании линзовых корректоров, которые особенно актуальны в астрофотографии.

Основные достоинства приборов такого типа касаются минимального веса и короткой трубы при сохранении внушительного диаметра апертуры и фокусного расстояния. Вместе с тем, для данных моделей не характерны растяжки крепления вторичного зеркала, а особая конструкция трубы исключает проникновение внутрь воздуха и пыли.

Разработка системы Максутова-Кассегрена (МК) принадлежит советскому инженеру-оптику Д. Максутову. Конструкция такого телескопа оснащена сферическими зеркалами, а за коррекцию аберраций отвечает полноапертурный линзовый корректор, в роли которой выступает выпукло-вогнутая линза – мениск. Именно поэтому такое оптическое оборудование часто называют менисковым рефлектором.

К достоинствам МК относится возможность корректировки практически любой аберрации с помощью подбора основных параметров. Единственное исключение – это сферическая аберрация высшего порядка. Всё это делает схему популярной среди производителей и любителей астрономии.

Действительно, при прочих равных условиях система МК дает более качественные и четкие изображения, чем схема ШК. Однако у более габаритных телескопах МК продолжительнее период термостабилизации, поскольку толстый мениск теряет температуру гораздо медленнее. Кроме того, МК более чувствительны к жесткости крепления корректора, поэтому конструкция телескопа обладает большим весом. С этим связана высокая популярность систем МК с малыми и средними апертурами и систем ШК со средними и большими апертурами.

Кроме того, разработаны катадиоптрические системы Максутова-Ньютона и Шмидта-Ньютона, конструкция которых создана специально для исправления аберраций. Они сохранили ньютоновские габариты, но вес их существенно возрос. Особенно это касается менисковых корректоров.

Достоинства

  • Универсальность. Могут использоваться и для наземных, и для космических наблюдений;
  • Повышенный уровень исправления аберрации;
  • Защита от пыли и тепловых потоков;
  • Компактные размеры;
  • Доступная цена.

Недостатки катадиоптрических телескопов:

  • Долгий период термостабилизации, что особенно актуально для телескопов с менисковым корректором;
  • Сложность конструкции, которая вызывает трудности при установке и самостоятельной юстировке.

В настоящее время на полках магазинов можно обнаружить самые разные телескопы. Современные производители заботятся о своих клиентах и стараются совершенствовать каждую модель, постепенно устраняя недостатки каждой и них.

В целом подобные устройства все же устроены по одной похожей схеме. Что представляет собой общее устройство телескопа? Об этом далее.

Труба

Главная часть инструмента – это труба. В ней помещается объектив, в который далее попадают лучи света. Объективы встречаются сразу разных видов. Это рефлекторы, катадиоптрические объективы и рефракторы. У каждого вида есть свои плюсы и минусы, которые изучают пользователи перед покупкой и уже, опираясь на них, делают выбор.

Основные составляющие каждого телескопа: труба и окуляр

Помимо трубы в инструменте есть еще и искатель. Можно сказать, что это миниатюрная подзорная труба, которая соединяется с основной трубой. При этом наблюдается увеличение в 6-10 раз. Эта деталь устройства необходимо для предварительного наведения на объект наблюдения.

Окуляр

Еще одна важная часть любого телескопа – это окуляр. Именно через эту сменную деталь инструмента пользователь и ведет наблюдение. Чем короче данная часть, тем больше может быть увеличение, но при этом меньше угол зрения. Именно по этой причине лучше всего приобретать вместе с устройством сразу несколько разных окуляров. Например, с постоянным и переменным фокусом.

Монтировка, светофильтры и прочие детали

Монтировка также бывает нескольких типов. Как правило, телескоп укрепляется на треноге, которая имеет две поворотные оси. А есть еще и дополнительные «навески» на телескоп, которые стоит упомянуть. В первую очередь это светофильтры. Они необходимы астрономам для самых разных целей. Но для новичков приобретать их необязательно.

Правда, если пользователь планирует любоваться луной, то понадобится специальный лунный фильтр, который защитит глаза от слишком яркой картинки. Есть также особые фильтры, которые способны устранять мешающий свет городских фонарей, но стоят они довольно дорого. Чтобы рассматривать предметы в правильном положении, пригодятся также диагональные зеркала, которые, в зависимости от типа, способны отклонять лучи на 45 или 90 градусов.