Разглядеть Вселенную. Часть первая.

В современном мире человек постоянно куда-то бежит, его мозг обрабатывает огромное количество информации. Во всей этой суматохе многие в даже по сторонам не глядят, не говоря уже о звездах. В быту для нас Земля – всего лишь твердь под ногами. Не пора ли вспомнить, что это еще и планета? И что существуют и другие небесные тела? Вселенная необъятна. Она окружает нас со всех сторон. Иногда так и хочется сказать: «Чувствуешь? Вселенная смотрит на тебя!». С давних времен, и мы, люди, изобрели себе  «глаза» и «уши», чтобы так же за ней следить. А зовутся эти «органы чувств» - телескопами!

Прежде чем вести речь непосредственно о телескопах, поговорим немного о появлении и развитие астрономии. Условно развитие астрономии можно разделить на несколько периодов. 

Точно сказать, когда началась первая эра астрономии невозможно. Люди начали интересоваться звездами очень давно. Считается, что астрономию, как таковую, первыми стали развивать цивилизации долины Нила и соседних стран. Сначала астрономия была тесно связана с религией - небесные светила обожествлялись. На втором этапе астрономические наблюдения стали использовать на практике – например, с их помощью составляли календарь. Немалую роль сыграли они и для сельского хозяйства, где, наблюдая за небесными светилами, люди знали, когда им лучше пахать и сеять. Ну и отдельного упоминания заслуживает астрология, наряду с астрономией существующая до сих пор и (увы!) прочно вошедшая в современное общество в форме всяческих гороскопов.

Зодиак Дендеры из древнеегипетского храма, хранящийся в Лувре

Зодиак Дендеры из древнеегипетского храма, хранящийся в Лувре. Источник: drevniy-egipet.ru

Начало второй эры астрономии было ознаменовано изобретением Галилео Галилея примитивного телескопа, с помощью которого им было сделано множество открытий. Начало третьей эры, в которую мы с вами и живем, тоже точно не определено. Точкой ее отсчета может считаться и создание радиотелескопов, и запуск первого спутника Земли, и использование космических телескопов, свободных от атмосферных шумов.

У астрономических наблюдений есть несколько особенностей. Во-первых, мы не можем оказывать влияния на небесные тела. Ставить какие-либо опыты возможно в редких случаях. Из этого следует, что астрономические наблюдения пассивны. Во-вторых, не стоит забывать о том, что мы и сами являемся наблюдателями на подвижном объекте. Наша планета находится в сложном движении, поэтому важными параметрами являются место и время наблюдения. Ну и третьей особенностью является то, что мы судим о линейных расстояниях и размерах тел, опираясь в основном на угловые измерения, так как для земного наблюдателя все звезды кажутся одинаково далекими.

Определение расстояний до звезд с помощью параллакса.

Определение расстояний до звезд с помощью параллакса. Источник: kiri2ll.livejournal.com/267936.html

После такого краткого введения в астрономию, настала пора поговорить и о самих телескопах (для начала, оптических) – «сачков» для звезд-светлячков (иногда рифмы получаются сами собой). Если мы хотим наиболее точно охарактеризовать звезду, то в телескоп должно попасть как можно больше света от нее, поэтому телескопы стараются делать как можно больше в диаметре. Кроме того, чем больше будет длина телескопа, тем большего масштаба будет получаемое изображение. (Вот почему современные телескопы такие большие!)

Существует три основных вида оптических телескопов:

  • Рефлекторы (от англ. reflect - отражать) – телескопы с объективом из вогнутого зеркала
  • Рефракторы (от англ. refract - преломлять) – телескопы с объективом из линз
  • Менисковые – телескопы, в которых объединены достоинства рефлекторов и рефракторов. Система таких телескопов была разработана советским ученым Дмитрием Дмитриевичем Максутовым.

Первый собранный телескоп был рефрактором. Чаще всего его изобретение приписывают Галилео Галилею, несмотря на то, что подобные разработки велись и другими учеными.

Телескоп Галилео Галилея

Телескоп Галилео Галилея, до сих пор хранящийся в музее во Флоренции.

С помощью этого прибора, ученый сделал множество астрономических открытий. Например, были обнаружены четыре спутника Юпитера – Ио, Европа, Ганимед и Каллисто, рассмотрен рельеф Луны. Ну и конечно, наблюдения Галилея стали практическим подтверждением революционной теории о гелиоцентризме Солнечной системы.

 

Оптическая схема телескопов Галилея и Кеплера

Оптическая схема телескопов Галилея и Кеплера

Как мы видим на рис. 1 выше, этот телескоп состоит из объектива и окуляра. В качестве объектива выступает собирающая линза, а окуляра – рассеивающая. Такая система дает прямое мнимое изображение. Главным недостатком телескопа Галилея является то, что он имеет малое поле зрения и светосилу (способность пропускать свет).

Чуть позже Иоганном Кеплером была создана другая, усовершенствованная система (рис. 2). В ней ученый заменил рассеивающую линзу окуляра собирающей. При таком строении угол зрения больше, чем у системы Галилея. Такая система дает действительное перевёрнутое изображение. Главным ее недостатком, пожалуй, можно назвать хроматическую аберрацию – явление, при котором излучение разного цвета (с разной длиной волны) по-разному преломляется линзой, из-за чего фокус линзы из точки превращается в отрезок. Как следствие этого эффекта неокрашенные изображения становятся окрашенными, вокруг них возникает своеобразный ореол.

Примеры хроматической аберрации

Пример хроматической аберрации

А теперь перейдем от телескопов-рефракторов к телескопам-рефлекторам. Первый телескоп-рефлектор был изобретен Исааком Ньютоном в 1668 году. Объективом такого телескопа служило вогнутое зеркало, а не линзы. Большим преимуществом этого типа телескопов над рефракторами является то, что у них отсутствует хроматическая аберрация.

Оптическая система телескопа Ньютона

Оптическая схема телескопа Ньютона

Какие же телескопы лучше, рефлекторы или рефракторы? В области крупных инструментов, несомненно, рефлекторы. Дело в том, что изготавливать зеркала намного проще, чем линзы. Для зеркал не требуется особый сорт стекла и у них меньше площадь шлифовки. Рефлекторы можно делать таких размеров, какие для изготовления рефракторов невозможны. К примеру, крупнейшие телескопы-рефлекторы на сегодняшний день имеют диаметр зеркала порядка 10 метров, а рефракторы - лишь порядка 1 метра.

Планируемый телескоп-рефлектор на Гавайях с диаметром главного зеркала в 30 метров, который должен стать крупнейшим в мире.

Ну и последний вид оптических телескопов, который мы обсудим сегодня, был изобретен советским ученым Дмитрием Дмитриевичем Максутовым. В СССР такие телескопы часто использовались в школах для практических наблюдений. Собственно, для этой цели они изначально и создавались. Максутов поместил перед зеркалом выпукло-вогнутое стекло (мениск), чтобы защитить покрытое алюминием зеркало от действия пыли и воздуха. Вторым шагом стал отказ от дополнительного плоского зеркала, используемого в рефлекторах.  Для этого Максутов сделал центральную часть мениска посеребренной, чтобы она сама выступала в качестве маленького зеркала нужной кривизны.  Взяв такой мениск для конструкции, Дмитрий Дмитриевич не забыл позаботиться о зеркале, отражающему к нему свет. Вместо обычного, он взял сферическое, причем одинакового радиуса кривизны с мениском, что позволило избавиться от дополнительных искажений изображения.

Оптическая схема телескопа Максутова

Оптическая схема телескопа Максутова

Оптическая схема телескопа Максутова-Кассергена, не использующая дополнительные плоские зеркала.

Оптическая схема телескопа Максутова-Кассергена, не использующая дополнительные плоские зеркала. Источник: elementy.ru

Вот такими разными могут быть оптические телескопы, а ведь они работают лишь с очень малой частью диапазона электромагнитных волн! В следующих статьях мы обязательно разберемся и с другими видами современных телескопов и немножко вспомним наши разговоры с Квантовой Механикой! 😉

Анастасия Белых, специально для MakeItQuantum

Комментарии: