Телескопы 19 века принцип работы


Предыстория

Кто и когда изобрел телескоп до сих пор точно неизвестно, но предполагается, что это был голландский очковый мастер Иоанн Липперсгей

Иоанн Липперсгей

Именно он впервые в 1607 году в Гааге показал прибор, который больше был похож на современную подзорную трубу, а такое изобретение давно ждали мореплаватели. Только в выдаче патента изобретателю отказали, так как точно такие же приборы уже были у Захария Янсена из Мидделбурга и Якоба Метиуса из Алкмара. 

Задолго до этого изобретения самые первые чертежи были сделаны Леонардо да Винчи еще в 1509 году. Это были простые приборы, похожие на телескопы, с одной и двумя линзами.

Изобретение первого телескопа рефрактора

Полноценный прибор для наблюдения космических объектов был специально изобретен известным ученым Галилео Галилеем в 1609 году. Первый прибор изобретателя имел трехкратное, второй — 8-кратное, а третий — 32-кратное увеличение. При этом, пользуясь такими несовершенными телескопами, Галилео Галилей сделал много важных открытий, связанных с Космосом. В частности, он впервые рассмотрел:

  • горы и кратеры на Луне;
  • звезды Млечного Пути;
  • пятна на Солнце;
  • четыре спутника Юпитера;
  • кольца Сатурна.

Галилео Галилей

Настоящий телескоп получил свое название не сразу. В 1611 году известный математик Иоаннис Димисианос из Греции предложил данный прибор называть телескопом.  

Так началась эра рефрактора в астрономии, открытая Галилео Галилеем.

Изобретение рефлектора Ньютоном

Телескоп постоянно пытались усовершенствовать, но не удавалось изготовить линзы больших размеров. Из-за этого приборы были длинными, неподъемными и с узким полем зрения. К ним в то время смогли только изобрести штативы.

Во второй половине ХVII века Христиан Гюйенс сделал телескоп длиной 7 метров, который увеличивал в 100 раз, при этом апертура была примерно 15 см. Сегодня примерно такой же прибор относят к любительским и рекомендуют начинающим астрономам. Телескоп не один раз пытались усовершенствовать. К концу ХVII века был собран телескоп длиной 70 метров! Но как им управлять и настраивать его? При этом даже обычный ветер был помехой для наблюдений. Великие умы прилагали все усилия, чтобы улучшить его. 


Длинный телескоп Христиана Гюйенса

Совершенно новое изобретение стало принадлежать Исааку Ньютону. Его прибор позволял собирать и фокусировать лучи с помощью вогнутого зеркала. Таким образом, рефрактор Галилея «превратился» в рефлектор Ньютона. Здесь главной задачей было сделать для прибора зеркало хорошего качества. Для него Ньютон применил сплав меди, олова и мышьяка, чем улучшил изображение в несколько раз, при этом добился 40-кратного увеличения. Телескоп так понравился королю, что Ньютон сразу стал членом Королевского общества. Это шел 1704 год, а значит, начало ХVIII века стало новой эрой рефлектора Ньютона. Его самодельный телескоп до сих пор хранится в лондонском музее астрономии. 

Исаак Ньютон

Телескопы стали удобнее и компактнее (чаще не более 2 метров в длину), но все равно громоздкими. Но хотя их можно было уже носить и брать с собой, куда угодно.

телескоп Исаака Ньютона

История развития рефрактора и рефлектора

Телескоп совершенно другого типа разработали в конце ХVIII века. Француз Кассегрен предложил вместо одного зеркала в приборе использовать два. Но свою идею он не мог воплотить в жизнь, так как на тот момент не было возможности сделать нужные зеркала. Его изобретение реализовали в наше время в мощном телескопе Хаббл. В нем установлены зеркала, работающие по принципу, который описал Кассегрен. 


К сожалению, рефлекторы оказались дорогими, кроме этого, основные элементы — металлические зеркала — со временем теряли яркость и становились тусклыми. Поэтому телескоп-рефрактор продолжал совершенствоваться. В 1758 году были изобретены два совершенно новых сорта зеркал: крон и флинт. Их удачно применил Дж. Доллонд в своем телескопе с двухлинзовой системой. Такой прибор впоследствии назвали доллондовым. Успех рефрактора был однозначным!

Но астрономы-любители не забыли о рефлекторах. Так, английский музыкант Вильям Гершель собрал собственный телескоп-рефлектор и в 1781 году совершил потрясающее открытие: в космическом пространстве он нашел новую планету — Уран, чем удивил всех. Такой успех побудил любителя астрономии усовершенствовать телескоп и сделать его большего размера. Им был создан самый большой на то время рефлектор с диаметром зеркала 122 см. В результате были открыты еще 2 спутника Сатурна.

За Гершелем последовал английский лорд Росс, который собрал рефлектор с диаметром зеркала 182 см. Он сразу открыл неизвестные ранее спиральные туманности. Но и эти телескопы были несовершенны: тяжелые, с малым отражением света, а зеркала в них быстро тускнели.                 


Только в 1856 году французский физик Леон Фуко применил зеркало из посеребренного стекла. Этот опыт оказался удачным.

Русские ученые тоже не остались в стороне, они принимали участие в новых изобретениях: Я.В. Брюс разрабатывал металлические зеркала, М.В.Ломоносов (также как и Гершель) работал над новой конструкцией, которая уменьшала бы потери света.

Только в конце ХIХ века стали выпускать линзы со стеклянной поверхностью, обработанной серебром. Такие линзы отражали до 95% светового потока, что стало настоящим прорывом в области телескопостроения. 

Л.Фуко создал рефлектор, применив параболическое зеркало, которое по тем временам было просто громадное 91 см.

В ХХ веке телескопы с огромными зеркалами стали не редкость. Например, прибор с диаметром 256 см установлен в обсерватории Моунт-Вильсон, а гигантский рефлектор с диаметром в 2 раза больше — в Калифорнии.

Телескопы ХХ века

Благодаря открытиям, сделанным в прошлых столетиях, и разработкам ХХ века телескопы вышли на совершенно иной уровень. Они стали давать качественное изображение и точную информацию о космических объектах. Все это сопровождается компьютерным ведением. Вот некоторые из них.

  • В 1976 году советским ученым удалось смонтировать на Северном Кавказе телескоп, который получил название БТА — Большой Телескоп Азимутальный. В нем установлено шестиметровое 42-тонное зеркало. С помощью прибора сделано много важных открытий в области взаимодействия и эволюции Галактик. На тот момент это был единственный гигантский телескоп.

Телескоп БТА

  • Космический телескоп «Хаббл» — орбитальная обсерватория, имеющая все необходимое оборудование для астрономических наблюдений и исследований. Так как земная атмосфера не создает ему помех, снимки, сделанные им в Космосе, являются самыми качественными. Он выведен на орбиту в 1990 году и его планируют заменить после 2020 года.

телескоп Хаббл

  • Два самых эффективных телескопа-близнеца KECK 1 и KECK 2 размером с 8-этажный дом установлены в 1993 — 1996 году на горе потухшего вулкана Мануа Кеа. Его угловые разрешения высокой точности позволили открыть экзопланеты и исследовать их.

Современные телескопы

У современных телескопов выросли размеры зеркал, точность изготовления, возросло количество диапазонов длин волн, в которых ведется наблюдение. Обсерватории работают в инфракрасном, ультрафиолетовом, рентгеновском, терагерцовом и других диапазонах. Они оснащены уникальными компьютерными программами, позволяющими накапливать данные и анализировать их.


  • Большой Канарский телескоп-рефлектор установлен в 2007 году на вулкане Мучачос на высоте 2400 метров. Он позволяет изучать наиболее отдаленные объекты в космическом пространстве.
  • В чилийской пустыне Атакама, расположенной на высоте 5100 метров над уровнем моря, где крайне сухой воздух, с 2005 года работает детектор CONDOR. С его помощью Вселенную изучают в терагерцовом диапазоне. 
  • Дорогостоящий комплекс из радиотелескопов, расположенный также в пустыне Атакама в Чили, начал научные наблюдения с 2011 года. С его помощью ученые попытаются воссоздать эволюционные процессы во Вселенной, в том числе зарождение звезд и Галактик. 

радиотелескопы в пустыне Атакама (Чили)

Данные телескопы стали настоящим прорывом в изучении Космоса. Они позволяют заглянуть в самые отдаленные уголки Вселенной, разгадать загадки далеких звезд, планет и Галактик.

Какими бы гигантскими ни были современные телескопы, простых любителей астрономии все равно будет интересовать свой личный прибор, поэтому предлагаем заглянуть на страницы нашего сайта и выбрать оптимальный вариант телескопа лично для себя или в подарок близкому человеку!


Назад к списку

Источник: veber.ru

Купленное им вогнутое стеклянное параболическое зеркало диаметром 91 см сразу было вставлено в телескоп. Сегодня телескопы с подобными громадными зеркалами устанавливаются в современных обсерваториях. В то время как рост рефрактора замедлился, разработка зеркального телескопа набирала обороты. С 1908 по 1935 года различные обсерватории мира соорудили более полутора десятков рефлекторов с объективом, превышающих йеркский. Самый большой телескоп установлен в обсерватории Моунт-Вильсон, его диаметр 256 сантиметров. И даже этот предел совсем скоро был превзойден вдвое. В Калифорнии смонтирован американский рефлектор-гигант, на сегодня его возраст более пятнадцати лет.
Более 30 лет назад в 1976 году ученые СССР построили 6-метровый телескоп БТА — Большой Телескоп Азимутальный. До конца 20 века БРА считался крупнейшим в мире телескопом Изобретатели БТА были новаторами в оригинальных технических решениях, таких как альт-азимутальная установка с компьютерным ведением. Сегодня это новшества применяются практически во всех телескопах-гигантах. В начале 21 века БТА оттеснили во второй десяток крупных телескопов мира. А постепенная деградация зеркала от времени — на сегодня его качество упало на 30% от первоначального — превращает его лишь в исторический памятник науке.
r />
К новому поколению телескопов относятся два больших телескопа 10-метровых близнеца KECK I и KECK II для оптических инфракрасных наблюдений. Они были установлены в 1994 и 1996 году в США. Их собрали благодаря помощи фонда У. Кека, в честь которого они и названы. Он предоставил более 140 000 долларов на их строительство. Эти телескопы размером с восьмиэтажный дом и весом более 300 тонн каждый, но работают они с высочайшей точностью. Принцип работы — главное зеркало диаметром 10 метров, состоящее из 36 шестиугольных сегментов, работающих как одно отражательное зеркало. Установлены эти телескопы в одном из оптимальных на Земле мест для астрономических наблюдений — на Гаваях, на склоне потухшего вулкана Мануа Кеа высотой 4 200 метра. 

Источник: www.sites.google.com

С чего началась история создания телескопа? Кому человечество обязано за его изобретение? До сих пор не совсем ясно и все еще обсуждается в кругах историков и теоретиков. Ещё в 385 г. до н.э. Демокрит объявил, что Млечный Путь состоит из множества звезд. Некоторые специалисты утверждают, что к такому выводу можно прийти только с помощью телескопических наблюдений. Другие указывают на сохранившиеся греческие и римские тексты в которых описывается некий оптический инструмент, похожий на сегодняшний телескоп.


История изобретения телескопа | Телескоп Галилея

Тем не менее, это только косвенные доказательства принадлежности какого-либо человека к истории создания телескопа, и кажется, что делать такие далеко идущие выводы неоправданно.

Телескопы, работающие по принципу преломления света на границе центров

Технология шлифования была известна еще в древности. Только первые линзы были сделаны не из стекла, а из обработанного и полированного кварца (диоксид кремния, SiO2), твердого материала, который довольно часто встречается в природе. Однако трудно выяснить, являются ли предметы, найденные археологами, украшениями или сознательными попытками сделать линзы.

История изобретения телескопа | Телескоп Галилея

Первое хорошо документированное в истории использование линз появляется в греческих и римских источниках.
Официальным началом телескопической астрономии можно считать деятельность месопотамского астронома Альхазена (Ибн аль-Хайсам), жившего в 11 веке. Он был величайшим физиком и считается отцом оптики, много занимался вопросами рефракции и расщепления света, и его работы оказали значительное влияние на развитие современного телескопа.


Также древние окуляры были обнаружены в археологических находках в Висби, Готланд (территория Швеции), и датируются второй половиной 11 века. Эти линзы имеют интересную форму – половина – почти идеальный эллипсоид, а другая сторона – плоская. Некоторые из них имели серебряную оправу и, вероятно, использовались в качестве подвесок.

В нескольких исследованиях, написанных между 1230 и 1235 годами, Роберт Гроссетест, основатель оксфордской философской и естественнонаучной школы, писал: Эта часть оптики, если ее хорошо понять, показывает нам, как мы можем сделать очень отдаленные объекты очень близкими, а крупные близкие объекты кажутся маленькими и мы можем сделать удаленные объекты нужного размера, чтобы можно было читать самые маленькие буквы с невероятных расстояний.

Широко признано, что в Европе очки, корректирующие дальнозоркость с помощью соответствующих линз, были изобретены в северной Италии на рубеже 13 и 14 веков.

История изобретения телескопа | Телескоп Галилея

Около 1450 года было обнаружено, что вогнутые линзы исправляют миопию. Таким образом, в середине пятнадцатого века два типа линз, необходимых для создания телескопа, были уже известны, и открытие телескопа, как вы можете догадаться, было лишь вопросом времени. Однако мир не обладает достаточными письменными или материальными источниками, чтобы можно было с уверенностью сказать, был ли уже построен соответствующий телескоп в то время.

С другой стороны мы имеем хорошо документированные доказательства, что оптические и зеркальные телескопы были известны в Англии уже во второй половине 16-го века. Письма Яна Ди и Томаша Диггса от 1570 и 1571 годов соответственно описывают использование этих оптических конструкций отцом Томаша, Леонардом Диггсом. Независимое подтверждение этого факта можно найти и в других записях того периода.

Первые телескопы состояли из фокусирующей линзы и рассеивающей линзы. Благодаря множеству практических применений, значительное их количество быстро распространилось по всей Европе.

Кстати, всем студентам-астрономам можно порекомендовать сконструировать такой дешевый и простой телескоп своими руками – самый простой способ – с помощью линз для очков и цилиндрической трубки. Это будет абсолютно фатальный инструмент с точки зрения качества оптики, но с дидактической и когнитивной точки зрения почему бы не попробовать.

Первый патент

Первым запатентовал телескоп голландский офтальмолог Иоанн Липперсгей в 1608 году. Свои изобретения он поставлял голландскому правительству, вероятно, они были нужны армии и флоту, потому что моряки быстро осознали неоценимую роль телескопа на борту корабля.

История изобретения телескопа | Телескоп Галилея
Телескоп Липперсгейя, реплика

Видимо, принцип работы телескопа Липперсгей обнаружил, когда двое его детей, играя в мастерской, соединили две линзы одну за другой. Внимание Иоанна привлекли их крики от увиденного.

Изобретение телескопа Галилеем

Пришло время упомянуть человека, которому чаще всего приписывают «открытие» телескопа – Галилей.

История изобретения телескопа | Телескоп Галилея

Находясь в Венеции в мае 1609 года он услышал о человеке, который сконструировал инструмент, благодаря которому отдаленные объекты выглядели ближе и крупнее, чем видно невооруженным глазом, и что физический принцип, по которому работает устройство, – это преломление света. Сам Галилей утверждал, что он решил проблему конструкции телескопа в первую ночь после возвращения из Венеции в Падую, а на следующий день у него был готовый инструмент, состоящий из фокусирующей линзы и рассеивающей линзы, прикрепленной на противоположных концах свинцовой трубы. Несколько дней спустя, сделав лучшую версию телескопа, он отвез ее в Венецию, где объявил о «своём» открытии.

Галилея ждал огромный успех, как во время жизни (он получил пожизненное финансовое обеспечение от собора), так и в умах потомков, в значительной степени незаслуженно передавая историю «первооткрывателя телескопа”.

Телескоп Галилея

Галилей изучал небо с помощью телескопа, сделал правильные выводы и смог распространить их. Он наблюдал солнечные пятна (известные китайцам в течение долгого времени, хотя механизм их формирования до сих пор полностью не объяснен), фазы Венеры, Луны (правильно распознал форму местности) и заметил, что Сатурн вытянут (его телескоп был слишком мал, чтобы распознать кольцо планеты). Его наиболее важными открытиями были спутники Юпитера.

История изобретения телескопа | Телескоп Галилея
Источник: neane.ru

В результате своих исследований Солнечной системы он поддержал гелиоцентрическую гипотезу Коперника о построении Солнечной системы, отрицая при этом основы геоцентрической теории Птолемея. Это оказало значительное влияние на развитие науки и на жизнь самого Галилея, но это совсем другая история.

Конечно, Галилей постепенно улучшал свой телескоп – начиная с трехкратного увеличения, сконструировал телескоп с увеличением примерно в тридцать раз, что уже было довольно серьезным оптическим инструментом. Благодаря этому сегодня мы и называем эту структуру телескопом Галилея.

Кеплер и другие

Вскоре Ян Кеплер описал альтернативную конструкцию линзового телескопа, построенного на основе двух выпуклых линз. Преимуществом этой конструкции было значительно большее поле зрения телескопа. Однако контраст полученных изображений был ужасным, поэтому для этих телескопов требовалось большое фокусное расстояние.

Все любители астрономии знают об огромной роли поля зрения. В качестве дополнительного примечания стоит добавить, что при создании современных любительских телескопов всегда ищется компромисс между увеличением оптических дефектов наряду с уменьшением светоотдачи и с уменьшением поля зрения по мере увеличения фокусного расстояния. Такой компромисс для типичных и относительно недорогих современных конструкций лежит между 1:8 и 1:12.

Во второй половине XVII века произошло значительное улучшение качества сконструированных телескопов: достаточно упомянуть Христиана Гюйгенса, который со своим братом сконструировал инструмент с фокусным расстоянием около 3,5 метров и правильно объяснил природу колец Сатурна.

Но построенные в то время телескопы были чрезвычайно длинными – 30 или даже 60 метров и управлять ими было чрезвычайно сложно.

Зеркальные телескопы, работающие по принципу отражения света

Феномен радуги и преломления света на границе центров был известен на протяжении веков, но только Исаак Ньютон в своих работах описал, что прохождение белого света через призму не создает новые цвета, но расщепляет существующие. Этим он доказал, что разные длины волн света изгибаются по-разному – в физике мы говорим, что призма является дисперсионной средой для света. До этого момента учёные считали, что оптические дефекты преломляющих телескопов связаны с плохо выбранной формой линзы, а не с природой самого света.

Хотя есть записи, которые могут указывать на то, что первые зеркальные телескопы были построены в первой половине шестнадцатого века, приоритетное место определенно принадлежит Исааку Ньютону.

В 1663 году Джеймс Грегори написал трактат Optica Promota, в котором он обсуждает изображения, полученные в результате преломления света линзами и отражения света от зеркальных поверхностей. В нем он отмечает, что если линзы или зеркала имеют сферическую форму (их поверхности являются элементами сферы), результирующие изображения будут искривлены.

Он понимал, что любая попытка улучшить телескопы путем придания линзам различной формы не приводит к решению проблемы хроматической аберрации (хотя он явно не называл этот оптический дефект). И предложил построить зеркальный телескоп без хроматической аберрации (закон отражения в геометрической оптике не зависит от длины волны света). Однако он так и не смог сконструировать правильный инструмент и не нашел никого, кто бы поддержал его идею. Ньютон сделал это.

Исаак Ньютон | Телескоп Ньютона

Когда в 1666 году Ньютон обнаружил зависимость показателя преломления в зависимости от его цвета, он понял, что недостатки объектива телескопа связаны скорее всего с этим явлением, чем со сферической формой объектива.

Обнаружив, что дефект рефракторов заключается в самой природе света и экспериментально доказав правильное отражение (угол падения света равен углу отражения), он обратил свое внимание на создание зеркального телескопа, выбрав сплав меди и олова как наиболее подходящий для отражающей поверхности.

История изобретения телескопа | Телескоп Галилея

Поверхность зеркала была отшлифована и отполирована в форме сферы, которую было легче получить, чем вращающийся параболоид. Он справедливо предположил, что хроматическая аберрация в первую очередь ответственна за оптические дефекты в телескопах, а не за сферическую аберрацию. С помощью построенного им телескопа он наблюдал луны Юпитера и Венеру. Как и многие великие ученые, он решил, что проблема – по крайней мере на данном этапе – решена, и дальнейшая работа больше не была наукой, а скорее инженерией.

Ахроматический телескоп

Вехой в разработке телескопов стало изобретение рефракционного ахроматического телескопа англичанином Честером Муром Холлом.

Он полагал, что различные области человеческого глазного яблока преломляют световые лучи, так что сетчатка производит изображение без расщепления цвета. Таким образом, изобретатель справедливо указал, что должна быть возможность создать линзу с подобными оптическими свойствами, если будут использоваться центры с соответствующими свойствами преломления.

Вскоре Честер обнаружил, что, комбинируя различные типы стекла, можно создать «ахроматическую линзу», то есть ту, которая исправляет неравномерное преломление света. В 1733 году ему удалось построить рефрактор с апертурой около 7,5 сантиметров и фокусным расстоянием 50 см (то есть с интенсивностью света 1/6,5), которая показала только небольшую хроматическую аберрацию.

Следует отметить, что Мур Холл был очень скромным и небрежным человеком и даже не удосуживался заявить о своем открытии научному миру.

История изобретения телескопа | Телескоп Галилея
Телескопы Кек 1 и Кек 2

Тем не менее, идея ахроматических телескопов выжила и послужила основанием для огромного развития техники наблюдений, кульминацией которой стали телескопы в Паломарской обсерватории (1948 г., США), 6-метровый советский телескоп на Кавказе (1974 г.) и расположенные на Гавайях Кек 1 и Кек 2 (9,8 м, 1992 и 1996).

Источник: joinfor.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.