Typy dalekohledů, jejich zařízení a vlastnosti

Dalekohled je zařízení sloužící k vytváření zvětšených obrazů vzdálených objektů. To je nejdůležitější výzkumný nástroj v astronomii. Poskytuje prostředky pro sběr a analýzu radiace nebeských objektů, dokonce i těch, které jsou ve vesmíru daleko.

Galileo provedl revoluci v astronomii, když na počátku 17. století. použil dalekohled ke studiu mimozemských těles. Před ním nebyly takové nástroje k tomuto účelu použity. Galileovu průkopnickou práci následovaly stále výkonnější dalekohledy, stejně jako široká škála přístrojů schopných detekovat a měřit záření v každé oblasti elektromagnetického spektra. Možnosti astronomických nástrojů byly rozšířeny o vynálezy pomocných přístrojů (kamery, spektrografy a zařízení s nábojem) a příchod počítačů, raket a kosmických lodí. Toto všechno významně přispělo k rozšíření vědeckých poznatků o sluneční soustavě, galaxii a vesmíru jako celku.

V závislosti na pracovní části elektromagnetického spektra existují optické, radiové, rentgenové a gama teleskopy.

Refraktory

Tento typ dalekohledu se používá ke studiu Měsíce, dalších objektů Sluneční soustavy, jako jsou Jupiter a Mars a binární hvězdy. Název pochází z výrazu "refrakce", což znamená refrakci světla na rozhraní dvou médií s různou hustotou, jako je vzduch a sklo. Sklo je čočka a může se skládat z jedné nebo více součástí. Tvar prvků může být konvexní, konkávní nebo rovinně paralelní. Příkladem takového dalekohledu je refraktor školy.

Zaostření - bod nebo rovina, ve které se světelné paprsky sbíhají po průchodu objektivem ve vzdálenosti jedné ohniskové vzdálenosti. V refraktoru se první objektiv, skrze který světlo prochází z nebeského objektu, nazývá objektem. Druhý objektiv, nazývaný okulár, se nachází za ohniskovou rovinou a umožňuje divákovi zobrazit zvětšený obraz. Takže nejjednodušší forma refraktoru se skládá z čočky a okuláru.

Průměr čočky se nazývá clona. Obvykle se pohybuje od několika centimetrů do 1 m v největším dalekohledu refraktoru. Objektiv, stejně jako okulár, se může skládat z několika součástí. Malé dalekohledy může mít za okulárem další čočku, takže obraz nevypadá obrácený. Pozorovaný objekt nemusí vypadat ostře nebo s dominantním odstínem. Takové zkreslení (aberace) se někdy objevují při leštění čoček. Chromatická aberace je hlavní typ zkreslení. Objevuje se, když se světlo paprsků různých barev nesoustředí na obecné zaostření. Chromatická aberace je minimalizována přidáním dalších součástí do čočky.

Okuláry a reflektory poskytují pozorovatelům možnost zvětšení objektivu. Zvětšovací síla je určena dělením ohniskové vzdálenosti objektivu ohniskovou vzdáleností okuláru. Velký nárůst je nutný k pozorování Měsíce a planet. Například 66-cm refraktor Naval Observatory použil astronom Asaf Hall k detekci 2 satelity Marsu, Phobos a Deimos v roce 1877. Protože hvězdy jsou bodovými zdroji světla, jejich nárůst neposkytuje žádné další výhody.

Jak si vybrat dalekohled?

Nejdůležitější ze všech jeho vlastností je clona. To přímo závisí na průměru objektivu. Poměr otvoru různých dalekohledů je stejný jako poměr čtverců jejich otvorů. Získání více světla vám umožní pozorovat slabší hvězdy, mlhoviny a vzdálené galaxie.

Rozlišení je dalším důležitým rysem dalekohledu. Určuje jeho schopnost jasně rozlišit mezi dvěma body, jejichž úhlová vzdálenost je menší než minimální úhel, který může pozorovatel pozorovat. Jak zvolit dalekohled, pokud není určeno rozlišení? Může se vypočítat podle vzorce 11.25,2 / d, kde d je průměr čočky v cm. Rozlišení čočky o velikosti 25 cm je tedy 0,45 ". Důležitou aplikací řešení je pozorování binárních hvězd.

Důležitá je také stabilita dalekohledu. Jakákoli vibrace výrazně snižují kvalitu obrazu. Tento problém nesouvisí s atmosférickými poruchami proudy vzduchu. Abyste se jim vyhnuli, jsou na horských vrcholech umístěny velké dalekohledy.

Mount

Většina moderních refraktorů má ekvatoriální odpružení. Tato konzola umožňuje zaměřit dalekohled na nebeský objekt. V tomto případě je polární osa přístroje umístěna rovnoběžně s osou země a podporuje osa deklinace. Osa deklinace vám umožňuje nastavit různé úhly sklonu, když se dalekohled otáčí kolem polární osy, s ohledem na správný vzestup, měřený podél nebeského rovníku od bodu průniku sluncem na první den jara.

Deklinace a pravý vzestup - souřadnice, které určují pozici objektu na nebeské sféře. Deklinace je analogická zeměpisná šířka a pravý vzestup je délka. Na ose označené dělení, které umožňuje pozorovateli přesně zaměřit dalekohled. Pro sledování objektu je polární osa přístroje hladce poháněna elektromotorem rychlostí rovné rychlosti rotace Země vůči hvězdám. Pokud jsou otáčky postranního motoru velmi přesné, mohou být pozorování prováděna po dlouhou dobu. Velké observatoře pro toto použití buď křemenné nebo atomové hodiny.

Astrograph

Jiným typem dalekohledu je astrograf, jehož clona je 20 cm. Fotografická deska namontovaná ve fokální rovině objektivu umožňuje fotografování nebeské koule. Zařízení se používá k určení polohy slabých hvězd, jejichž pozice jsou publikovány v katalozích a slouží jako orientační body pro snímky v hlubokém prostoru.

Zrcadlové teleskopy

Používají se nejen ke studiu viditelné části elektromagnetického spektra, ale také k sousedním oblastem krátké a dlouhé vlnové délky (ultrafialové a infračervené). Princip fungování zrcadlového dalekohledu je založen na skutečnosti, že světlo na ohnisko není lámáno, ale odráží se primárním zrcadlem. Obvykle má konkávní sférický nebo parabolický tvar a obrábí obraz ve fokální rovině. Vzorce pro výpočet parametrů refraktorů jsou stejné jako pro difraktory.

Hlavní zrcadlo je umístěno na spodním konci trubky reflektoru. Jeho povrch je pokrytý nejtenčí kovovou fólií. Základna je většinou vyrobena ze skla Pyrex, ale nové technologie vedly k vytvoření materiálů s velmi nízkými koeficienty roztažnosti, což je nezbytné, aby se zabránilo deformaci při změně teploty v noci. Refraktory jsou levnější a nepodléhají chromatické aberaci.

Schmidtův dalekohled

V roce 1930 vyvinul Bernhard Schmidt, optik na hamburské observatoři v Bergedorfu (Německo) katadioptrický teleskop, který splňuje požadavky na střílení velkých ploch oblohy. Jeho design kombinuje nejlepší vlastnosti refraktoru a reflektoru. Primární zrcadlo dalekohledu je sférické. Vzhledem k tomu, že paralelní paprsky se odrážejí středem kulové zrcadlo se zaměřením více než těch, které se odrážejí od vnějších oblastí, představil Schmidt korekční čočku. Jelikož je velmi tenký, chromatická aberace je malá. Výsledná ohniska poskytuje zorné pole s průměrem několika stupňů.

Dalekohledy s více zrcadly

Hlavním důvodem, proč astronomové staví rozsáhlé dalekohledy, je zvýšit světelnost, což vám umožní hlubší pohled do vesmíru. Naneštěstí náklady na vytváření refraktorů se zvyšují v závislostech na průměru zrcadla. Aby bylo dosaženo cíle při úsporách nákladů, jsou zapotřebí nové a hospodárnější návrhy.

Ke každému takovým úsilím patří dva desítky více zrcadlových dalekohledů Keck Observatory. První byla instalována na sopce Mauna Kea, která se nachází na jednom z havajských ostrovů v roce 1992 a druhá byla dokončena v roce 1996. Každý z nich se skládá ze 36 sousedních nastavitelných počítačem řízených zrcadlových segmentů.

Sluneční dalekohledy

Refraktor a reflektor lze použít pro vizuální pozorování takových jevů jako je sluneční skvrny nebo prominence. Pro výzkum slunečního záření byl vyvinut speciální typ dalekohledu s použitím spektroheliografů a koronografů. Je umístěna ve věžích a má velmi dlouhý objektiv. To poskytuje dobrý faktor zvětšení, který umožňuje zobrazit jednotlivé vlnové délky elektromagnetického spektra. Na vrcholu věže je rovnoměrně namontované ploché zrcadlo (intestat), které směruje světlo do čočky.

V roce 1930 postavil Bernard Liot další takový dalekohled na observatoři Pic-du-Midi (Francie). Byla speciálně navržena pro fotografování sluneční korony, která se dosud mohla vzít pouze během zatmění. Koronograf je umístěn ve vysoké nadmořské výšce, aby se snížilo množství rozptýleného světla, které degraduje kvalitu fotografií. Podobné teleskopy se také používají na palubě družice SOHO určeného ke studiu Slunce.

Orbitální observatoře

Ačkoli astronomové nadále hledají nové technologické objevy při budování rozsáhlých pozemních teleskopů, je zřejmé, že jediným řešením některých vědeckých problémů je pozorování mimo atmosféru Země. NASA uvedla na oběžnou dráhu řadu astronomických observatoří. V roce 1972 byl na palubě vyslán satelit s 81 cm dalekohledem. Hvězdicový dalekohled s primárním zrcadlem o rozměrech 2,4 m, který začal pracovat v roce 1990, se stal nejkomplexnějším vesmírným pozorovatelem. Bylo navrženo tak, aby astronomové viděli 300-400krát více než ostatní systémy, bez atmosférického zkreslení. Je vybaven 5 hlavními vědeckými nástroji:

• širokoúhlý a planetový fotoaparát;
• spektrograf pro objekty se slabým zářením;
• spektrograf s vysokým rozlišením;
• neinvazivní fotometr;
• fotoaparát pro detekci objektů s nízkým kontrastem.

Hubbleův teleskop byl vypuštěn na oběžnou dráhu z raketoplánu ve výšce více než 570 km nad Zemí. Krátce po nasazení na oběžné dráze vědci zjistili, že výrobní chyba ovlivňující tvar hlavního zrcadla vážně narušila schopnost zaměřit přístroj. Vada způsobila sférickou aberaci, která omezila schopnost jednoho z největších dalekohledů na oběžné dráze rozlišovat vesmírné objekty blízko sebe a pozorovat vzdálené galaxie a kvazary. Vědci vyvinuli opatření, která jim umožňují kompenzovat vadu a odstranit problém.

Zařízení pro astronomické průvozy

Tyto malé, ale velmi důležité dalekohledy hrály důležitou roli při mapování nebeské sféry. Přístroje astronomického průchodu jsou obvykle refraktory s otvory o rozměrech 15 až 20 cm. Hlavní optická osa dalekohledu je vyrovnána se severojižní čárou, takže její pohyb je omezen na polojasnou pozorovatele. To poskytuje další stabilitu, ale pozorovatel musí čekat, až nebeský objekt projde jeho poledníkem.

Existují různé nástroje - průchod, horizontální a vertikální středový kruh. První dva typy dalekohledů určují správný vzestup a odklon nebeských objektů a svislý - pouze jejich odklon. Jeden z nejpřesnějších astronomických tranzitních přístrojů na světě je dalekohled 15 mil od pozorovatele amerického námořnictva.

Astrolabe

Prismatická astrolaba se používá k přesnému určení polohy hvězd a planet. Někdy se používá k řešení inverzního problému - určení zeměpisné šířky a délky pozorovatele z přesně známých pozic nebeských objektů. Otvor hranolové astrolaby je malý a obvykle 8-10 cm. Merkuru a refrakční hranol tvoří další hlavní část nástroje. Obraz odrážející se od tekutého kovu je pozorován společně s přímým obrazem pro získání potřebných údajů o poloze. V sedmdesátých letech se zlepšila konstrukce zařízení. Čína vytvořila přesnější automatickou astrolabu, která se v současné době používá.