Telescop optic

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 11 ianuarie 2022; verificările necesită 5 modificări .

Un telescop optic este un telescop care colectează și focalizează radiația electromagnetică în domeniul optic . Sarcinile sale principale sunt de a crește luminozitatea și dimensiunea unghiulară aparentă [1] a unui obiect, adică de a crește cantitatea de lumină provenită dintr-un corp ceresc ( penetrare optică ) și de a face posibilă studierea detaliilor fine ale observației. obiect ( rezoluție ). O imagine mărită a obiectului studiat este observată cu ochiul sau fotografiată . Principalii parametri care determină caracteristicile telescopului (rezoluția optică și penetrarea optică) sunt diametrul ( deschiderea ) și distanța focală a obiectivului, precum și distanța focală și câmpul vizual al ocularului.

Constructii

Un telescop optic este un tub care are o lentilă și un ocular și este montat pe o montură echipată cu mecanisme de îndreptare spre obiectul de observație și de urmărire a acestuia. Planul focal din spate al lentilei este aliniat cu planul focal frontal al ocularului [2] . În locul unui ocular, în planul focal al obiectivului poate fi plasat un film fotografic sau un detector de radiații matrice .

Conform schemei lor optice, acestea sunt împărțite în:

Lentila ( refractoare sau dioptrii) - un obiectiv sau un sistem de lentile este folosit ca lentila.
Oglindă ( reflectori sau catoptric) - o oglindă concavă este folosită ca lentilă .
Telescoape cu lentilă oglindă (catadioptrice) - o oglindă sferică este folosită ca obiectiv , iar o lentilă , sistem de lentile sau menisc servește pentru a compensa aberațiile .

Caracteristici

Puterea de rezoluție a unui telescop depinde de diametrul obiectivului. Limita de rezoluție impune fenomenul de difracție - îndoirea undelor luminoase în jurul marginilor lentilei, în urma căreia se obțin inele în locul imaginii unui punct. Pentru intervalul vizibil , acesta este determinat de formulă

r={\frac {140}{D}}

unde este rezoluția unghiulară în secunde de arc și este diametrul obiectivului în milimetri. Această formulă este derivată din definiția lui Rayleigh a limitei de rezoluție de două stele . Dacă sunt utilizate alte definiții ale limitei de rezoluție, factorul numeric poate fi de până la 114 Limita lui Dawes. $r$ $D$

În practică, rezoluția unghiulară a telescoapelor este limitată de jitterul atmosferic [3] la aproximativ 1 secundă de arc, indiferent de deschiderea telescopului.

Mărirea unghiulară sau mărirea telescopului este determinată de raport

\Gamma ={\frac {F}{f))

unde și sunt distanțele focale ale obiectivului și, respectiv, ale ocularului. În cazul utilizării de unități optice suplimentare între obiectiv și ocular (sisteme de rotire, lentile Barlow , compresoare etc.), mărirea trebuie înmulțită cu multiplicitatea unităților utilizate. $F$ $f$

Câmpul vizual real al telescopului ( TFOV ) - dimensiunea unghiulară reală a zonei vizibile prin ocularul telescopului - este determinată de ocularul utilizat: $\omega$

\omega ={\frac {\Omega }{\Gamma ))

unde este câmpul de vedere unghiular al ocularului (Apparent Field Of View - AFOV) și este mărirea telescopului (care depinde de distanța focală a ocularului - vezi mai sus). $\Omega$ $\Gamma$

Diafragma relativă a lentilei unui telescop (diafragma lentilei) este raportul dintre diametrul său (apertura) și distanța focală $A$ $D$ $F$

A={\frac {D}{F}}={\frac {1}{\forall }}={\forall }^{{-1}}

Distanța focală relativă a lentilei telescopului sau numărul F, F#, ${\pentru toți }$

{\forall }={\frac {F}{D}}={\frac {1}{A}}={A}^{{-1}}

$A$ și sunt caracteristici importante ale obiectivului telescopului. Acestea sunt opuse unul altuia. Cu cât diafragma relativă este mai mare, cu atât distanța focală relativă este mai mică și iluminarea în planul focal al lentilei telescopului este mai mare, ceea ce este benefic pentru fotografie (vă permite să reduceți timpul de expunere menținând expunerea). Dar, în același timp, se obține o scară mai mică a imaginii pe cadrul fotodetectorului. ${\pentru toți }$

Putere de penetrare (putere optică) - mărimea celor mai slabe stele vizibile cu un telescop atunci când sunt observate la zenit . $m$

Scala imaginii pe receptor:

u={\frac {3440}{F}}

unde este scala în minute de arc pe milimetru ('/mm) și este distanța focală a lentilei în milimetri. Dacă sunt cunoscute dimensiunile liniare ale matricei CCD, rezoluția și dimensiunea pixelilor acesteia, atunci de aici este posibil să se calculeze rezoluția unei imagini digitale în minute arc per pixel. $u$ $F$

Scheme optice clasice

Schema lui Galileo

Telescopul lui Galileo avea ca obiectiv o lentilă convergentă, iar o lentilă divergentă a servit drept ocular. O astfel de schemă optică oferă o imagine neinversată (terestră). Principalele dezavantaje ale telescopului galileian sunt câmpul vizual foarte mic și aberația cromatică puternică . Un astfel de sistem este încă folosit în binocluri de teatru și, uneori, în telescoapele de amatori de casă. [patru]

Diagrama lui Kepler

Johannes Kepler a îmbunătățit telescopul în 1611 prin înlocuirea lentilei divergente din ocular cu una convergentă. Acest lucru a făcut posibilă creșterea câmpului vizual și a reliefului ochilor , dar sistemul Kepler oferă o imagine inversată. Avantajul tubului Kepler este si faptul ca are o imagine intermediara reala, in planul careia se poate amplasa scara de masura. De fapt, toate telescoapele refractoare ulterioare sunt tuburi Kepler. Dezavantajele sistemului includ aberația cromatică puternică , care, înainte de crearea unei lentile acromatice , a fost eliminată prin reducerea deschiderii relative a telescopului.

Schema lui Newton

Isaac Newton a propus o astfel de schemă de telescoape în 1667 . Aici, o oglindă în diagonală plată situată în apropierea focalizării deviază fasciculul de lumină în afara tubului, unde imaginea este privită prin ocular sau fotografiată. Oglinda principală este parabolică, dar dacă deschiderea relativă nu este prea mare, poate fi și sferică .

Schema lui Grigore

Acest design a fost propus în 1663 de James Gregory în Optica Promota . Oglinda principală dintr-un astfel de telescop este una parabolică concavă. Reflectează lumina pe o oglindă secundară mai mică (eliptică concavă). Din aceasta, lumina este îndreptată înapoi - în gaura din centrul oglinzii principale, în spatele căreia se află ocularul. Distanța dintre oglinzi este mai mare decât distanța focală a oglinzii principale, deci imaginea este verticală (spre deosebire de inversată într-un telescop newtonian). Oglinda secundară asigură o mărire relativ mare datorită prelungirii distanței focale [5] .

Schema Cassegrain

Schema a fost propusă de Laurent Cassegrain în 1672 . Aceasta este o variantă a lentilei telescopului cu două oglinzi. Oglinda principală este concavă (parabolică în versiunea originală). Aruncă raze pe o oglindă convexă secundară mai mică (de obicei hiperbolică). Conform clasificării lui Maksutov , schema aparține așa-numitei alungiri pre-focale - adică oglinda secundară este situată între oglinda principală și focalizarea acesteia, iar distanța focală totală a lentilei este mai mare decât cea a principalului. unu. Lentila, cu același diametru și distanță focală, are aproape jumătate din lungimea tubului și o ecranare puțin mai mică decât cea a lui Gregory. Sistemul este non-aplanatic, adică nu este lipsit de aberații de comă . Are multe modificări ale oglinzii, inclusiv Ritchie-Chrétien aplanatic, cu o suprafață sferică a oglinzii secundare (Doll-Kirkham) sau primară și oglindă-oglindă.

Separat, merită evidențiat sistemul Cassegrain, modificat de opticianul sovietic D. D. Maksutov - sistemul Maksutov-Cassegrain , care a devenit unul dintre cele mai comune sisteme în astronomie, în special în astronomia amator. [6] [7] [8]

Schema Ritchie-Chrétien

Sistemul Ritchie-Chrétien este un sistem Cassegrain îmbunătățit. Oglinda principală aici nu este parabolică, ci hiperbolică. Câmpul vizual al acestui sistem este de aproximativ 4° [5] .

Receptoare de radiații

Matrici CCD

Matricea CCD (CCD, „Charge Coupled Device”) constă din fotodiode sensibile la lumină , este realizată pe bază de siliciu , utilizează tehnologia CCD - dispozitive cuplate la încărcare. Multă vreme, matricele CCD au fost singurul tip de fotosenzori de masă. Dezvoltarea tehnologiei a dus la faptul că până în 2008 matricele CMOS au devenit o alternativă la CCD.

Senzori CMOS

Matricea CMOS (CMOS, „Complementary Metal Oxide Semiconductor”) se bazează pe tehnologia CMOS . Fiecare pixel este echipat cu un amplificator de citire, iar semnalul de la un anumit pixel este eșantionat aleatoriu, ca în cipurile de memorie.

Sisteme optice adaptive

Optica adaptivă este concepută pentru a corecta distorsiunile atmosferice din imagine în timp real [9] . Dezvoltarea sistemelor optice adaptive a început în anii 1970. Începând cu anii 2000, sistemele de optică adaptivă au fost utilizate pe aproape toate telescoapele mari; ele fac posibilă aducerea rezoluției unghiulare a telescopului la limita sa fizică, determinată de difracție. [9] Utilizarea opticii adaptive pe telescopul Subaru a făcut posibilă creșterea rezoluției unghiulare cu un factor de 10 [10] .

Sistem de ghidaj cu laser. Un fascicul laser este îndreptat spre cer pentru a crea o stea artificială în orice parte a cerului din stratul de sodiu al atmosferei Pământului, la o altitudine de aproximativ 90 de kilometri. Lumina de la o astfel de stea artificială este folosită pentru a deforma o oglindă specială care elimină pâlpâirea și îmbunătățește calitatea imaginii.

Mecanica

Crowbar

Suportul este un suport pivotant care vă permite să îndreptați telescopul spre obiectul dorit și, în timpul observării sau fotografierii pe termen lung, pentru a compensa rotația zilnică a Pământului . Este alcătuit din două axe reciproc perpendiculare pentru îndreptarea telescopului către obiectul de observație, poate conține acționări și sisteme de măsurare a unghiurilor de rotație. Suportul este instalat pe orice bază: coloană, trepied sau fundație. Sarcina principală a monturii este să se asigure că tubul telescopului iese în locul specificat și urmărirea lină a obiectului de observație.

Principalii factori care afectează calitatea soluției problemei sunt următorii [11] :

Se modifică complexitatea legii refracției atmosferice
Refracția diferențială
Acuratețea tehnologică a producției de unități
Precizia rulmentului
Deformarea montajului

Montul ecuatorial și variațiile sale

O montură ecuatorială este o montură cu una dintre axele sale de rotație îndreptată spre polul ceresc. În consecință, planul perpendicular pe acesta este paralel cu planul ecuatorului. Este o montură clasică de telescop.

montura germană

Unul dintre capetele axei polare poartă corpul axei de declinare. Această montură nu este simetrică și, prin urmare, necesită o contragreutate.

montura engleză

Axa polară are suporturi sub ambele capete, iar în mijlocul ei se află un lagăr al axei de declinare . Montura engleză este asimetrică și simetrică.

montura americană

Un capăt al axei polare se termină cu o furcă care poartă axa de declinare.

Avantaje și dezavantaje

Principalul avantaj al monturii este ușurința de a urmări stelele. Odată cu aceasta, apar o serie de dificultăți, care devin semnificative odată cu creșterea masei telescopului [11] :

Deformarea monturii este diferita in functie de pozitia telescopului.
Când poziția telescopului se schimbă, se schimbă și sarcina pe rulmenți.
Dificultate de sincronizare cu cupola monturii

Alt-azimuth mount

Alt-azimuth mount - o montură care are o axă de rotație verticală și orizontală, permițându-vă să rotiți telescopul în înălțime ( "alt" de la altitudinea engleză ) și azimut și să îl direcționați către punctul dorit din sfera cerească .

Cele mai mari telescoape optice

Telescoape refractoare

Observator	Locație	Diametru, cm/inch	Anul constructiei / dezmembrarii	Note
Telescopul Expoziției Mondiale de la Paris din 1900	Paris	125/49,21"	1900 / 1900	Cel mai mare refractor din lume construit vreodată. Lumina de la stele a fost îndreptată către lentila unui telescop fix folosind un siderostat .
Observatorul Yerk	Williams Bay, Wisconsin	102/40"	1897	Cel mai mare refractor din lume 1897-1900 După ce a fost demontat, telescopul de la Expoziția Mondială de la Paris din 1900 a devenit din nou cel mai mare refractor în funcțiune. Refractorul lui Clark .
Observatorul Lika	Muntele Hamilton, California	91/36"	1888
Observatorul din Paris	Meudon , Franța	83/33"	1893	Dual, obiectiv vizual 83 cm, fotografic - 62 cm.
Institutul de astrofizică din Potsdam	Potsdam , Germania	81/32"	1899	Dublu, vizual 50 cm, fotografic 80 cm.
Observatorul de la Nisa	Franţa	76/30"	1880
Observatorul Pulkovo	St.Petersburg	76/30"	1885
Observatorul Allegheny	Pittsburgh , Pennsylvania	76/30"	1917	Thaw Refractor Arhivat pe 25 decembrie 2013 la Wayback Machine
Observatorul Greenwich	Greenwich , Marea Britanie	71/28"	1893
Observatorul Greenwich	Greenwich , Marea Britanie	71/28"	1897	Dublu, vizual 71 cm, fotografic 66
Observatorul Archenhold	Berlin , Germania	70/27"	1896	Cel mai lung refractor modern

Telescoape solare

Observator	Locație	Diametrul, m	Anul de construcție
Vârful Kitt	Tucson, Arizona	1,60	1962
Vârful Sacramento	Sunspot, New Mexico	1,50	1969
Observatorul Astrofizic din Crimeea	Crimeea	1.00	1975
Telescopul solar suedez	Palma , Canare	1.00	2002
Kitt Peak , 2 bucăți într-un corp comun cu 1,6 metri	Tucson, Arizona	0,9	1962
Teide	Tenerife , Canare	0,9	2001
Observatorul Solar Sayan , Rusia	Mondy , Buriatia	0,8	1975
Vârful Kitt	Tucson, Arizona	0,7	1973
Institutul pentru Fizică Solară , Germania	Tenerife , Canare	0,7	1988
Mitaka	Tokyo , Japonia	0,66	1920

Camerele Schmidt

Observator	Locație	Diametrul plăcii de corectare - oglindă, m	Anul de construcție
Observatorul Karl Schwarzschild	Tautenburg , Germania	1,3-2,0	1960
Observatorul Palomar	Muntele Palomar, California	1,2-1,8	1948
Observatorul Siding Spring	Coonabarabran , Australia	1,2-1,8	1973
Observatorul Astronomic din Tokyo	Tokyo , Japonia	1,1-1,5	1975
Observatorul European de Sud	La Silla, Chile	1,1-1,5	1971

Telescoape reflectorizante

Nume	Locație	Diametrul oglinzii, m	Anul de construcție
Telescop gigant din Africa de Sud , SARE	Sutherland , Africa de Sud	unsprezece	2005
Telescopul Marelui Canar	Palma , Insulele Canare	10.4	2002
Telescoape Keck	Mauna Kea , Hawaii	9,82×2	1993, 1996
Telescopul Hobby-Eberle , HET	Jeff Davis , Texas	9.2	1997
Telescop binocular mare , LBT	Mount Graham , Arizona	8,4×2	2004
Very Large Telescope , ESO VLT	Cerro Paranal , Chile	8,2×4	1998, 2001
Telescopul Subaru	Mauna Kea , Hawaii	8.2	1999
Telescopul North Gemeni , GNT	Mauna Kea , Hawaii	8.1	2000
Telescopul Gemenii de Sud , GST	Cerro Pachon , Chile	8.1	2001
Telescop multi-oglindă , MMT	Mount Hopkins , Arizona	6.5	2000
Telescoapele Magellanic	Las Campanas , Chile	6,5×2	2002
Telescop mare azimutal , BTA	Muntele Pastuhova , Rusia	6.0	1975
Telescop mare Zenith , LZT	Maple Ridge , Canada	6.0	2001
Telescopul Hale , MMT	Muntele Palomar, California	5.08	1948

Telescoape extrem de mari

(Telescop extrem de mare)

Nume	Diametrul (m)	Suprafata (m²)	oglinda principală	Inaltime m	Data primei lumină
Telescopul european extrem de mare (E-ELT)	39	1116 mp	798 × 1,45 m segmente hexagonale	3060	2025
Telescopul de treizeci de metri (TMT)	treizeci	655 mp	492 × 1,45 m segmente hexagonale	4050	2027
Telescopul gigant Magellanic (GMT)	24.5	368 mp	7 × 8,4 m	2516	2029

Note

↑ Landsberg G.S. Optics . - Ed. a VI-a. - M . : Fizmatlit, 2003. - S. 303 . — 848 p. — ISBN 5-9221-0314-8 .
↑ Manualul Panov V.A. al proiectantului de dispozitive opto-mecanice. - Ed. I. - L . : Mashinostroenie, 1991. - S. 81.
↑ ASTROLAB.ru. Telescoape (link inaccesibil) . Preluat la 22 decembrie 2015. Arhivat din original la 23 decembrie 2015. (nedefinit)
↑ Telescopul Galileo Arhivat 23 februarie 2013 la Wayback Machine , Astronet.
↑ 1 2 Dicţionar enciclopedic al unui tânăr astronom / Comp. N. P. Erpylev. - Ed. a II-a. - M . : Pedagogie, 1986. - S. 234 -235. — 336 p.
↑ Navashin, 1979 .
↑ Seacoruk .
↑ Maksutov, 1979 .
↑ 1 2 Enciclopedie în jurul lumii . Data accesului: 25 decembrie 2015. Arhivat din original pe 26 decembrie 2015. (nedefinit)
↑ Sistem de optică adaptivă îmbunătățit al telescopului Subaru Arhivat 25 decembrie 2015.
↑ 1 2 Montarea telescopului . Consultat la 29 mai 2013. Arhivat din original la 20 octombrie 2020. (nedefinit)

Literatură

Telescopul Navashin M. S. al unui astronom amator. — M .: Nauka, 1979.
Telescoape Sikoruk LL pentru astronomie amatoare.
Maksutov D. D. Optica astronomică. — M. — L .: Nauka, 1979.

Link -uri

Wikimedia Commons are medii legate de telescopul optic
Telescoape optice Arhivate pe 5 iulie 2013 la Wayback Machine
Belonuchkin V., Kozel S. Telescop optic // Kvant. - M. , 1972. - Nr. 4 . - S. 10-18 .

Dicționare și enciclopedii	Britannica (online)

Telescop
Tip de	telescop cu raze gamma telescop cu raze X Telescop optic ( reflector refractor ) coronograf telescopul solar telescopul infrarosu Radiotelescop ( Radio interferometru )
montură	Alt-azimut ( Dobsonian ) ecuatorial
Alte	satelit astronomic telescopul spațial optică activă Astrograf