Відкрити головне меню

Телескоп

оптичний прилад для збільшення видимого зображення, зокрема для спостерігання за небесними тілами
Версія від 09:09, 11 травня 2017, створена 31.43.142.6 (обговорення) (→‎Історія: Додано посилання)
50 сантиметровий телескоп у Ніцці, Франція

Телеско́п (заст. — далекогля́д[1], далековид) — прилад для спостереження віддалених об'єктів, був вперше сконструйований у 1608 році трьома винахідниками — Гансом Ліпперсгеєм, Захарієм Янсеном та Джейкобом Метьюсом.[2] Значно вдосконалений Галілео Галілеєм у 1609 році. Термін «телескоп» також вживається для позначення астрономічних приладів для спостережень електромагнітних хвиль невидимих для людського ока (інфрачервоні, ультрафіолетові, рентгенівські, гамма- і радіотелескопи), а також для реєстрації відмінного від електромагнітного випромінювання (нейтринні та гравітаційні телескопи).

Історія

Телеско́п (заст. — далекогля́д) — прилад для спостереження віддалених об'єктів, був вперше сконструйований у 1608 році трьома винахідниками — Гансом Ліпперсгеєм, Захарієм Янсеном та Джейкобом Метьюсом. Значно вдосконалений Галілео Галілеєм у 1609 році.


Голландський телескоп 1624 року Найбільш ранні відомі робочі телескопи з'явилися 1608 року, їх створення приписують Гансу Ліпперші. Серед багатьох інших, які стверджували, що винайшли телескоп, були Захарія Янссен — голландський окулярний майстер з Мідделбургу, і Яків Метьюз з Алкмару. Конструкція цих ранніх заломлюючих телескопів складалася з опуклої лінзи об'єктива і увігнутого окуляра. Галілей використовував цю конструкцію в наступному році. У 1611 році Іоганн Кеплер описав, як можна було б зробити телескоп з опуклою лінзою об'єктива і опуклою лінзою окуляра і у 1655 році астрономи, такі як Християн Гюйгенс будували потужні, але неповороткі телескопи Кеплера зі з'єднаними окулярами. Ганс Ліпперші є найбільш ранньою людиною, яка документально подала заявку на патент винаходу телескопа. Ісааку Ньютону приписують будівництво першого «​​практичного» рефлектора в 1668 році з конструкцією, яка складалася з невеликого плоского діагонального дзеркала для відбиття світла в окуляр, встановлене на стороні телескопа. Лоран Кассегрен у 1672 році описав конструкцію рефлектора з невеликим опуклим вторинним дзеркалом для відбиття світла через центральний отвір в головному дзеркалі. Ахроматичні лінзи, які значно знижує колірні аберації в об'єктиві і дозволили зробити телескоп більш коротким і більш функціональним. Такий телескоп з'явився в 1733 році, його зробив Честер Мур Голл, але він не оприлюднив його. Джон Доллонд дізнався про винахід Голла і почав виготовляти телескопи і використовувати їх у комерційних цілях з 1758 року. Важливими подіями в історії рефлекторних телескопів було створення Джоном Гедлі великих параболоїдальних дзеркал в 1721 році, процес сріблення дзеркал, введений Леоном Фуко в 1857 році. і прийняття довгострокового алюмінізованого покриття на рефлектор дзеркала в 1932 році.. Майже всі великі оптичні дослідні телескопи, що використовуються сьогодні — рефлекторні. Епоха радіотелескопів (поряд з радіоастрономією) народилася з випадкового відкриття Карлом Янським космічного радіовипромінювання у 1931 році. У 20 столітті було розроблено багато видів телескопів, в широкому діапазоні довжин хвиль від радіо до гамма-променів.

Оптичні телескопи Винайдення

Оптична схема, що показує як світло, заломлююється у сферичній скляній тарі з водою. Роджер Бекон.De multiplicatione specierum. Лінзи та їх властивості були відомі задовго до винаходу оптичного телескопа; прості лінзи, виготовлені з гірського кришталю, були відомі ще до початку писемної історії.. Птолемей (у своїй роботі з оптики, написаній у 2-му столітті н. е.) писав про властивості світла, включаючи віддзеркалення, заломлення, і колір. В 10-му столітті, перський вчений Ібн Сахл зробив найбільш точні описи щодо оптики в той час. Приблизно з 12-го століття в Європі існували «камені для читання» (збільшувальні лінзи, що були розміщені на матеріалі для читання)вони були добре задокументовані, так само як і лінзи — «палаючі окуляри». Вважається, що окуляри для корекції далекозорості з опуклими лінзами були винайдені в Північній Італії в кінці тринадцятого до початку 14-го століття, а винахід з використанням увігнутих лінз для корекції короткозорості приписується Миколі Кузанському в 1451 році. Так, на початку накопичення знань про лінзи і наявність в побуті лінз для окулярів з 13-го століття означає, що для багатьох людей це була можливість, щоб виявити основні принципи телескопу, використовуючи комбінацію увігнутих або опуклих і увігнутих лінз. В 13 столітті, Роберт Гросетест написав кілька наукових трактатів між 1230 і 1235, в тому числі De Iride (щодо Веселки), в якому він сказав:

« Ця частина оптики, коли добре її розуміти, показує нам, як ми можемо зробити речі, які знаходяться на дуже великій відстані, начебто вони знаходяться дуже близько, великі речі поруч стають начебто маленькими, і ми можемо дрібні речі розміщені на дистанції, зробити такого розміру, який нам потрібен. Тому ми можемо читати найдрібніші букви на неймовірних відстанях... » Роджер Бекон був учнем Гросетеста в Оксфорді, і часто формулювов опис збільшувального пристрою в 13 столітті, проте він не був впевнений, що побудував діючу модель.

Розробки до 17 століття Існують деякі документальні свідчення, проте не збереглися конструкції або речові докази, що принципи телескопів були відомі наприкінці 16 століття. Це Листи Джона Ді і Томаса Діггеса з Англії — 1570 і 1571 років, в яких зазначалося використання авторами обох типів телескопів — рефракторних і заломлюючих, писав Леонард Діггес — батько Томаса, і існує незалежне підтвердження цьому в звіті Вільяма Боурна приблизно 1580 року. Можливо, це були експериментальні пристрої, і про них ніколи широко не повідомлялося, вони ніколи відтворювалися. Томас Діггес описує пристрій батька таким чином:

« Однак, щоб залишити свої астрономічні доводи і справи, мій батько з його постійною, важкою, старанною, діяльністю, за допомогою математичних доказів і доводів зміг, багаторазово збільшити видимість, розташувавши окуляри пропорційно належним чином під певним кутом і зміг не тільки виявити предмети розташовані далеко, перечитати напис на кожній монеті, кинутої друзями по спільній справі на відкрите поле, але й він міг бачити що відбувається у відокремлених місцях за сім миль.. » Хоча Діггес міг створити елементарний інструмент з лінзою і дзеркалом та оптичними характеристики необхідними, щоб побачити деталі монет, що лежать на полях, або приватні прийоми в семи милях від готелю, але це було далеко за межами технологій того часу. В Італії, Джамбаттиста делла Порта також, можливо, описав телескоп в 1586, коли він написав у листі, «… щоб зробити окуляри, які можуть розпізнати чоловіка за кілька кілометрів.». У своїй Природній Магії, опублікованій в 1589 році він писав:

« З увігнутою лінзою ви побачите маленькі речі вдалині дуже чітко. З опуклим об'єктивом, найближчі речі будуть більше, але більш смутно. Якщо ви знаєте, як приладити їх обидва разом, ви побачите обидві речі далеко, а речі поблизу руки як більше, так і чіткіше.. » Делла Порта був зайнятий іншими справами в той час, і думав, що ідея «телескопа» неважлива. Аналогічні претензії були зроблені про каталонського Хуана Роже (помер до 1624), який винайшов ранній пристрій телескопу.

Перші відомі телескопи Практична експлуатація приладу, звичайно, була здійснена і опинилася в центрі уваги громадськості в Нідерландах близько 1608, але створення першого винаходу було затребувано від імені трьох осіб: Ханс Ліпперші, Захарія Янсена — майстра з виготовлення очок з Міддлебургу і Яків Метьюз з Алкмаару (також відомий як Джейкоб Адріанзон).


Картина 19-го століття. Галілео Галілей показує свій телескоп Леонардо ДОнато у 1609 р. Хансу Ліпперші приписують створення і поширення конструкцій для першого практичного телескопа, пізніше він звернувся до Генеральних штатів Нідерландів (2 жовтня 1608 р.) за патентом на інструмент «Щоб бачити далекі речі, так, ніби вони були поруч»(випередив патент Якоба Метьюза на декілька тижнів). Ліпперші не вдалося отримати патент, так як заявка на винахід була вже зроблена іншими майстрами з виготовлення очок.

Ліпперші був щедро винагороджений голландським урядом за його копії конструкції винаходу. Конструкція телескопа Захарія Янсена, можливо, передувала Ліпперші і Метьюзу, але винахід ніколи широко не афішувався. Оригінальні голландські телескопи складаються з увігнутої і опуклої лінзи, телескопи, які будуються в такий спосіб не інвертувати зображення. Оригінальна конструкція Ліпперші мала тільки 3-кратне збільшення. Телескопи, які були зроблені в Нідерландах, в значній кількості, незабаром, після дати їх винаходу швидко розійшлися по всій Європі.


Портрет Галілео Галілея Галілей опинився у Венеції в червні 1609, там чули про «голландське перспективне скло», за допомогою якого віддалені предмети знаходяться ближче і більше. Галілей стверджує, що він вирішив проблему будівництва телескопа. В першу ж ніч в Падуї, після його повернення з Венеції, Галілей зробив свій перший телескоп, шляхом установки опуклої лінзи з одного краю свинцевої труби і увігнутої лінзи в іншій. Через кілька днів після цього, досягнувши успіху в створенні кращого телескопа, ніж перший, Галілей взяв його до Венеції, де він спілкувався про деталі свого винаходу з громадськістю і представив сам інструмент для дожа Леонардо Донато, який сидів у сенаті. Сенат, у свою чергу, влаштував його на все життя лектором в Падуї і подвоїв його зарплатню.

Галілей присвятив весь свій час на поліпшення і вдосконалення телескопа і незабаром йому вдалося отримати телескоп значно підвищеної потужності. Його перший телескоп мав 3х збільшення, але незабаром він зробив інструменти, які збільшили потужність телескопа, і, нарешті, він зробив телескоп, який мав 33- кратне збільшення. За допомогою останнього, він виявив в 1610 році супутники Юпітера і, незабаром, плями на сонці, фази Венери, а також пагорби і долини на Місяці. Щодо останнього досягнення, то Галілей, можливо, передував Томасу Харріоту, який зробив перші креслення Місяця за допомогою телескопа в липні 1609. Галілей продемонстрував обертання супутників Юпітера навколо планети і дав грубі передбачення їх конфігурацій, довів обертання Сонця навколо своєї осі і заснував загальну істину системи Коперника в порівнянні з Птолемеєм. Вперше назву «телескоп» отримав інструмент Галілея. Назва була придумана грецьким поетом-богословом Джованні Демісіані на банкеті, що відбувся 14 квітня 1611 р. Князь Федеріко Чезі зробив Галілео Галілея членом Академії деї Лінчеї. Слово було створено від грецького tele = «далеко» і skopein = «подивитися»; teleskopos = «далекоглядний». Ці блискучі досягнення, разом зі значним покращенням телескопу Галілеєм, значно затьмарили справжнього винахідника, це призвело до того, що телескоп отримав ім'я Галілея, а не справжнього винахідника Ліпперші.

Типи телескопів

Оптичні телескопи

Конструктивно оптичний телескоп являє собою трубу (суцільну, каркасну або фермову), встановлену на монтуванні. Оптична система телескопа складається з декількох оптичних елементів (лінз, дзеркал). Телескопи, побудовані на основі лінзової оптичної системи (діоптричної), називають рефракторами.

Телескопи із дзеркальною (катоптичною) системою називають рефлекторами. Телескопи, що мають змішану оптичну систему (дзеркально-лінзову) називають катадіоптричними[3]. До останніх, зокрема, належать телескопи Кассегрена (1672), Річі-Кретьєна (1922–1928), Шмідта (1930), Максутова (1941).

 
Схема катадіоптричного телескопа Максутова
 
Оптичні телескопи

Кожна з оптичних систем має свої переваги та недоліки.

Першим оптичним приладом для астрономічних спостережень був телескоп-рефрактор схеми Галілея (1609 р.). Найпростіший телескоп схеми Галілея складаєтся з двох лінз — об'єктивом слугує двосторонньо випукла лінза (збірна лінза), а окуляром двосторонньо ввігнута лінза (розсіююча лінза).

Великі телескопи є переважно рефлекторами. Створення великих лінз набагато складніше — потрібно досягти високої однорідності скляної заготовки та обробити дві поверхні лінзи (замість однієї у дзеркала). Найбільший збудований рефрактор має діаметр об'єктиву один метр. Крім того лінзові об'єктиви мають значні оптичні аберації, основні з яких хроматична і сферична. Обох цих аберацій позбавлені дзеркала, що мають форму параболоїда обертання.

Призначення

Телескоп має три основні призначення:

  1. Збирати слабке випромінювання від небесних світил на приймальний пристрій (око, фотографічну пластинку, спектрограф та ін.), що дозволяє побачити тьмяні об'єкти;
  2. Будувати у фокальній площині зображення об'єкта або певної ділянки неба, що дозволяє зафіксувати його;
  3. Розрізняти об'єкти, розташовані на близькій кутовій відстані один від одного, що зливаються під час спостережень неозброєним оком.

Основною оптичною складовою телескопа є об'єктив, який збирає світло й будує зображення об'єкта або ділянки неба. Об'єктив з'єднується з приймальним пристроєм трубою (тубусом). Механічна конструкція, що несе трубу й забезпечує її наведення на небо, називається монтуванням. Якщо приймачем світла є око (під час візуальних спостережень), то обов'язково потрібен окуляр, в який розглядається зображення, побудоване об'єктивом. Для фотографічних, фотоелектричних, спектральних спостережень окуляр не потрібен. Фотографічну пластинку, вхідну діафрагму електрофотометру, щілину спектрографа та ін. встановлюються безпосередно поблизу фокальної площини телескопа.

Телескоп із лінзовим об'єктивом називається рефрактором, тобто заломлюючим телескопом. Оскільки світлові промені з різною довжиною хвиль заломлюються неоднаково (це явище має назву дисперсія світла), то одиночна лінза дає забарвлене зображення. Це явище називається хроматичною аберацією. Хроматичну аберацію значною мірою усунено в об'єктивах, складених із двох лінз, виготовлених зі скла з різними коефіцієнтами заломлення (ахроматичний об'єктив або ахромат).

Закони відбивання не залежать від довжини хвилі, і, природно, виникла думка замінити лінзовий об'єктив увігнутим сферичним дзеркалом. Такий телескоп називається рефлектором, тобто відбивним телескопом. Перший рефлектор (діаметром всього лише 3 см і завдовжки 15 см) було побудовано Ісааком Ньютоном 1671 року.

Проте сферичне дзеркало не збирає паралельний пучок променів в одну точку, воно дає у фокусі дещо розмите зображення. Це викривлення називається сферичною аберацією. Якщо дзеркалу надати форму параболоїда обертання, то сферична аберація зникає. Паралельний пучок, спрямований на такий параболоїд уздовж його осі, збирається у фокусі практично без викривлень (якщо не брати до уваги неминучого розмиття через дифракцію). Тому сучасні рефлектори мають дзеркала параболоїдальної (параболічної) форми.

До кінця XIX століття основною метою телескопічних спостережень було вивчення видимих положень небесних світил. Важливу роль відігравали спостереження комет і деталей на планетних дисках. Всі ці спостереження здійснювалися візуально, і рефрактор із дволінзовим об'єктивом повністю задовольняв потреби астрономів.

Телескопи ХХ століття

 
Орбітальний телескоп «Габбл» після сервісного обслуговування 1997 року, під час відокремлення від шатлу «Дискавері».

Наприкінці XIX (і особливо в XX столітті) характер астрономічної науки зазнав органічних змін. Більшість досліджень зсунулася в галузь астрофізики й зоряної астрономії. Основним предметом дослідження стали фізичні характеристики Сонця, планет, зір, зоряних систем. З'явилися нові приймачі випромінювання — фотографічна пластинка й фотоелемент. Почала широко застосовуватися спектроскопія. У результаті змінилися й вимоги до телескопів.

Для астрофізичних досліджень бажано, щоб оптика телескопа не накладала обмежень на доступний діапазон довжин хвиль: земна атмосфера й так дуже обмежує його. Проте скло (з якого виготовляються лінзи) поглинає ультрафіолетове та інфрачервоне випромінювання. Фотографічні емульсії та фотоелементи чутливі в ширшій області спектру, ніж око, і тому хроматична аберація під час роботи з цими приймачами позначається сильніше.

Таким чином, для астрофізичних досліджень потрібен рефлектор. До того ж велике дзеркало рефлектора виготовити значно легше, ніж дволінзовий ахромат: треба обробити з оптичною точністю[1 1] одну поверхню дзеркала (замість чотирьох поверхонь лінз), і при цьому особливих вимог до однорідності скла не висувається. Все це призвело до того, що рефлектор став основним інструментом астрофізики.

В астрометричних роботах, як і раніше, застосовують рефрактори, оскільки в астрометрії необхідно вимірювати положення світил із максимальною точністю. Справа в тому, що рефлектори дуже чутливі до малих випадкових поворотів дзеркала: оскільки кут падіння дорівнює куту відбивання, то поворот дзеркала на деякий кут α зміщує зображення на кут 2α. Аналогічний поворот об'єктиву в рефракторі дає набагато менший зсув.

Рефлектор із параболічним дзеркалом будує зображення дуже чітко, щоправда зображення можна вважати ідеальним, поки воно залишається поблизу оптичної осі. При видаленні від осі з'являються викривлення. Тому рефлектор з одним тільки параболічним дзеркалом не дозволяє фотографувати великих ділянок неба, а це необхідно для дослідження зоряних скупчень, галактик і галактичних туманностей. Тому для спостережень, що вимагають великого поля зору, почали будувати комбіновані дзеркально-лінзові телескопи, в яких аберація дзеркала виправляється тонкою лінзою — меніском, виготовленою зі скла, прозорого для ультрафіолетових променів.

Дзеркала рефлекторів у минулому (XVIII — XIX століттях) робили металевими зі спеціального сплаву, проте згодом, із технологічних причин, оптики перейшли на скляні дзеркала, які після механічної обробки вкривають тонкою плівкою металу, що має великий коефіцієнт відбивання (найчастіше — алюміній).

Монтування

 
Радіотелескоп Very Large Array, Нью-Мексико, США.

Складним технічним завданням є наведення телескопа на об'єкт і відстеження його. Адже внаслідок обертання Землі зорі та інші небесні об'єкти здійснюють видимий добових рух на небесній сфері.

Монтування телескопа завжди має дві взаємно-перпендикулярні осі, поворот довкола яких дозволяє навести його практично на будь-яку ділянку неба.

Більшість телескопів встановлюються на екваторіальному монтуванні, одна з осей якого спрямована на полюс світу (полярна вісь), а інша лежить у площині небесного екватора (вісь прямого сходження). Телескоп на екваторіальному монтуванні називається екваторіалом. Перевага екваторіального монтування полягає у тому, що відстеження світила в полі зору телескопа (після наведення) здійснюється обертанням лише навколо однієї осі й обертання є рівномірним[4]. Для такого обертання можна застосовувати простий механізм на зразок годинникового. Це особливо важливо під час тривалих спостережень, фотографування слабких об'єктів тощо.

У вертикально-азимутальному монтуванні одна з осей спрямована в зеніт, інша лежить у горизонтальній площині. Для того, щоб на азимутальному монтуванні утримати небесне тіло у полі зору, доводиться виконувати обертання навколо обох осей монтування (горизонтальної та вертикальної), до того ж це рух має бути нерівномірним.

Але для телескопів великої маси вертикальне та горизонтальне розташування осей значно спрощує конструкцію та розрахунок деформацій. Тому найбільші земні телескопи застосовують саме таку схему (попри складніше керування задля відстеження руху світил). Серед великих телескопів таке монтування вперше було застосовано 1976 року в СРСР для 6-метрового рефлектора, який отримав назву БТА (рос. Большой Телескоп Азимутальный).

Радіотелескопи

Докладніше: Радіотелескоп

Радіотелескопи являють собою направленні антени, найчастіше параболічної форми. Оскільки радіодіапазон набагато ширший оптичного, конструкції радіотелескопів можуть значно відрізнятися.

Найвідоміші телескопи у світі

Космічні телескопи

Примітки

  1. до 1/8 довжини світлової хвилі (0,07 мікрона для візуальних променів)

Джерела

  1. «Словарь української мови» Б. Грінченка
  2. (англ.)The Gallileo Project. The Telescope.
  3. Телескоп оптичний // Астрономічний енциклопедичний словник / за заг. ред. І. А. Климишина та А. О. Корсунь. — Львів : Голов. астроном. обсерваторія НАН України : Львів. нац. ун-т ім. Івана Франка, 2003. — С. 471. — ISBN 966-613-263-X.
  4. Использование экваториальной монтировки

Посилання