Телескоп – инструмент, который собирает электромагнитное излучение удаленного объекта и направляет его в фокус, где образуется увеличенное изображение объекта или формируется усиленный сигнал.
По мере развития астрономической техники появилась возможность изучать объекты во всем электромагнитном спектре, для чего были разработаны специальные системы телескопов и дополнительных детекторов, позволяющие работать в различных диапазонах волн. Термин “телескоп”, первоначально означавший оптический инструмент, получил более широкое значение. Однако в телескопах, работающих в видимом, радио- и рентгеновском диапазонах, используются системы и методы, сильно различающиеся междусобой.
Как работают телескопы
Принцип работы телескопа заключается не в увеличении объектов, как думают многие, а в сборе света. Чем больше у него размер главного светособирающего элемента – линзы или зеркала, тем больше света он собирает. Важно, что именно общее количество собранного света в конечном счете определяет уровень детализации видимого – будь то удаленный ландшафт или кольца Сатурна. Хотя увеличение, или сила для телескопа тоже важно, оно не имеет решающего значения в достижении уровня детализации.
Типы телескопов
Все телескопы подразделяются на три оптических класса. Какие преимущества может дать та или иная конструкция, вы поймете из нижеследующего текста.
Преломляющие телескопы, или рефракторы, в качестве главного светособирающего элемента используют большую линзу-объектив.
Рефракторы всех моделей и апертурах включают ахроматические (двухэлементные) объективные линзы – таким образом сокращается или практически устраняется ложный цвет (хроматическая аберрация), который влияет на получаемый образ, когда свет проходит через линзу. При создании и установке больших стеклянных линз возникает ряд трудностей; кроме того, толстые линзы поглощают слишком много света. Самый большой рефрактор в мире, имеющий объектив с линзой диаметром в 101 см, принадлежит Йеркской обсерватории.
Все большие астрономические телескопы представляют собой рефлекторы. Рефлекторные телескопы популярны и у любителей, поскольку они не так дороги, как рефракторы, и их легче изготовить самостоятельно. Это отражающие телескопы, и для сбора света и формирования изображения в них используется вогнутое главное зеркало. В рефлекторах ньютоновского типа, маленькое плоское вторичное зеркало отражает свет на стенку главной трубы.
Зеркально-линзовые (катадиоптрические) телескопы используют как линзы, так и зеркала, за счет чего их оптическое устройство позволяет достичь великолепного качества изображения с высоким разрешением, при том, что вся конструкция состоит из очень коротких портативных оптических труб.
Диаметр объектива
Определяет светособирающую способность инструмента и диапазон применимых для наблюдения увеличений. Измеряется в миллиметрах, сантиметрах или дюймах. 4,5″ дюйма это 114 мм, 3″ – это 77 мм. Чем больше диаметр объектива телескопа, тем более слабые звезды можно в него разглядеть.
Фокусное расстояние
Фокусное расстояние объектива телескопа, от которого зависит светосила телескопа (отношение диаметра объектива к фокусному расстоянию).
Окуляр телескопа
Если основная оптика телескопа (линза объектива, главное зеркало или комбинация линз и зеркал) служит для формирования изображения в фокусе телескопа, то назначение окуляра (состоящего из двух или более маленьких линз, закрепленных в металлическом цилиндре) заключается в увеличении этого изображения. Окуляры бывают различных оптических конфигураций, диаметров цилиндров и фокусных расстояний.
Диагональные зеркала, выпрямляющие призмы и видоискатели
В зависимости от модели телескопа множество аксессуаров либо входит в стандартный комплект, либо поставляется отдельно.
Диагональные зеркала
Если наблюдаемый объект находится практически над головой исследователя, то диагональное зеркало (в некоторых случаях диагональная призма) преломляющего или зеркально-линзового телескопа, позволяет занять удобное для наблюдений положение. Оно отклоняет свет под прямым углом к главной трубе прибора. Именно поэтому все рефракторы и зеркально-линзовые телескопы включают диагональное зеркало или призму.
Внимание! Никогда не смотрите через телескопы на Солнце. Такая попытка, даже если она будет длиться краткий миг, приведет к немедленному и необратимому повреждению глаз, а также причинит физический ущерб самому телескопу.
Выпрямляющие призмы
Астрономические телескопы получают изображения перевернутыми вверх ногами и поменявшими правую и левую стороны. Это не имеет особого значения для исследования астрономических светил, но для наблюдения земных объектов правильное их положение было бы весьма желательным. Выпрямляющие линзы телескопов позволяют скорректировать ориентацию объектов и наблюдать их под удобным углом в 45°.
Тип монтировки телескопов
Монтировки – механические устройства для крепления и наведения телескопа на объект. Они бывают азимутальными и экваториальными. Азимутальные монтировки удобнее для земных наблюдений, а экваториальные – для небесных.
Штатив
То, на что крепится собственно монтировка. Бывает металлический и деревянный, с фиксированной длиной ног и с выдвигающимися ногами. Вместо штатива иногда используется металлическая колонна с ногами.
Опоры телескопов
Когда объект, земной или небесный, определен и отцентрирован в поле наблюдения телескопа, его опора позволяет наблюдателю “следовать” за объектом при его движении по поверхности или в небе. Бывает несколько типов опор телескопов.
Высотно-азимутальные опоры.
Это самый простой тип установки телескопа, при котором прибор может поворачиваться вверх-вниз (в вертикальном, или “высотном” направлении) и влево-вправо (в горизонтальном, или “азимутальном” направлении). Высотно-азимутальные опоры, таким образом, позволяют наблюдателю следить за объектами с помощью простых движений телескопа в вертикальном и горизонтальном направлении. Эти операции осуществляются путем регулировки медленного движения с помощью гибких кабелей. Высотно-азимутальные опоры, благодаря своей простоте и относительно невысокой цене широко применяется в телескопами как для наземного, так и для небесного наблюдения.
Экваториальные опоры.
Хотя небесные светила, как правило, “зафиксированы” на своих позициях в небе (или на небесной сфере – воображаемой сферической поверхности, на которой находятся все астрономические объекты), на самом деле, поскольку Земля оборачивается под небосводом каждые 24 часа, они движутся по небу по дуге. С астрономической точки зрения, таким образом, задачей опоры телескопа является компенсация вращения Земли с тем, чтобы наблюдатель мог следить за Луной, планетами и звездами. Эта задача значительно упрощается с помощью экваториальной опоры – этот тип установки характерен для большинства крупных или наиболее сложных телескопов. Выравнивая одну ось такой опоры по оси вращения Земли (простой процесс, заключающийся в направлении одной из осей телескопа на Полярную Звезду), наблюдатель может отслеживать астрономические объекты, поворачивая только один контрольный кабель в таких случаях требуют двух одновременных движений (высотно-азимутальные опоры). Если экваториальная опора снабжена небольшим мотором, то это отслеживание может выполняться автоматически. Эти моторы можно приобрести для большинства телескопов, выполненных на экваториальных опорах.
Опоры с компьютерным управлением.
В 1992 г. было объявлено о разработке революционной концепции телескопных опор, вскоре вышедших в лидеры мировых продаж на рынке, телескопов для серьезных астрономов-любителей. Система компьютерного контроля позволяет монтировать телескоп на высотно-азимутальную опору, а управляемые внутренним микропроцессором моторы, установленные на обеих осях, следуют за астрономическими объектами с потрясающей точностью. Кроме того, с помощью ручной клавиатуры можно ввести каталожный номер или координаты объекта, нажать GO TO и наблюдать, как телескоп автоматически наводится на этот объект, помещая его в центр поля наблюдения.
Разрешение, разрешающая сила и изображения дифракции
Эти три термина составляют основу научного лексикона, относящегося к оптике и телескопам, и их понимает даже новичок. Разрешение – это качественное выражение, означающее, как много деталей можно увидеть через данный телескоп.
Говорят, что телескопы обладают высоким разрешением, если они произведены в соответствии с оптическими стандартами, которые обеспечивают уровень видимых деталей, сравнимый с апертурой и оптическим дизайном инструмента.
Звезды (в противоположность Луне, планетам или, например, наземным предметам) относятся к самым трудным объектам в смысле наблюдения через телескоп и четкой фокусировки, так как они являются точечными источниками света: звезда состоит из световой энергии, сжатой в бесконечно малый объем, или точку. Однако телескоп формирует изображения звездных точечных источников света как диски конечного размера, имеющие реальные диаметры. Другими словами, хотя Вселенная посылает в телескоп точечный луч света, наблюдатель видит не точечный образ, а крошечный диск, называемый воздушным диском, со слабыми световыми кольцами вокруг него. Это телескопное изображение звезды, состоящее из воздушного диска и окружающих его колец света, называется дифракционным изображением.
О значении концепции дифракционного образа можно судить по тому, что она позволяет пользователю оценить качество оптической системы телескопа. Одной из этих оценок является способность телескопа четко разделять, или разрешать две звездные точки (т. е. два воздушных диска), находящиеся очень близко друг от друга. Чем больше апертура телескопа, тем выше его способность представить две смежные звезды не как одно частично перекрывающееся изображение, а как два отдельных и очень четких. Эта способность называется разрешающей силой. Если оптическое качество телескопа позволяет разрешать звездные точки с теоретическим пределом возможностей его апертуры, то такой телескоп называют дифракционно-ограниченным.