Андрей Смирнов
Время чтения: ~19 мин.
Просмотров: 8

Каково общее устройство телескопа

  • Главная
  • Информация
  • Статьи
  • Телескопы
  • Как устроены телескопы различных оптических схем?

Оптический телескоп предназначен для того, чтобы с его помощью наблюдать далёкие небесные объекты. Если перевести это слово с греческого языка на русский, оно будет означать «наблюдаю далеко».

Начинающие астрономы-любители, безусловно, интересуются тем, как устроен телескоп и какие виды этих оптических приборов существуют. Новичок, придя в магазин оптики, часто спрашивает продавца: «А вот этот телескоп во сколько раз увеличивает?» Кому-то следующее утверждение может показаться удивительным, но сама постановка вопроса является некорректной.

Дело не в увеличении?

Есть люди, которые думают, что чем больше увеличивает телескоп, тем «круче». Кто-то считает, что он приближает к нам удалённые объекты. И то, и другое мнение является ошибочным. Основная задача этого оптического инструмента — собрать излучение волн электромагнитного спектра, к которым относится и свет, видимый нами. Кстати, в понятие электромагнитного излучения входят и другие волны (радио-, инфракрасные, ультрафиолет, рентген и т. д.). Современные телескопы могут улавливать все эти диапазоны.

Итак, суть функций телескопа заключается не в том, во сколько раз он увеличивает, а в том, какое количество света он может собрать. Чем больше света соберёт линза или зеркало, тем чётче будет нужная нам картинка.

Для создания хорошего изображения оптическая система телескопа концентрирует световые лучи в одной точке. Она называется фокусом. Если свет не будет сфокусирован в ней, мы получим размытую картинку.

Какими бывают телескопы?

Как устроен телескоп? Различают несколько основных их видов:

  • рефракторы. В конструкции рефрактора используют только линзы. Его работа основана на преломлении световых лучей;
  • рефлекторы. Они полностью состоят из зеркал, при этом, схема телескопа выглядит так: объектив — это главное зеркало, а есть ещё и вторичное;
  • катадиоптрики или смешанного типа. Они состоят как из линз, так и из зеркал.

Как работают рефракторы

linzoviy.JPG

Объектив любого рефрактора выглядит в виде двояковыпуклой линзы. Её задача — сбор световых лучей и концентрация их в одной точке (фокусировка). Увеличение исходного изображения мы получаем через окуляр. Линзы, которые используют в современных моделях телескопов, являются сложными оптическими системами. Если ограничиться применением только одной крупной линзой, выпуклой с двух сторон, это чревато сильными погрешностями получаемого изображения.

Во-первых, изначально лучи света не могут чётко собраться в одну точку. Такое явление получило название сферической аберрации, в результате которой невозможно получение картинки с одинаковой резкостью на всех её участках. При использовании наведения можно увеличить резкость в центре изображения, но мы получим размытые края — и наоборот.

Кроме сферической, рефракторы также «грешат» хроматической аберрацией. Искажение цветового восприятия происходит потому, что в состав света, исходящего от космических объектов, входят лучи разного цветового спектра. Когда они проходят сквозь объектив, то не могут преломляться одинаково, следовательно, рассеиваются по разным участкам оптической оси инструмента. Результатом становится сильное искажение цвета получаемого изображения.

Специалисты-оптики хорошо научились «бороться» с аберрациями разного рода. С этой целью они изготавливают оптические системы рефракторов, состоящие из разных линз. Таким образом коррекция картинки становится реальной, но усилий подобная работа требует немалых.

Принцип работы рефлекторов

zerkalnie.JPG

Появление телескопов-рефлекторов в астрономии неслучайно, так как хроматическая аберрация у «зеркалок» отсутствует вовсе, а сферические искажения можно откорректировать, изготовив главное зеркало в форме параболы. Такое зеркало получило название параболического. Вторичное зеркальце, которое тоже входит в его конструкцию, предназначено для того, чтобы отклонять лучи света, отражаемые главным зеркалом и выводить картинку в верном направлении.

Именно главное зеркало, имеющее форму параболы, обладает уникальным свойством чётко сводить все световые лучи в один фокус.

Зеркально-линзовые телескопы

katadioptriky.jpg

В оптическую конструкцию зеркально-линзовых телескопов входят и линзы, и зеркала одновременно. В качестве объектива здесь служит зеркало сферической формы, а линзы предназначены для устранения всех возможных аберраций. Если сравнить зеркально-линзовые телескопы с рефракторами и рефлекторами, можно сразу обратить внимание на то, что у катадиоптриков короткая и компактная труба. Это обусловлено системой многократного переотражения световых лучей. Если использовать разговорный язык астрономов-любителей, фокус у таких телескопов словно находится в «сложенном состоянии». Благодаря компактности и лёгкости катадиоптриков они пользуются высокой популярностью в астрономической среде, однако стоят такие телескопы гораздо дороже, чем простой рефрактор или обычная «зеркалка» системы Ньютона.

Телескоп – оптический прибор для наблюдения за отдаленными объектами, чаще всего применяемый в астрологии для изучения ночного небосвода. Также может использоваться для увеличения и фотографирования космических объектов.

История появления

Согласно историческим данным, первый телескоп был изготовлен ученым Галилео Галилеем в 1609 году. В основании своего прибора он использовал те же принципы, которые применялись при изготовлении мореплавательных подзорных труб. При этом ученый использовал более мощные линзы, предварительно высчитав их фокусировку для обеспечения усиливающего эффекта. Как следствие окончательная версия его прибора могла увеличивать изображение в 20 раз. Именно Галилео Галилей придумал современное название своему прибору, кроме этого первым начал использовать оптическое оборудование для изучения космоса. Многие космические открытия были сделаны именно с помощью того первого телескопа. Сейчас данный прибор хранится в музее во Флоренции.

Как устроен телескоп

Прибор в классическом исполнении представляет собой трубку, установленную на опорно-поворотном устройстве, так называемой монтировке телескопа. Монтировка удерживает трубку и позволяет проводить ее точное наведение на интересующий объект.

Оптической составляющей трубки прибора являются окуляр и объектив. Они обеспечивают визуальное увеличение изображения отдаленного объекта. Уровень увеличения напрямую зависит от фокусного расстояния между объективом и окуляром.

Механизм регулировки телескопа позволяет менять фокусное расстояние. Как следствие объект можно визуально приблизить с разной кратностью увеличения. Сначала он отыскивается на небосводе при минимальных настройках, а после наведения размер изображения повышается для лучшей детализации.

Уровень увеличения телескопа зависит от линз, установленных в качестве его объектива и окуляра. Естественно чем выше кратность, тем больше стоимость прибора. Более сложные телескопы классической конструкции состоят из набора линз. Они устанавливаются в трубку, каждая из которых усиливает кратность устройства.

Виды телескопов по принципу действия и строению

Классическая схема устройства телескопа является простейшей. По сути, она не отличается от строения бинокля, зрительной трубы или микроскопа, но имеет большие линзы и другую фокусировку. Кроме нее было реализовано ряд прочих конструкций, используемых и сейчас.

Наиболее известными считаются следующие разновидности телескопов:
  • Диоптрические.
  • Катоптрические.
  • Комбинированные.
  • Радиотелескопы.
  • Инфракрасные.

Все они работают по разным принципам, имеют разную себестоимость производства и отличаются по кратности увеличения. Инфракрасные и радиотелескопы сугубо профессиональные научно-исследовательские устройства, остальные виды могут быть достаточно компактными для установки вне обсерватории, а в частном доме.

Диоптрические

Диоптрический телескоп – это классический оптический прибор с линзами. Принцип его работы заключается в том, что идущий от небесных тел свет собирается линзой объектива. Объектив или группа из линз всегда имеют выпуклую форму, поэтому проходящий сквозь них свет фокусируется в точку. Для того, чтобы человеческий глаз мог рассмотреть изображение, оно фокусируется на окуляр. Главное условие для работы прибора – это совпадение между фокусом объектива и окуляром.

Катоптрические

Телескопы данной конструкции также называются зеркальными. Их активной частью выступает вогнутое зеркало. На нем собирается свет от звезд или прочих космических  объектов, и отражается на окуляр. Главное достоинство устройств данного типа – это полная передача спектра света. У диоптрических приборов свет пройдя через линзу частично искажается, поэтому фактическое изображение не совсем соответствует реальности. Приборы зеркального типа показывают все детали увеличенного объекта, его цвет, яркость, глубину темных участков.

Недостаток зеркальных телескопов в ограниченном обзоре. Они захватывают мало изображения, не позволяя рассмотреть всю картину целиком, как это делают оптические устройства. При этом катоптрические приборы дешевы в изготовлении, поэтому выпускаются в большем количестве, чем все остальные типы телескопов вместе взятые. Именно их обычно используют любители.

Комбинированные устройства

В данную группу приборов входят катадиоптрические телескопы. В их основании используются линзы и вогнутое зеркало. Устройства данного типа дают достаточно качественное изображение, при этом обладают большим углом обзора, чем обычные зеркальные телескопы.

Такие устройства разделяются еще на 2 основных подвида:
  • Шмидта-Кассегрена.
  • Максутова-Кассегрена.

Все они названы в честь своих изобретателей. Телескоп Шмидта-Кассегрена имеет в центре кривизны зеркала диафрагму. Такое решение позволяет добиться увеличения поля зрения. При этом исключается сферическое нарушение и отклонение.

Приборы, построенные по принципу Максутова-Кассегрена, имеют в районе фокальной плоскости оптическую линзу. Последняя обладает выпуклостью с одной стороны и является плоской на обороте. Это позволяет компенсировать кривизну поля и избежать сферического отклонения.

Радиотелескопы

Приборы этого класса стоят на много порядков выше, чем все предыдущие. Они никак не подходят для любительского наблюдения за космосом в связи со своими габаритами и дороговизной. Эти устройства разработаны исключительно для точных научных исследований. В их конструкции полностью отсутствуют оптические элементы для фиксации света космических объектов. Эту функцию выполняют огромные антенны, фиксирующие космические сигналы в одной частоте. Диаметр такой антенны может составлять 25 м. Полученные из них данные передаются на компьютерное оборудование, которое превращает сигнал в зрительную картинку.

Обычно антенны радиотелескопов объединены в сеть. При этом они могут располагаться в разных частях мира. Примером реализации подобных проектов является сеть VBA, работающая с 1993 года. Конкретно данная система может воспроизводить изображение любых объектов, яркостная температура которых превышает десять в шестой степени кельвинов. Антенны сети имеют огромное отдаление от базы, самая дальняя от них располагается за 8600 км.

Инфракрасные

Приборы данного типа воспринимают инфракрасное излучение от объектов. По сути, они реагируют на тепло. Благодаря большой чувствительности, устройства фиксируют ИК излучение, которое человеческая кожа даже близко не воспринимает.

Инфракрасное излучение отражается в объективе телескопа и проецируется в одну точку. Затем чувствительная часть устройства измеряет тепло, переводит его в зрительные данные, и полученный результат фотографируется для дальнейшего изучения.

Радиотелескоп и инфракрасный телескоп позволяют изучать яркие звезды, в том числе и поверхность Солнца без применения дополнительных защитных систем.  Дело в том, что зеркальные, оптические и комбинированные приборы воспринимают именно свет, который в точке фокусировки приводит к сильному разогреву, вызывающему ожог глаз. Если смотреть на Солнце в телескоп с 50-ти кратным увеличением даже мгновение, то можно ослепнуть полностью или на несколько недель. Если глаз будет оставаться в зоне фокусировки света 20 сек, то он прогорит на половину своего диаметра.

Инфракрасные телескопы не могут использоваться в пределах Земной атмосферы. Им мешает присутствующее излучение от планеты, создающее помехи и влияющее на чувствительность. Поэтому инфракрасные телескопы могут применяться только в открытом космосе. Самым известным представителем таких устройств является космический аппарат Хаббл, запущенный в результате совместного проекта американского НАСА и Европейского космического агентства в 1990 году. Однако данный прибор помимо инфракрасных камер оснащен и рефлекторами, для съемки изображения по системе Ричи-Кретьена.

Выбор любительского телескопа

При подборе телескопа для любительского наблюдения за небосводом можно остановиться на линзовом, зеркальном или комбинированном приборе. При этом если планируется наблюдать не только за космосом, но и наземными объектами, то нужно будет одновременно приобрести дополнительные аксессуары.

Так, зеркальный и комбинированный телескоп показывает отзеркаленное изображение с лева на право. Это исправляется установкой, вместо комплектного диагонального зеркала, диагональной призмы. Во многих комплектациях телескопы изначально уже имеют дополнительные детали, компенсирующие искажения. При покупке прибора нужно обратить на это внимание, если планируется наблюдать за наземными объектами. При изучении космических тел перевернутое или отраженное изображение слева направо не столь важно.

Главными тремя параметрами выбора телескопа являются:
  • Диаметр основного оптического элемента (апертура).
  • Длина фокуса.
  • Светосила.

Светосила телескопа является соотношением между фокусным расстоянием и диаметром объектива. Хорошая светосила позволяет делать снимки из окуляра. Если же она составляет 1:10, то многие даже достаточно яркие поверхности на космическом теле будут выглядеть просто как темные пятна. Для любителей оптимальными считаются приборы со светосилой на уровне 1:5 и 1:7. При покупке телескопа всегда лучше отдать предпочтение большому объективу, чем мелкому.

Похожие темы:

РубрикаРАЗНОЕ

Шаг 1: Линзы и их параметры

Телескоп представляет собой небольшой рефрактор Кеплера. Он дает увеличение примерно в 20 раз, что достаточно для начала астрономических наблюдений за небесными телами. Изображение в нем будет перевернутым, поэтому не рекомендуется использовать его в качестве подзорной трубы для наблюдения за земными объектами.

Повернуть изображение с головы на ноги можно, применив в конструкции плюсовые (положительные) линзы, но качество изображения всегда будет ухудшаться при использовании дополнительных оптических элементов. Для астрономов не так существенен переворот объектов, т.к. всегда предпочтительнее четкие и контрастные изображения, а в космических масштабах нет никакого смысла в земных направлениях.

Наиболее важными частями телескопа являются линзы. Возможно, вам хотелось бы использовать простые стекла от очков, пылящихся в старых коробках на чердаке, но есть две причины, по которым следует избегать этого. Во-первых, вы никогда не узнаете точный фокус и вряд ли сможете подобрать стекла с оптимальными параметрами для постройки телескопа. Вторая причина, это жесткие факторы оптики: обычные стекла от очков или лупы не могут передавать изображение объекта без искажений.

У таких линз присутствуют две очень серьезные проблемы: сферическая и хроматическая аберрации (даже одна из них может полностью испортить изображение, но эти искажения всегда присутствуют вместе). Поэтому, любая попытка построить телескоп с линзами от очков или обычными лупами, заканчивается разочарованием, когда наблюдатель пытается разглядеть в такое устройство звезду или планету. Объект в таком телескопе виден как нечеткое радужное пятно, на котором невозможно разглядеть какие-либо четкие детали. Поэтому, если вы решили создать свой собственный маленький телескоп, не используйте простые линзы, а следуйте этой инструкции, и у вас будет недорогой, полупрофессиональный инструмент.

Для хорошего телескопа оптимальным выбором будут ахроматы. Ахромат состоит из двух (собирательной и рассеивающей) линз. Они изготовлены из неодинаковых по дисперсии света сортов оптического стекла, что почти полностью нейтрализует хроматическую аберрацию. Ахроматы начального уровня склеены (известны как «склеенные ахроматы») и передают очень четкое изображение при использовании их в телескопах. Вы должны раздобыть себе такие линзы, чтобы построить телескоп с превосходной видимостью.

Данные линзы можете найти в продаже в интернет-магазинах. Чтобы собрать телескоп своими руками вам понадобятся три линзы. Две одинакового размера, а третья – большего размера. Теперь рассмотрим устройство рефрактора Кеплера.

Шаг 2: Рефрактор Кеплера

На рисунке представлена схема очень старого и очень простого способа увеличения удаленных объектов. Параллельные лучи света от объекта достигают большой линзы объектива с большим фокусным расстоянием, преломляются и сходятся в точке фокусировки, далее они попадают в короткофокусный окуляр малого диаметра, который увеличивает изображение. Большая линза – это объектив, маленькая – окуляр. Сложенные вместе длины фокусных расстояний объектива и окуляра составляют длину телескопа, а соотношение линз – его увеличение. Если вы соедините две одинаковые ахроматические линзы, как показано на рисунке, вы получите отличный окуляр с двойным увеличением, названный окуляром Plossl. Таким образом, мы используем в проекте 3:

Объектив (5 евро): фокусное расстояние 250 мм, диаметр 30 мм, арт. №: 569.OAL – это число, по которому вы можете идентифицировать линзу объектива.

Информацию по этой линзе вы можете прочитать на сайте AstroMedia.

Для проекта вам потребуется одна такая линза.

Окуляр (4,6 евро): фокусное расстояние 26,5 мм, диаметр 18 мм, арт. №: 551.OAL – по этому числу вы сможете идентифицировать линзу окуляра.

С информацией по линзе можете ознакомиться здесь: AstroMedia.

Вам потребуется две линзы для окуляра Plossl. Для простого окуляра с увеличением 10х будет достаточно одной такой линзы.

Шаг 3: Материалы и инструмент

Кроме линз, вам дополнительно потребуются несколько недефицитных деталей.

Материалы, которые вам понадобятся:

  • Три ахроматические линзы, описанные выше.
  • Труба от пылесоса, пластмассовая или металлическая (длиной 26-27 см).
  • Старая толстая ручка или небольшая пластмассовая трубка (длиной 5-6 см).
  • Две стандартные пластмассовые пробки от пластиковых бутылок.
  • Лист черного картона (не глянцевый!)
  • Изоляционная лента.
  • Несколько картонных полосок.

Инструмент:

  • Нож или ножницы.
  • Липкая лента и немного жидкого клея.

Шаг 4: Собираем главную трубу

Показать еще 3 изображения

Трубу для телескопа можно использовать от старого пылесоса. Ее наружный диаметр составляет 30 мм, но с одной стороны этой трубы, есть утолщение, внутренний диаметр которого более 30 мм. Это идеально подходит для установки линзы объектива, и еще остается небольшая кромка перед объективом – эта кромка будет служить козырьком для защиты от окружающего света.

Трубка меньшего размера (как видно на фото) – это труба окуляра. Она будет скользить в основной трубе. Внутрь труб вставьте предварительно вырезанные отрезки из черного картона, чтобы исключить нежелательные блики внутри их.

Обрежьте большую трубу до требуемой длины (27-28 см), скрутите в трубку деталь из черного картона и вставьте в главную трубу на расстоянии 20 см от широкого конца. Затем попробуйте вставить линзу объектива – она должна легко входить. Теперь у вас есть труба с черной внутренней поверхностью.

Возьмите две пробки от пластиковых бутылок и аккуратно обрежьте их края, чтобы получились два пластмассовых кольца. Эти кольца будут стопорить линзу объектива без использования клея. Отрежьте от колец небольшие участки, чтобы можно было их согнуть при установке.

Вставьте одно такое кольцо до конца в широкий конец трубы. Убедитесь, что кольцо стоит ровно. Теперь осторожно вставьте большую линзу (30 мм) выпуклой стороной наружу и застопорьте ее вторым кольцом. Это кольцо вы можете зафиксировать небольшим количеством клея (клей не должен попасть на линзу!). Допускается небольшое перемещение линзы между двумя кольцами. Будьте внимательны: линза должна быть обращена выпуклой стороной к небу. Сборка основной трубы почти завершена.

Шаг 5: Собираем трубу окуляра

Показать еще 3 изображения

Трубка окуляра будет немного отличаться от основной. Найдите какую-либо пластмассовую трубку с внутренним диаметром 20 мм и длиной не менее 5 см. Затем возьмите две маленькие линзы для окуляра, установите их выпуклыми сторонами друг к другу (см. фото). Это очень важная часть. Проделав такой трюк, мы получим очень эффективный окуляр Plossl. Расстояние между этими линзами должно быть не более 1-2 мм.

Теперь необходимо смотать установленные таким образом линзы изолентой; при этом нельзя позволять линзам сдвинуться или наклониться. Здесь очень важно сохранить осевую симметрию. Намотайте изоленты столько, чтобы линзы плотно вошли в трубку окуляра и установите их с самого края трубки.

Делаем диафрагму. Если вы хотите сделать профессиональный окуляр с четким изображением, то перед его сборкой изготовьте из картона 4 кольца наружным диаметром равным диаметру линз, и внутренним диаметром 12-14 мм. Установите их вместе с линзами следующим образом (слева-направо): кольцо – линза выпуклой стороной вправо – два кольца – линза выпуклой стороной влево – кольцо. Последнее кольцо может иметь меньший внутренний диаметр (приблизительно 10 мм). С помощью такой диафрагмы поле обзора будет немного уменьшено, но при этом края изображения будут более резкими.

Размеры отверстий колец необходимо подобрать экспериментально до окончательной сборки.

Края внутренних отверстий колец диафрагмы должны быть идеально ровными, иначе все неровности будут видны на изображении. Эту проблему можно решить, если использовать пробойник для изготовления колец. Здесь вам придется поэкспериментировать. Попробуйте подобрать металлическую шайбу подходящего размера и использовать ее в качестве диафрагмы. Придумайте, что еще можно использовать.

ОБХОДИМСЯ БЕЗ ОКУЛЯРА PLOSSL.

Если хотите сэкономить деньги, можете изготовить простой окуляр. В этом случае вам нужно будет купить только одну маленькую линзу. При этом кратность увеличения уменьшится вдвое, примерно до 10х. Даже такого увеличения будет достаточно, чтобы разглядеть кратеры на Луне (но не на Юпитере или Сатурне). Если вы решите сделать такой окуляр, то линзу нужно установить выпуклой стороной к вашему глазу.

Шаг 6: Финальные шаги

Телескоп почти готов. Осталось сделать только одну маленькую деталь: установить трубку окуляра в основную трубу так, чтобы она в тугую двигалась внутри ее. Для этого приклейте 3 маленькие полоски из многослойного картона изнутри свободного конца основной трубы. Предварительно сложите полоски пополам в виде буквы «V». Затем осторожно вставьте маленькую трубку в большую и попытайтесь сфокусировать изображение. Если вы все сделали правильно, то должны наблюдать перевернутое изображение объектов в очень хорошем качестве (если не были установлены кольца в окуляр, то изображение будет с размытыми краями).

Если вы не сможете настроить четкое изображение, перемещая трубку окуляра, возможно, что ваша труба или слишком длинная, или слишком короткая. В этом случае посчитайте расстояние между линзами: фокус объектива (25 см) прибавляем к фокусному расстоянию окуляра (1,4 см). Попробуйте немного вытащить линзы окуляра из маленькой трубки (вот почему их нельзя приклеивать), или отрезать немного от основной трубы со стороны окуляра, или же использовать более длинную трубку окуляра (более, чем рекомендуемые 5-6 см). При использовании однолинзового окуляра, помните, что его фокус будет составлять 2,6 см.

Шаг 7: Вперед, к звездам!

F8BV37AI8ZQY73D.LARGE.jpg

Наш телескоп (с окуляром Plossl) имеет серьезное увеличение, поэтому вы вряд ли сможете пользоваться им, просто держа в руках. Установите его на штатив для фотокамеры, чтобы было легче прицеливаться, или прижмите телескоп к стене. Лучше все-таки со штатива, т.к. спутники Юпитера вы точно не сможете разглядеть держа телескоп в руках. Посмотрите на поверхность Луны, это удивительно!

Попробуйте построить второй телескоп, используя акриловые линзы и обратите внимание на разницу.

Ваш телескоп является неплохим инструментом для наблюдения за звездами. Единственное отличие от профессиональных телескопов, это небольшой диаметр его объектива (и, следовательно, его слабая способность собирать свет). Если вы хотите создать действительно серьезную вещь с кратностью увеличения 60-80х, нужен объектив диаметром 60-70 мм, и здесь уже пятью евро вам не обойтись. Зато с помощью 70-миллиметрового телескопа вы сможете наблюдать множество небесных тел, которые невидимы невооруженным глазом (звездные скопления, яркие галактики, кольца Сатурна, поверхность Юпитера и многое другое…).

Между прочим, самый совершенный телескоп Галилея был хуже, чем этот (меньший угол обзора, более слабая оптика). Гордитесь своим творением!

Используемые источники:

  • https://poznavajamir.ru/information/stati-o-tovarah/teleskopy-info/kak-ustroeny-teleskopy-razlichnyh-opticheskih-skhem/
  • https://tehpribory.ru/glavnaia/raznoe/teleskop.html
  • https://masterclub.online/topic/16910-samodelnyi-teleskop

Рейтинг автора
5
Подборку подготовил
Максим Уваров
Наш эксперт
Написано статей
171
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации