Какие виды телескопов. Телескопы и их характеристики. Телескопы для астрофотографии

Изучать далекие недостижимые небесные объекты можно одним способом - собрав и проанализировав их излучение. Для этой цели и служат телескопы. При всем своем многообразии телескопы, принимающие электромагнитное излучение, решают две основные задачи:

1. собрать от исследуемого объекта как можно больше энергии излучения определенного диапазона электромагнитных волн;
2. создать по возможности наиболее резкое изображение объекта, чтобы можно было выделить излучение от отдельных его точек, а также измерить угловые расстояния между ними.

В зависимости от конструктивных особенностей оптических схем телескопы делятся на: линзовые системы - рефракторы; зеркальные системы - рефлекторы; смешанные зеркально-линзовые системы, к которым относятся телескопы Б. Шмидта, Д. Д. Максутова и др.

Телескоп-рефрактор в основном используется для визуальных наблюдений. Он имеет объектив и окуляр. Телескоп-рефрактор, совмещенный с фотокамерой, называют астрографом или астрономической камерой. Астрограф по сути представляет собой большой фотоаппарат: в фокальной плоскости его устанавливается кассета с фотопластинкой. Диаметр объективов рефракторов ограничен из-за трудностей отливки крупных однородных блоков оптического стекла, их прогибов и светопоглощения. Наибольший диаметр объектива телескопа-рефрактора, применяемого в настоящее время, - 102 см (Йеркская обсерватория, США). Недостатками такого типа телескопов считаются их значительная длина и искажение изображения. Для устранения оптических искажений используют многолинзовые объективы с просветленной оптикой.

Телескоп-рефлектор имеет зеркальный объектив. В простейшем рефлекторе объектив - это одиночное, обычно параболическое зеркало; изображение получается в его главном фокусе.

По сравнению с рефракторами современные телескопы-рефлекторы имеют намного большие объективы. В рефлекторах с диаметром зеркала свыше 2,5 м в главном фокусе иногда устанавливают кабину для наблюдателя. С увеличением размеров зеркала в таких телескопах приходится применять специальные системы разгрузки зеркал, исключающие их деформации из-за собственной массы, а также принимать меры для предотвращения их температурных деформаций. Сооружение крупных рефлекторов (с диаметром зеркала 4–6 м) сопряжено с большими техническими трудностями. Поэтому разрабатываются конструкции с составными мозаичными зеркалами, отдельные элементы которых требуют точной настройки с помощью специальной следящей аппаратуры, либо конструкции, содержащие несколько параллельных телескопов, сводящих изображение в одну точку.

В небольших и средних по размерам рефлекторах для удобства наблюдения свет отражается дополнительным плоским (вторичным) зеркалом к стенке трубы, где находится окуляр. Рефлекторы используют преимущественно для фотографирования неба, фотоэлектрических и спектральных исследований.

В зеркально-линзовых телескопах изображение получается с помощью сложного объектива, содержащего как зеркала, так и линзы. Это позволяет значительно снизить оптические искажения телескопа по сравнению с зеркальными или линзовыми системами. В телескопах системы Б. Шмидта оптические искажения главного сферического зеркала устраняются с помощью специальной коррекционной пластинки сложного профиля, установленной перед ним. В телескопах системы Д. Д. Максутова искажения главного сферического или эллиптического зеркал исправляются мениском, установленным перед зеркалом. Мениск - это линза с мало отличающимися радиусами кривизны поверхности; такая линза почти не влияет на общий ход лучей, но заметно исправляет искажения оптического изображения.

Основными оптическими параметрами телескопа являются: видимое увеличение, разрешающая способность и проницающая сила.

Видимое увеличение (\(G\)) оптической системы - это отношение угла, под которым наблюдается изображение, даваемое оптической системой прибора, к угловому размеру объекта при наблюдении его непосредственно глазом. Видимое увеличение телескопа можно рассчитать по формуле: \ где \(F_{об}\) и \(F_{ок}\) - фокусные расстояния объектива и окуляра.

Для получения значительного увеличения объективы в телескопах должны быть длиннофокусными (фокусное расстояние в несколько метров), а окуляры - короткофокусными (от нескольких см до 6 мм). Неспокойная атмосфера Земли вызывает дрожание и искажение изображения, размывает его детали. Поэтому даже на крупных телескопах редко устанавливают увеличение более 500 раз.

Под разрешающей способностью (\(\psi\)) оптического телескопа понимают наименьшее угловое расстояние между двумя звездами, которые могут быть видны в телескоп раздельно. Теоретически разрешающая способность (в секундах дуги) визуального телескопа для желто-зеленых лучей, к которым наиболее чувствителен глаз человека, может быть оценена при помощи формулы: \[\psi = \frac{{140}""}{D},\] где \(D\) - диаметр объектива телескопа в миллиметрах. На практике из-за постоянных перемещений воздушных масс разрешающая способность телескопов снижается. В итоге наземные телескопы, как правило, обеспечивают разрешающую способность около \({1}""\), и только в редких случаях при весьма благоприятных атмосферных условиях удается достичь разрешающей способности в несколько десятых долей секунды.

Также важной характеристикой телескопа является проницающая сила (\(m\)), которая выражается предельной звездной величиной светила, доступного наблюдению с помощью данного телескопа при идеальных атмосферных условиях.

Для телескопов с диаметром объектива \(D\) (мм) проницающая сила \(m\), выраженная в звездных величинах при визуальных наблюдениях, оценивается формулой: \

С 1995 г. работают два одинаковых 10-метровых телескопа «Кек-1» и «Кек-2» в обсерватории Мауна-Кеа (США). Каждое зеркало телескопа состоит из 36 сегментов. Качеством изображения телескопов руководит адаптивная оптика, управляющая каждым сегментом зеркала. По разрешающей способности такой телескоп приближается к космическому. Обсерватория расположена на высоте 4250 м над Тихим океаном на Гавайских островах.

Оптика космического телескопа им. Эдвина Хаббла приближается к идеальной оптической системе. Вне атмосферы зеркало этого телескопа диаметром 2,4 м позволяет достичь разрешения \({0,06}""\).

Значительными возможностями обладает телескоп VLT (англ. Very Large Telescope - очень большой телескоп), принадлежащий европейским странам и установленный на горе Параналь (высота 2635 м) на севере Чили. Телескоп VLT состоит из четырех телескопов, каждый из которых имеет диаметр 8,2 м. Крайние телескопы разнесены один от другого на расстояние 200 м, что позволяет всему комплексу работать в режиме оптического интерферометра . Это означает, что если телескопы направлены на одну и ту же звезду, то собранное ими излучение суммируется, а разрешающая способность совместно работающих телескопов эквивалентна применению зеркала диаметром 200 м.

Количество построенных во всем мире телескопов с диаметром зеркала больше шести метров приближается к двадцати.

Собранное объективом телескопа излучение регистрируется и анализируется приемником излучения. На протяжении первых двух с половиной веков с начала телескопической эры единственным приемником излучения служил человеческий глаз. Однако это не только не очень чувствительный, но и достаточно субъективный приемник излучения. С середины ХIХ в. в астрономии стали широко применяться фотографические методы. Фотографические материалы (фотопластинки, фотопленки) обладают рядом ценных преимуществ по сравнению с человеческим глазом. Фотоэмульсия способна суммировать падающую на нее энергию, т. е., увеличивая выдержку на негативе, можно собрать больше света. Фотография позволяет документировать события, так как негативы могут храниться в течение долгого времени. Фотопластинки обладают панорамностью, т. е. могут одновременно и точно фиксировать множество объектов.

Самые крупные современные телескопы управляются компьютерами, а полученные изображения космических объектов фиксируются в форме, которая обрабатывается компьютерными программами. Фотография почти вышла из употребления. В последние десятилетия получили широкое распространение фотоэлектрические приемники излучения , сведения от которых передаются непосредственно на компьютер. К таким приборам относятся ПЗС-матрицы (приборы с зарядовой связью). ПЗС-матрица - это интегральная схема, размещенная на полупроводниковом материале, которая превращает световую энергию излучения в энергию электрического тока. Сила тока пропорциональна интенсивности светового потока. Такие приборы обладают высокой эффективностью в регистрации световых квантов (квантовым выходом): используется до 80 % от общего их количества.

Компьютерная обработка изображения позволяет избавиться от помех и фона, создаваемых рассеянием света в атмосфере Земли и турбулентностью атмосферы.

Небо манит нас, когда мы смотрим на его просторы. Что же скрывается за облаками, и что находится в его непроглядной темноте? На эти вопросы, разумеется, отчасти мы смогли получить представления с помощью телескопа. Бесспорно, это уникальное устройство, которое подарило нам великолепную картину космоса. И несомненно, приблизило наше понимание небесного пространства.

Известно, что первый телескоп создал Галилео Галилей. Хотя немногие знают, что он использовал ранние открытия других учёных. Например, изобретение зрительной трубы для мореплавания.
Кроме того, мастера по стеклу уже создали очки. Вдобавок, использовались линзы. И эффект преломления и увеличения стекла был более или менее изучен.

Безусловно, Галилео добился значительного результата в исследовании данной области. К тому же, он собрал и усовершенствовал все наработки. И в итоге, разработал и представил первый в мире телескоп. По правде, он имел лишь трёхкратное увеличение. Но отличался высоким на тот момент качеством изображения.

Кстати, именно Галилей назвал свой разработанный объект телескопом.
В дальнейшем, учёный не остановился на достигнутом. Он усовершенствовал прибор до двадцати кратного увеличения картинки.
Важно, что Галилео не только разработал телескоп. Более того, он первым использовал его для исследования космоса. Кроме того, он сделал массу астрономических открытий.

Характеристика телескопов

Телескоп состоит из трубы, которая стоит на специальной монтировке. Её оснащают осями для нацеливания на наблюдаемый объект.
Кроме того, у оптического устройства имеется окуляр и объектив. Причём задняя плоскость объектива перпендикулярна оптической оси, и соединена с передней поверхностью окуляра. Которая, между прочим, аналогична объективной по отношению к оптической оси.

Стоит отметить, что для фокусировки используется особое устройство.
Основными характеристиками телескопов являются увеличение и разрешение.
Увеличение изображения зависит от фокусного расстояния окуляра и объекта.
С разрешением связано свойство преломления света. Таким образом, размер наблюдаемого объекта ограничен разрешением телескопа.

Виды телескопов в астрономии

Разновидности телескопов в связаны с различными способами построения. Если точнее, то применением различных инструментов в качестве объектива. Кроме того, имеет значение для какой цели нужно устройство.
На сегодняшний день существует несколько основных типов телескопов в астрономии. В зависимости от светособирающего компонента они бывают линзовые, зеркальные и комбинированные.

Линзовые телескопы (диоптрические)

По другому, их называют рефракторами. Это самые первые телескопы. В них свет собирается линзой, которая с двух сторон ограничена сферой. Поэтому она считается двояковыпуклой. К тому же, линза является объективом.
Что интересно, можно использовать не просто линзу, а целую систему из них.

Стоит заметить, что выпуклые линзы преломляют лучи света и собирают их в фокус. А в нём, в свою очередь, строится изображение. Для того, чтобы его рассмотреть применяют окуляр.
Что важно, линза устанавливается так, чтобы фокус и окуляр совпадали.
Кстати, Галилео изобрёл именно рефрактор. Но современные приборы состоят из двух линз. Одна из них собирает свет, а другая рассеивает. Что позволяет уменьшить отклонения и погрешности.

Зеркальные телескопы (катаптрические)

Также их называют рефлекторы. В отличие от линзового типа, объектив у них это вогнутое зеркало. Оно собирает свет звезды в одной точке и отражает его на окуляр. При этом погрешности минимальны, а разложение света на лучи отсутствует полностью. Но использование рефлектора ограничивает поле зрения наблюдателя.
Что интересно, зеркальные телескопы самые распространённые в мире. Потому как разработка их намного легче, чем, например, линзовых приборов.

Катадиоптрические телескопы (комбинированные)

Это зеркально-линзовые приборы. В них для получения изображения применяют и линзы, и зеркала.

В свою очередь, их разделили на два подвида:
1) телескопы Шмидт-Кассегрена-в них в самом центре кривизны зеркала установлена диафрагма. Тем самым происходит исключение сферических нарушений и отклонений. Но увеличивается поле зрения и качество изображения.
2) телескопы Максутова-Кассегрена-в районе фокальной плоскости установлена плоско-выпуклая линза. В результате предотвращается кривизна поля и сферическое отклонение.

Стоит отметить, что в современной астрономии чаще применяются именно комбинированный вид приборов. В результате смешения двух разных элементов для собирания света они позволяют получать более качественные данные.

Такие устройства способны принимать исключительно одну волну сигналов. С помощью антенн происходит передача сигналов и обработка их в изображения.
Радиотелескопы используются астрономами для научных исследований.

Инфракрасные модели телескопов

Они по своей конструкции очень схожи с оптическими зеркальными телескопами. Принцип получения изображения практически аналогичен. Лучи отражаются объективом и собираются в одной точке. Далее специальный прибор измеряет тепло и фотографирует полученный результат.

Современные телескопы

Телескоп это оптический прибор для наблюдений. Изобрели его почти полвека назад. На протяжении этого времени, учёные меняли и усовершенствовали устройство. Действительно, создано много новых моделей. В отличие от первых они имеют повышенное качество и увеличение изображения.

В нашем веке технологий используются компьютерные телескопы. Соответственно, они оснащены специальными программами. Что важно, современный прототип учитывает, что у каждого человека восприятие глаз разное. Для высокой точности картинку передают на монитор. Таким образом изображение воспринимается таким, какое оно на самом деле есть. Вдобавок, данный способ наблюдения исключает любые искажения.

Кроме того, учёные нашего поколения применяют одновременно не одно устройство, а несколько. Более того, к телескопу подключают уникальные камеры, которые передают информацию на компьютер. Это позволяет получать чёткие и точные сведения. Которые, разумеется, используют для изучения и .

Что интересно, сейчас телескопы не просто приборы для наблюдения. Но также устройства для измерения расстояний между космическими объектами. Для этой функции к ним подключают спектрографы. И взаимодействие этих приборов предоставляет конкретные данные.

Другая классификация

Есть еще и другие виды телескопов. Но используются они по своему отдельному назначению. Например, рентгеновские и гамма-телескопы. Или ультрафиолетовые устройства, которые фильтруют картинку без обработки и засвечивания.
Кроме того, можно разделить приборы на профессиональные и любительские. Первые используются учёными и астрономами. Очевидно, что вторые подходят для домашнего применения.

Как выбрать телескоп для любителей астрономии

Выбор телескопа для любителей астрономии основывается на том, что же вы хотите наблюдать. В принципе, выше описаны виды и характеристики приборов. Вам просто нужно выбрать какой больше нравится. Лучше, на мой взгляд остановиться на линзовом, либо комбинированном виде. Но выбирать, разумеется, вам.

По данным интернета, лучшие любительские телескопы представлены фирмами: Celestron, Bresser и Veber.

Телескопом сотни лет изучают жизнь планет

Создание и разработка телескопа, на самом деле, позволили сделать огромный шаг в исследовании космоса. Вероятно, всё, что мы знаем сформировалось с помощью этого прибора. Хотя, конечно, не стоит приуменьшать саму деятельность учёных.
Сегодня мы рассмотрели некоторые типы телескопов и их характеристики. Однозначно, виден прогресс технологий. И как результат, мы узнали множество интересного о космических объектах и самом космосе. Кроме того, мы можем любоваться прекрасным небом и знакомиться с ним благодаря этому чудесному изобретению.

Какое устройство послужит отличным подарком ребенку, расширяющим его кругозор? Какая покупка может стать началом хобби для человека любого возраста, пола и дохода? Какое занятие, одновременно, требует внимательности и усидчивости и поощряет поездки на природу? Как можно было догадаться из заголовка, эти вопросы относятся к телескопам и любительской астрономии.

Итак, сначала следует подчеркнуть, что телескоп - это такая вещь, которая не особо полезна без соответствующих знаний. В данном случае поможет карта звездного неба, которая может существовать как в электронном виде, так и классическом - бумажном. Надо сказать, что современные астрономические программы позволяют распечатывать карты на бумаге, чтобы их можно было использовать на природе. А с хорошими телескопами может идти в подарок лицензия на такое приложение.

Имея карту, можно узнать, какие объекты в принципе можно наблюдать на небе. Далее, рекомендуем изучить их свойства, что поможет пробудить интерес к самой астрономии, ведь она интересна именно масштабом изучаемых небесных тел.

Характеристики телескопов

Зная разновидности небесных объектов, можно приступать и к разнице телескопов как таковых. Как у любого технического устройства, здесь присутствует набор характеристик, который позволяет понять, какие преимущества и недостатки есть у той или иной модели.

Диаметр объектива

Именно эта характеристика телескопа является главной, а не увеличение, как можно было бы подумать. Почему?

Дело в том, что любой наблюдаемый в оптический телескоп объект является источником света, отраженного или собственного. При этом, если сам объект достаточно яркий, чтобы увидеть его невооруженным взглядом, то его детали будут менее яркими.

Плюс, существуют объекты, которые излучают свет в недостаточном для нашего глаза количестве.

Таким образом, телескоп, или подобный оптический прибор является “усилителем” света, поступающего в наш глаз.

Поэтому основная характеристика телескопа - диаметр апертуры, то есть диаметр объектива. Чем он больше, чем больше информации мы получим с помощью него.

Увеличение телескопа

Равно отношению фокусного расстояния объектива и фокусного расстояния окуляра. Увеличение определяет угол зрения телескопа, то есть сильные увеличения хороши для рассмотрения деталей лун и планет (точечные объекты), а слабые - для просмотра туманностей и прочих протяженных объектов.

Помимо увеличения на угол зрения телескопа влияет поле зрения окуляра, поэтому если вы хотите “расширить обзор” телескопа, возможно, стоит просто подобрать к нему другой окуляр.

Разрешающее увеличение (максимально полезное увеличение)

Равно диаметру объектива в миллиметрах, умноженному на два. Поясним: например, вы хотите разглядеть в телескоп кольца Сатурна. Для этого вам нужно смотреть именно на разрешающее увеличение, то есть, чем больше диаметр объектива, тем больше деталей вы увидите. Простое увеличение не определяет эту возможность.

Фокусное расстояние объектива

От этой характеристики зависит светосила объектива которая равна отношению диаметра к фокусному расстоянию. А светосила, собственно, влияет на настройки камеры при астрофотографии.

Вместе с тем, увеличение светосилы ведет к появлению оптических искажений - аберраций. Как всегда, нужно соблюдать баланс между светосилой и фокусным расстоянием, в зависимости от планируемых задач.

Типы телескопов по оптическому устройству

В случае телескопов окуляр являются сменными. Основная характеристика окуляра - фокусное расстояние, оно влияет на увеличение телескопа, как было упомянуто. Чем меньше фокусное расстояние окуляра, тем больше увеличение телескопа. Однако, при выборе окуляра не стоит превышать максимально полезное увеличение.

Искатель

При рассмотрении фотографий телескопов мы можем заметить маленькую оптическую трубу, которая крепится к основной, параллельно ей. Она и называется искателем.

Несложно догадаться, что служит искатель для наведения телескопа , обладая более широким полем зрения.

Чаще всего встречаются искатели с увеличением и фокусировкой, но бывают и модели с так называемой красной точкой, то есть сделанные по принципу голографического прицела.

Также, искатель может быть снабжен лазерным лучом, который виден в атмосфере и позволяет сориентировать телескоп должным образом.

Линза Барлоу

Этот аксессуар представляет собой линзу, которая размещается перед окуляром и кратно увеличивает фокусное расстояние объектива. Кратность увеличения является основной характеристикой линзы Барлоу.

Теоретически, одна линза Барлоу увеличивает в два раза количество возможных увеличений телескопа с окулярами. Например, если у вас два окуляра, с одной линзой Барлоу будет четыре возможных увеличения.

Кроме того, применение линзы Барлоу увеличивает вынос зрачка окуляра, то есть позволяет использовать большее расстояние между глазом и окуляром при наблюдении.

Но, как и любой дополнительный элемент линза Барлоу вносит в изображение определенные искажения.

Некоторые линзы Барлоу обладают дополнительной функцией переходника на камеру. Для этого на корпусе у них имеется специальная Т-резьба.

Оборачивающие призмы и диагональные зеркала

Призма - еще один аксессуар, который монтируется перед окуляром и служит для того, чтобы видимое изображение стало прямым, то есть не перевернутым и не отзеркаленным.

Диагональные зеркала работают схожим образом, изображение в них становится не первернутым, но остается отзеркаленным по горизонтали, в отличие от призм.

Оба данных типа аксессуаров полезны при наблюдении наземных объектов.

Фильтры

Оптический фильтр - стекло, которое пропускает свет с определенными характеристиками. Фильтры для телескопов устанавливаются на окуляр.

Перечислим, какие бывают фильтры для телескопов (функции многих из них понятны из названия).

1. Солнечные.
2. Лунные.
3. Цветные (зеленые, оранжевые, красные, желтые, фиолетовые).
4. Deep Sky - фильтры. Как правило, пропускают свет в узком диапазоне. Служат для наблюдения объектов глубокого космоса.

Таким образом, любительские телескопы являются модульным устройством, возможности которого можно расширить за счет аксессуаров.

Выводы

Астрономия является не самым распространенным хобби. Это обусловлено тем, что это занятие для увлеченных - несмотря на техническую простоту телескопов, существует множество нюансов, требующих больших знаний предмета.

Кроме того, в наше время люди не так стремятся к космосу, как, например, 50 лет назад. Открытия в области астрономии простираются в области локальных задач и очень далеких объектов. Уже понятно, что уникальных ресурсов, а, тем более, жизни, в ближнем космосе нет.

Немалую роль играет и то, что астрономия мало изучается в школе.

Тем не менее, мы думаем, что эта наука и работа с телескопами могут “зацепить” любого, и вам стоит это проверить. И, как ни странно, заметить что-то новое на небе есть возможность и у любителей.

Все оптические телескопы можно разделить по типу основного собирающего свет элемента на линзовые, зеркальные и комбинированные - зеркально-линзовые. Все системы обладают своими достоинствами и недостатками, и при выборе подходящей системы требуется учитывать несколько факторов - цели наблюдений, условия, требования к транспортабельности и весу, уровню аберраций, цене и т.п. Попробуем привести основные характеристики наиболее популярных на сегодня типов телескопов.



Рефракторы (линзовые телескопы)

Исторически первыми появились линзовые телескопы. Свет в таком телескопе собирается с помощью двояковыпуклой линзы, которая и является объективом телескопа. Ее действие основано на свойстве выпуклых линз преломлять световые лучи и собирать в определенной точке - фокусе. Поэтому часто линзовые телескопы называют рефракторами (от лат. refract - преломлять).

В рефракторе Галилея (созданном в 1609 г.) для того, чтобы собрать максимум звездного света и позволить человеческому глазу его увидеть, использовались две линзы. Первая линза (объектив) - выпуклая, она собирает свет и фокусирует его на определенном расстоянии, а вторая линза (играющая роль окуляра) - вогнутая, превращает сходящийся пучок световых лучей обратно в параллельный. Система Галилея дает прямое, неперевернутое изображение, однако сильно страдает от хроматической аберрации, портящей изображение. Хроматическая аберрация проявляется в виде ложной окраски границ и деталей объекта.

Более совершенным был рефрактор Кеплера (1611 г.), в котором в качестве окуляра выступала выпуклая линза, передний фокус которой совмещался с задним фокусом линзы-объектива. Изображение при этом получается перевернутым, но это несущественно для астрономических наблюдений, зато в точке фокуса внутри трубы можно поместить измерительную сетку. Предложенная Кеплером схема оказала сильное влияние на развитие рефракторов. Правда, она также не была свободна от хроматической аберрации, но ее влияние можно было уменьшить, увеличив фокусное расстояние объектива. Поэтому рефракторы того времени при скромных диаметрах объективов нередко имели фокусное расстояние в несколько метров и соответствующую длину трубы или обходились вообще без нее (наблюдатель держал окуляр в руках и «ловил» изображение, которое строил закрепленный на специальном штативе объектив).

Эти трудности рефракторов в свое время даже великого Ньютона привели к выводу о невозможности исправить хроматизм рефракторов. Но в первой половине XVIII в. появился ахроматический рефрактор.

Среди любительских инструментов наиболее распространены двухлинзовые рефракторы-ахроматы, но существуют и более сложные линзовые системы. Обычно объектив ахроматического рефрактора состоит из двух линз из разных сортов стекла, при этом одна собирающая, а вторая - рассеивающая, и это позволяет значительно уменьшить сферическую и хроматическую аберрации (присущие одиночной линзе искажения изображения). При этом труба телескопа остается сравнительно небольшой.

Дальнейшее совершенствование рефракторов привело к созданию апохроматов. В них влияние хроматической аберрации на изображение сведено к практически незаметной величине. Правда, достигается это за счет применения специальных типов стекол, которые дороги в производстве и обработке, поэтому и цена на такие рефракторы в несколько раз выше, чем на ахроматы одинаковой апертуры.

Как и у любой другой оптической системы, у рефракторов есть свои плюсы и минусы.

Достоинства рефракторов:

Сравнительная простота конструкции, дающая простоту в использовании и надежность;
практически не требуется специальное обслуживание;
быстрая термостабилизация;
отлично подходит для наблюдений Луны, планет, двойных звезд, особенно при больших апертурах;
отсутствие центрального экранирования от вторичного или диагонального зеркала обеспечивает максимальный контраст изображения;
хорошая цветопередача в ахроматическом исполнении и отличная в апохроматическом;
закрытая труба исключает воздушные потоки, портящие изображение, и защищает оптику от пыли и загрязнений;
объектив изготавливается и юстируется производителем как единое целое и не требует регулировок пользователем.

Недостатки рефракторов:
наибольшая стоимость на единицу диаметра объектива в сравнении с рефлекторами или катадиоптриками;
как правило, больший вес и габариты в сравнении с рефлекторами или катадиоптриками одинаковой апертуры;
цена и громоздкость ограничивают наибольший практический диаметр апертуры;
как правило, менее подходят для наблюдений небольших и тусклых объектов далекого космоса из-за практических ограничений на апертуру.

Рефлекторы (зеркальные телескопы)

Зеркальный телескоп или рефлектор (от лат. reflectio - отражать) - это телескоп, объектив которого состоит только из зеркал. Также как и выпуклая линза, вогнутое зеркало способно собирать свет в некоторой точке. Если поместить в этой точке окуляр, то можно будет увидеть изображение.

Одним из первых рефлекторов был рефлекторный телескоп Грегори (1663), который придумал телескоп с параболическим главным зеркалом. Изображение, которое можно наблюдать в подобный телескоп, оказывается свободным и от сферических, и от хроматических аберраций. Собранный большим главным зеркалом свет, отражается от небольшого эллиптического зеркала, закрепленного перед главным, и выводится к наблюдателю через отверстие в центре главного зеркала.

Разочаровавшись в современных ему рефракторах, И. Ньютон в 1667 г. начал разработку телескопа-рефлектора. Ньютон использовал металлическое главное зеркало (стеклянные зеркала с серебряным или алюминиевым покрытием появились позже) для собирания света, и небольшое плоское зеркальце для отклонения собранного светового пучка под прямым углом и вывода его сбоку трубы в окуляр. Таким образом, удалось справиться с хроматической аберрацией - вместо линз в этом телескопе используются зеркала, которые одинаково отражают свет с разными длинами волн. Главное зеркало рефлектора Ньютона может быть параболическим или даже сферическим, если его относительное отверстие сравнительно невелико. Сферическое зеркало гораздо проще изготовить, поэтому рефлектор Ньютона со сферическим зеркалом - это один из самых доступных типов телескопов, в том числе и для самостоятельного изготовления.

Схема, предложенная в 1672 г. Лореном Кассегреном, внешне напоминает рефлектор Грегори, однако имеет ряд существенных отличий - гиперболическое выпуклое вторичное зеркало и, как следствие, более компактный размер и меньшее центральное экранирование. Традиционный рефлектор Кассегрена нетехнологичен в массовом производстве (сложные поверхности зеркал - парабола, гипербола), а также имеет недоисправленную аберрацию комы, однако его модификации остаются популярными и в наше время. В частности, в телескопе Ричи-Кретьена применены гиперболические главное и вторичное зеркала, что дает ему возможность развивать большие поля зрения, свободные от искажений, и, что особенно ценно - для астрофотографии (прославленный орбитальный телескоп им. Хаббла спроектирон по этой схеме). Кроме того, на основе кассегреновского рефлектора позднее были разработаны популярные и технологичные катадиоптрические системы - Шмидта-Кассегрена и Максутова-Кассегрена.

В наше время рефлектором чаще всего называется именно телескоп, сделанный по схеме Ньютона. Имея малую сферическую аберрацию и полное отсутствие хроматизма, он, тем не менее, не полностью свободен от аберраций. Уже недалеко от оси начинает проявляться кома (неизопланатизм) - аберрация, связанная с неравностью увеличения разных кольцевых зон апертуры. Кома приводит к тому, что изображение звезды выглядит не как кружок, а как проекция конуса - острой и яркой частью к центру поля зрения, тупой и округлой в сторону от центра. Кома прямо пропорциональна удалению от центра поля зрения и квадрату диаметра объектива, поэтому особенно сильно она проявляется в так называемых "быстрых" (светосильных) Ньютонах на краю поля зрения. Для коррекции комы применяются специальные линзовые корректоры, устанавливаемые перед окуляром или фотокамерой.

Как наиболее доступный для самостоятельного изготовления рефлектор, «ньютон» часто выполняется на простой, компактной и практичной монтировке Добсона и в таком виде является наиболее портативным телескопом с учетом доступной апертуры. Причем производством «добсонов» занимаются не только любители, но и коммерческие производители, и телескопы могут иметь апертуры до полуметра и более.
Достоинства рефлекторов:
наименьшая стоимость на единицу диаметра апертуры в сравнении с рефракторами и катадиоптриками - большие зеркала проще производить, чем большие линзы;
сравнительно компактны и транспортабельны (особенно в добсоновском исполнении);
в силу сравнительно большой апертуры превосходно работают для наблюдений тусклых объектов далекого космоса - галактик, туманностей, звездных скоплений;
дают яркие изображения с малыми искажениями, отсутствует хроматическая аберрация.
Недостатки рефлекторов:
центральное экранирование и растяжки вторичного зеркала снижают контраст деталей изображения;
массивное стеклянное зеркало требует времени на термостабилизацию;
открытая труба не защищена от пыли и тепловых токов воздуха, портящих изображение;
требуется периодическая подстройка положений зеркал (юстировка или коллимация), склонная утрачиваться при транспортировке и эксплуатации.

Катадиоптрические (зеркально-линзовые) телескопы

Зеркально-линзовые (или катадиоптрические) телескопы используют как линзы, так и зеркала для построения изображения и исправления аберраций. Среди катадиоптриков у любителей астрономии наиболее популярны два типа телескопов, основанных на кассегреновской схеме - Шмидт-Кассегрен и Максутов-Кассегрен.

В телескопах Шмидта-Кассегрена (Ш-К) главное и вторичное зеркала - сферические. Сферическая аберрация исправляется стоящей на входе в трубу полноапертурной коррекционной пластиной Шмидта. Эта пластина со стороны кажется плоской, но имеет сложную поверхность, изготовление которой и составляет главную трудность изготовления системы. Впрочем, американские компании Meade и Celestron успешно освоили производство системы Ш-К. Среди остаточных аберраций этой системы заметнее всего проявляются кривизна поля и кома, исправление которых требует применения линзовых корректоров, особенно при фотографировании. Главное достоинство - короткая труба и меньший вес, чем у ньютоновского рефлектора той же апертуры и фокусного расстояния. При этом отсутствуют растяжки крепления вторичного зеркала, а закрытая труба препятствует образованию воздушных потоков и защищает оптику от пыли.

Система Максутова-Кассегрена (М-К) была разработана советским оптиком Д. Максутовым и подобно Ш-К имеет сферические зеркала, а исправлением аберраций занимается полноапертурный линзовый корректор - мениск (выпукло-вогнутая линза). Поэтому такие телескопы еще называются менисковыми рефлекторами. Закрытая труба и отсутствие растяжек - также плюсы М-К. Подбором параметров системы можно скорректировать практически все аберрации. Исключение составляет так называемая сферическая аберрация высших порядков, но ее влияние невелико. Поэтому эта схема очень популярна и выпускается многими производителями. Вторичное зеркало может быть реализовано как отдельный блок, механически закрепленный на мениске, либо как алюминированный центральный участок задней поверхности мениска. В первом случае обеспечивается лучшее исправление аберраций, во втором - меньшая стоимость и вес, большая технологичность в массовом производстве и исключение возможности разъюстировки вторичного зеркала.

В целом, при одинаковом качестве изготовления система М-К способна дать немного более качественное изображение, чем Ш-К с близкими параметрами. Но большие телескопы М-К требуют больше времени на термостабилизацию, т.к. толстый мениск остывает значительно дольше пластины Шмидта, а также для М-К возрастают требования к жесткости крепления корректора, и весь телескоп получается тяжелее. Поэтому прослеживается применение для малых и средних апертур системы М-К, а для средних и больших - Ш-К.

Существуют также катадиоптрические системы Шмидта-Ньютона и Максутова-Ньютона, имеющие характерные черты упомянутых в названии конструкций и лучшее исправление аберраций. Но при этом габариты трубы остаются «ньютоновскими» (сравнительно крупными), а вес увеличивается, особенно в случае менискового корректора. Кроме того, к катадиоптрическим относятся системы с линзовыми корректорами, установленными перед вторичным зеркалом (система Клевцова, «сферические кассегрены» и т.п.).
Достоинства катадиоптрических телескопов:
высокий уровень коррекции аберраций;
универсальность - хорошо подходят и для наблюдений планет и Луны, и для объектов далекого космоса;
там, где есть закрытая труба, она минимизирует тепловые потоки воздуха и защищает от пыли;
наибольшая компактность при равной апертуре в сравнении с рефракторами и рефлекторами;
большие апертуры стоят значительно дешевле сравнимых рефракторов.
Недостатки катадиоптрических телескопов:
необходимости сравнительно долгой термостабилизации, особенно для систем с менисковым корректором;
большей стоимости, чем у рефлекторов равной апертуры;
сложности конструкции, затрудняющей самостоятельную юстировку инструмента.

Телескоп - это уникальный оптический прибор, предназначенный для наблюдения за небесными телами. Использование приборов позволяет рассмотреть самые разные объекты, не только те, которые располагаются недалеко от нас, но и те, которые находятся за тысячи световых лет от нашей планеты. Так что такое телескоп и кто его придумал?

Первый изобретатель

Телескопические устройства появились в семнадцатом веке. Однако по сей день ведутся дебаты, кто изобрел телескоп первым - Галилей или Липперсхей. Эти споры связаны с тем, что оба ученых примерно в одно время вели разработки оптических устройств.

В 1608 году Липперсхей разработал очки для знати, позволяющие видеть удаленные объекты вблизи. В это время велись военные переговоры. Армия быстро оценила пользу разработки и предложила Липперсхею не закреплять авторские права за устройством, а доработать его так, чтобы в него можно было бы смотреть двумя глазами. Ученый согласился.

Новую разработку ученого не удалось удержать втайне: сведения о ней были опубликованы в местных печатных изданиях. Журналисты того времени назвали прибор зрительной трубой. В ней использовалось две линзы, которые позволяли увеличить предметы и объекты. С 1609 года в Париже вовсю продавали трубы с трехкратным увеличением. С этого года какая-либо информация о Липперсхее исчезает из истории, а появляются сведения о другом ученом и его новых открытиях.

Примерно в те же годы итальянец Галилео занимался шлифовкой линз. В 1609 году он представил обществу новую разработку - телескоп с трехкратным увеличением. Телескоп Галилея имел более высокое качество изображения, чем трубы Липперсхея. Именно детище итальянского ученого получило название «телескоп».

В семнадцатом веке телескопы изготавливались голландскими учеными, но они имели низкое качество изображения. И только Галилею удалось разработать такую методику шлифовки линз, которая позволила увеличить четко объекты. Он смог получить двадцатикратное увеличение, что было в те времена настоящим прорывом в науке. Исходя из этого невозможно сказать, кто изобрел телескоп: если по официальной версии, то именно Галилео представил миру устройство, которое он назвал телескопом, а если смотреть по версии разработки оптического прибора для увеличения объектов, то первым был Липперсхей.

Первые наблюдения за небом

После появления первого телескопа были сделаны уникальные открытия. Галилео применил свою разработку для отслеживания небесных тел. Он первым увидел и зарисовал лунные кратеры, пятна на Солнце, а также рассмотрел звезды Млечного Пути, спутники Юпитера. Телескоп Галилея дал возможность увидеть кольца у Сатурна. К сведению, в мире до сих пор есть телескоп, работающий по тому же принципу, что и устройство Галилея. Он находится в Йоркской обсерватории. Аппарат имеет диаметр 102 сантиметра и исправно служит ученым для отслеживания небесных тел.

Современные телескопы

На протяжении столетий ученые постоянно изменяли устройства телескопов, разрабатывали новые модели, улучшали кратность увеличения. В результате удалось создать малые и большие телескопы, имеющие разное назначение.

Малые обычно применяют для домашних наблюдений за космическими объектами, а также для наблюдения за близкими космическими телами. Большие аппараты позволяют рассмотреть и сделать снимки небесных тел, расположенных в тысячах световых лет от Земли.

Виды телескопов

Существует несколько разновидностей телескопов:

1. Зеркальные.
2. Линзовые.
3. Катадиоптрические.

К линзовым относят рефракторы Галилея. К зеркальным относят устройства рефлекторного типа. А что такое телескоп катадиоптрический? Это уникальная современная разработка, в которой сочетается линзовый и зеркальный прибор.

Линзовые телескопы

Телескопы в астрономии играют важную роль: они позволяют видеть кометы, планеты, звезды и другие космические объекты. Одними из первых разработок были линзовые аппараты.

В каждом телескопе есть линза. Это главная деталь любого устройства. Она преломляет лучи света и собирает их в точке, под названием фокус. Именно в ней строится изображение объекта. Чтобы рассмотреть картинку, используют окуляр.

Линза размещается таким образом, чтобы окуляр и фокус совпадали. В современных моделях для удобного наблюдения в телескоп применяют подвижные окуляры. Они помогают настроить резкость изображения.

Все телескопы обладают аберрацией - искажением рассматриваемого объекта. Линзовые телескопы имеют несколько искажений: хроматическую (искажаются красные и синие лучи) и сферическую аберрацию.

Зеркальные модели

Зеркальные телескопы называют рефлекторами. На них устанавливается сферическое зеркало, которое собирает световой пучок и отражает его с помощью зеркала на окуляр. Для зеркальных моделей не характерна хроматическая аберрация, так как свет не преломляется. Однако у зеркальных приборов выражена сферическая аберрация, которая ограничивает поле зрения телескопа.

В графических телескопах используются сложные конструкции, зеркала со сложными поверхностями, отличающиеся от сферических.

Несмотря на сложность конструкции, зеркальные модели легче разрабатывать, чем линзовые аналоги. Поэтому данный вид более распространен. Самый большой диаметр телескопа зеркального типа составляет более семнадцати метров. На территории России самый большой аппарат имеет диаметр шесть метров. На протяжении многих лет он считался самым большим в мире.

Характеристики телескопов

Многие покупают оптические аппараты для наблюдений за космическими телами. При выборе устройства важно знать не только то, что такое телескоп, но и то, какими характеристиками он обладает.

1. Увеличение. Фокусное расстояние окуляра и объекта - это кратность увеличения телескопа. Если фокусное расстояние объектива два метра, а у окуляра - пять сантиметров, то такое устройство будет обладать сорокакратным увеличением. Если окуляр заменить, то увеличение будет другим.
2. Разрешение. Как известно, свету свойственны преломление и дифракция. В идеале любое изображение звезды выглядит как диск с несколькими концентрическими кольцами, называемыми дифракционными. Размеры дисков ограничены только возможностями телескопа.

Телескопы без глаз

А что такое телескоп без глаза, для чего его используют? Как известно, у каждого человека глаза воспринимают изображение по-разному. Один глаз может видеть больше, а другой - меньше. Чтобы ученые смогли рассмотреть все, что им необходимо увидеть, применяют телескопы без глаз. Эти аппараты передают картинку на экраны мониторов, через которые каждый видит изображение именно таким, какое оно есть, без искажений. Для малых телескопов с этой целью разработаны камеры, подключаемые к аппаратам и снимающие небо.

Самыми современными методами видения космоса стало использование ПЗС камер. Это особые светочувствительные микросхемы, которые собирают информацию с телескопа и передают ее на ЭВМ. Получаемые с них данные настолько четкие, что невозможно представить, какими еще устройствами можно было бы получить такие сведения. Ведь глаз людей не может различать все оттенки с такой высокой четкостью, как это делают современные камеры.

Для измерения расстояний между звездами и другими объектами пользуются специальными приборами - спектрографами. Их подключают к телескопам.

Современный астрономический телескоп - это не одно устройство, а сразу несколько. Получаемые данные с нескольких аппаратов обрабатываются и выводятся на мониторы в виде изображений. Причем после обработки ученые получают изображения очень высокой четкости. Увидеть глазами в телескоп такие же четкие изображения космоса невозможно.

Радиотелескопы

Астрономы для своих научных разработок используют огромные радиотелескопы. Чаще всего они выглядят как огромные металлические чаши с параболической формой. Антенны собирают получаемый сигнал и обрабатывают получаемую информацию в изображения. Радиотелескопы могут принимать только одну волну сигналов.

Инфракрасные модели

Ярким примером инфракрасного телескопа является аппарат имени Хаббла, хотя он может быть одновременно и оптическим. Во многом конструкция инфракрасных телескопов схожа с конструкцией оптических зеркальных моделей. Тепловые лучи отражаются обычным телескопическим объективом и фокусируются в одной точке, где находится прибор, измеряющий тепло. Полученные тепловые лучи пропускаются через тепловые фильтры. Только после этого происходит фотографирование.

Ультрафиолетовые телескопы

При фотографировании фотопленка может засвечиваться ультрафиолетовыми лучами. В некоторой части ультрафиолетового диапазона возможно принимать изображения без обработки и засвечивания. А в некоторых случаях необходимо, чтобы лучи света прошли через специальную конструкцию - фильтр. Их использование помогает выделить излучение определенных участков.

Существуют и другие виды телескопов, каждый из которых имеет свое назначение и особые характеристики. Это такие модели, как рентгеновские, гамма-телескопы. По своему назначению все существующие модели можно разделить на любительские и профессиональные. И это далеко не вся классификация аппаратов для отслеживания небесных тел.