Kepleri teleskoobi okulaar on koonduv lääts. kepleri teleskoop

Suure teadlase G. Galileo uudishimu ja soov teha uusi avastusi andis maailmale imelise leiutise, ilma milleta on võimatu ette kujutada kaasaegset astronoomiat - see teleskoop. Hollandi teadlaste uurimistööd jätkates saavutas itaalia leiutaja teleskoobi mastaapides olulise tõusu väga lühikese ajaga – see juhtus vaid mõne nädalaga.

Galileo vaatlusulatus meenutas tänapäevaseid näidiseid vaid eemalt - see oli lihtne pliipulk, mille otstesse asetas professor kaksikkumerad ja kaksikkumerad läätsed.

Oluliseks tunnuseks ja peamiseks erinevuseks Galileo loomingu ja varem eksisteerinud täppskoopide vahel oli optiliste läätsede kvaliteetse lihvimise tulemusel saadud hea pildikvaliteet – kõigi protsessidega tegeles professor isiklikult, õrna tööd kellelegi ei usaldanud. Teadlase töökus ja sihikindlus kandis vilja, kuigi korraliku tulemuse saavutamiseks tuli teha palju vaevarikast tööd - 300 läätse hulgast olid vajalike omaduste ja kvaliteediga vaid üksikud variandid.

Tänaseni säilinud näidiseid imetlevad paljud asjatundjad – isegi tänapäevaste standardite järgi on optika kvaliteet suurepärane ja seda arvestades asjaolu, et objektiivid on olnud kasutusel juba mitu sajandit.

Hoolimata keskajal valitsenud eelarvamustest ja kalduvusest pidada edumeelseid ideid "kuradi mahhinatsioonideks", saavutas täppismõõtur kogu Euroopas väljateenitud populaarsuse.

Täiustatud leiutis võimaldas saavutada kolmekümne viiekordse tõusu, mis oli Galileo eluea jooksul mõeldamatu. Galileo tegi oma teleskoobi abil palju astronoomilisi avastusi, mis võimaldasid avada tee kaasaegsele teadusele ning äratada entusiasmi ja uurimisjanu paljudes uudishimulikes ja uudishimulikes meeltes.

Galileo leiutatud optilisel süsteemil oli mitmeid puudusi - eelkõige oli see kromaatilise aberratsiooni all, kuid teadlaste hilisemad täiustused võimaldasid seda mõju minimeerida. Väärib märkimist, et kuulsa Pariisi observatooriumi ehitamisel kasutati Galileo optilise süsteemiga varustatud teleskoope.

Galileo luukklaasil või luukklaasil on väike vaatenurk - seda võib pidada selle peamiseks puuduseks. Sarnast optilist süsteemi kasutatakse praegu ka teatri binoklites, mis on tegelikult kaks omavahel ühendatud täppisskoobi.

Tänapäevased tsentraalse sisemise teravustamissüsteemiga teatribinoklid pakuvad tavaliselt 2,5-4x suurendust, mis on piisav mitte ainult teatrietenduste, vaid ka spordi- ja kontserdiürituste vaatlemiseks, sobides detailsete vaatamisväärsustega kaasnevateks ekskursioonideks.

Kaasaegsete teatribinoklite väiksus ja elegantne disain muudavad need mitte ainult mugavaks optikainstrumendiks, vaid ka originaalseks tarvikuks.

Spikker on optiline instrument, mis on loodud väga kaugete objektide silmaga vaatamiseks. Nagu mikroskoop, koosneb see objektiivist ja okulaarist; mõlemad on enam-vähem keerulised optilised süsteemid, kuigi mitte nii keerulised kui mikroskoobi puhul; skemaatiliselt kujutame neid aga õhukeste läätsedega. Teleskoopides on objektiiv ja okulaar paigutatud nii, et objektiivi tagumine fookus langeb peaaegu kokku okulaari eesmise fookusega (joonis 253). Objektiiv loob tegeliku vähendatud pöördkujutise lõpmatult kaugel asuvast objektist selle tagumises fookustasandis; seda pilti vaadatakse läbi okulaari, nagu läbi suurendusklaasi. Kui okulaari eesmine fookus langeb kokku objektiivi tagumise fookusega, siis kauge objekti vaatamisel väljuvad okulaarist paralleelsed kiirte kiired, mida on mugav rahulikus olekus (ilma akommodatsioonita) normaalse silmaga vaadelda ( vrd § 114). Kuid kui vaatleja nägemine erineb mõnevõrra tavalisest, liigutatakse okulaari, seades selle "vastavalt silmadele". Okulaari liigutades suunatakse teleskoop ka vaatlejast erinevatel mitte väga suurtel kaugustel asuvate objektide vaatamisel.

Riis. 253. Objektiivi ja okulaari asukoht teleskoobis: tagumine fookus. Objektiiv langeb kokku okulaari eesmise fookusega

Teleskoobi objektiiv peab alati olema koonduv süsteem, samas kui okulaar võib olla kas koonduv või lahknev süsteem. Koguva (positiivse) okulaariga täppissiipi nimetatakse Kepleri toruks (joonis 254, a), lahkneva (negatiivse) okulaariga toru Galilei toruks (joonis 254, b). Teleskoobi objektiiv 1 annab tõelise pöördkujutise kaugel asuvast objektist selle fookustasandil. Punktist lahknev kiirtekiir langeb okulaarile 2; kuna need kiired pärinevad okulaari fookustasandi punktist, siis väljub sealt okulaari sekundaarse optilise teljega paralleelselt põhitelje suhtes nurga all olev kiir. Silma sattudes koonduvad need kiired selle võrkkestale ja annavad allikast tõelise pildi.

Riis. 254. Kiirte kulg teleskoobis: a) Kepleri toru; b) Galilei toru

Riis. 255. Kiirte teekond prismavälja binoklis (a) ja selle välimus (b). Noole suuna muutus näitab pildi "tagurpidikäiku" pärast seda, kui kiired läbivad osa süsteemist

(Galilei toru (b) puhul silma ei näidata, et pilti mitte segamini ajada.) Nurk – nurk, mille objektiivile langevad kiired teljega moodustavad.

Galileo toru, mida sageli kasutatakse tavalises teatribinoklis, annab objektist otsese pildi, Kepleri toru – tagurpidi. Selle tulemusena, kui Kepleri toru on mõeldud maapealsete vaatluste jaoks, on see varustatud pöördesüsteemiga (lisaobjektiivi või prismade süsteemiga), mille tulemusena muutub pilt sirgeks. Sellise seadme näiteks on prismabinoklid (joonis 255). Kepleri toru eeliseks on see, et sellel on reaalne vahepilt, mille tasapinnale saab paigutada mõõteskaala, fotoplaadi pildistamiseks jne. Sellest tulenevalt astronoomias ja kõigil mõõtmistega seotud juhtudel , kasutatakse Kepleri toru.

Kursuse töö

distsipliin: rakendusoptika

Teemal: Kepleri toru arvutamine

Sissejuhatus

Teleskoopilised optilised süsteemid

1 Optiliste süsteemide aberratsioonid

2 Sfääriline aberratsioon

3 Kromaatiline aberratsioon

4 Koomiline aberratsioon (kooma)

5 Astigmatism

6 Pildivälja kõverus

7 Moonutused (moonutus)

Optilise süsteemi mõõtmete arvutamine

Järeldus

Kirjandus

Rakendused

Sissejuhatus

Teleskoobid on astronoomilised optilised instrumendid, mis on loodud taevakehade vaatlemiseks. Teleskoope kasutatakse koos erinevate kiirgusvastuvõtjate abil taevakehade visuaalseteks, fotograafilisteks, spektraalseteks ja fotoelektrilisteks vaatlusteks.

Visuaalteleskoobid on läätse ja okulaariga ning on nn teleskoop-optiline süsteem: need muudavad objektiivi siseneva paralleelse kiirte okulaarist väljuvaks paralleelkiireks. Sellises süsteemis langeb objektiivi tagumine fookus kokku okulaari eesmise fookusega. Selle peamised optilised omadused on: näiv suurendus Г, vaatenurk 2W, väljuva pupilli läbimõõt D", eraldusvõime ja läbitungimisvõime.

Optilise süsteemi näiv suurendus on seadme optilise süsteemi poolt antud kujutise vaatlemise nurga ja objekti nurga suuruse suhe, kui seda otse silmaga vaadata. Teleskoopsüsteemi näiv suurendus:

G \u003d f "umbes / f" ok \u003d D / D",

kus f "ob ja f" ok on objektiivi ja okulaari fookuskaugused,

D - sisselaskeava läbimõõt,

D" – väljumispupill. Seega, suurendades objektiivi fookuskaugust või vähendades okulaari fookuskaugust, on võimalik saavutada suuri suurendusi. Mida suurem on aga teleskoobi suurendus, seda väiksem on selle vaateväli ja süsteemi optika ebatäiuslikkuse tõttu suurem objektikujutiste moonutus.

Väljapääsupupill on teleskoobist väljuva valgusvihu väikseim osa. Vaatluste ajal joondub silma pupill süsteemi väljumispupilliga; seetõttu ei tohiks see olla suurem kui vaatleja silma pupill. Vastasel juhul ei satu osa läätse kogutud valgusest silma ja läheb kaduma. Tavaliselt on sissepääsupupilli (läätseraami) läbimõõt palju suurem kui silma pupillil ja punktvalgusallikad, eriti tähed, tunduvad läbi teleskoobi vaadates palju heledamad. Nende näiv heledus on võrdeline teleskoobi sissepääsu pupilli läbimõõdu ruuduga. Nõrgad tähed, mida palja silmaga ei näe, on suure sissepääsupupilliga teleskoobis selgelt näha. Teleskoobi kaudu nähtavate tähtede arv on palju suurem kui otse silmaga vaadeldav.

teleskoop optiline aberratsioon astronoomiline

1. Teleskoopilised optilised süsteemid

1 Optiliste süsteemide aberratsioonid

Optiliste süsteemide aberratsioonid (lat. - kõrvalekalle) - optilise süsteemi ebatäiuslikkusest tingitud moonutused, pildivead. Aberratsioonid on erineval määral allutatud kõigile, isegi kõige kallimatele, objektiividele. Arvatakse, et mida suurem on objektiivi fookuskauguste vahemik, seda suurem on selle aberratsioonide tase.

Kõige levinumad aberratsioonide tüübid on toodud allpool.

2 Sfääriline aberratsioon

Enamik objektiive on valmistatud sfääriliste pindadega läätsedest. Selliseid objektiive on lihtne valmistada, kuid objektiivide sfääriline kuju ei ole terava pildi saamiseks ideaalne. Sfäärilise aberratsiooni mõju avaldub kontrasti pehmendamises ja detailide hägustumises, nn "seebis".

Kuidas see juhtub? Sfäärilist läätse läbivad paralleelsed valguskiired murduvad, läätse serva läbivad kiired ühinevad läätsele lähemal asuvas fookuspunktis kui läätse keskpunkti läbivad valguskiired. Teisisõnu, objektiivi servad on lühema fookuskaugusega kui keskel. Alloleval pildil on selgelt näha, kuidas valguskiir läbib sfäärilist läätse ja millised sfäärilised aberratsioonid ilmnevad.

Optilise telje lähedal (keskmele lähemal) läätse läbivad valguskiired fokusseeritakse piirkonda B, objektiivist kaugemal. Läätse servatsoone läbivad valguskiired fokusseeritakse A piirkonda, mis on objektiivile lähemal.

3 Kromaatiline aberratsioon

Kromaatiline aberratsioon (CA) on nähtus, mille põhjustab läätse läbiva valguse hajumine, s.o. valgusvihu lammutamine selle komponentideks. Erineva lainepikkusega (erinevat värvi) kiired murduvad erinevate nurkade all, seega moodustub valgest kiirest vikerkaar.

Kromaatilised aberratsioonid toovad kaasa pildi selguse vähenemise ja värvide "äärte" ilmnemise, eriti kontrastsetel objektidel.

Kromaatiliste aberratsioonide vastu võitlemiseks kasutatakse madala dispersiooniga klaasist spetsiaalseid apokromaatilisi läätsi, mis ei lagunda valguskiiri laineteks.

1.4 Koomiline aberratsioon (kooma)

Kooma või koomaaberratsioon on kujutise perifeerias esinev nähtus, mis on loodud sfäärilise aberratsiooni suhtes korrigeeritud läätse abil ja mis põhjustab läätse serva teatud nurga all sisenevate valguskiirte koondumise pigem komeediks kui soovitud punktiks. Sellest ka selle nimi.

Komeedi kuju on orienteeritud radiaalselt, selle saba on suunatud kas pildi keskpunkti poole või sellest eemale. Tekkivat hägusust pildi servades nimetatakse kooma sähvatuseks. Kooma, mis võib tekkida isegi objektiividel, mis reprodutseerivad punkti täpselt optilise telje punktina, on tingitud valguskiirte murdumise erinevusest väljaspool optilist telge asuvast punktist, mis läbib läätse servi. samast punktist lähtuv peamine valguskiir, mis läbib läätse keskpunkti.

Kooma suureneb kaugtule nurga suurenedes ja viib kontrasti vähenemiseni pildi servades. Teatud paranemise saab saavutada objektiivi peatamisega. Kooma võib põhjustada ka pildi uduste alade väljapuhumist, tekitades ebameeldiva efekti.

Nii sfäärilise aberratsiooni kui ka kooma kõrvaldamist teatud pildistamiskaugusel asuva objekti puhul nimetatakse aplanatismiks ja selliselt korrigeeritud objektiivi aplanatismiks.

5 Astigmatism

Sfäärilise ja komaatilise aberratsiooni suhtes korrigeeritud objektiiviga taasesitatakse optilise telje objekti punkt täpselt pildi punktina, kuid optilisest teljest väljapoole jääv objekt ei ilmu pildil punktina, vaid pigem punktina. vari või joon. Seda tüüpi aberratsiooni nimetatakse astigmatismiks.

Seda nähtust saate jälgida pildi servades, kui nihutate objektiivi fookust veidi asendisse, kus objekti punkt on teravalt kujutatud kujutise keskpunktist radiaalsuunas orienteeritud joonena, ja nihutate uuesti fookus teise asendisse, kus objekti punkt on teravalt kujutatud kontsentrilise ringi suunas orienteeritud joonena. (Nende kahe fookusasendi vahelist kaugust nimetatakse astigmaatiliseks erinevuseks.)

Teisisõnu on meridionaaltasandi valguskiired ja sagitaaltasandi valguskiired erinevates positsioonides, mistõttu need kaks kiirterühma ei ühendu samas punktis. Kui lääts on seatud meridionaaltasandi jaoks optimaalsesse fookusasendisse, joonduvad sagitaaltasandi valguskiired kontsentrilise ringi suunas (seda asendit nimetatakse meridionaalseks fookuseks).

Samamoodi, kui lääts on seatud sagitaaltasandi jaoks optimaalsesse fookusasendisse, moodustavad meridionaaltasandi valguskiired radiaalsuunas orienteeritud joone (seda asendit nimetatakse sagitaalfookuseks).

Seda tüüpi moonutuste korral näevad pildil olevad objektid kõverad, kohati udused, sirged jooned kõverad ja tumenemine on võimalik. Kui läätsel on astigmatism, on see lubatud varuosadeks, kuna seda nähtust ei saa ravida.

6 Pildivälja kõverus

Seda tüüpi aberratsiooni korral muutub pilditasapind kõveraks, nii et kui pildi keskpunkt on fookuses, siis on pildi servad fookusest väljas ja vastupidi, kui servad on fookuses, siis on keskpunkt väljas. fookusest.

1.7 Moonutused (moonutus)

Seda tüüpi aberratsioon väljendub sirgjoonte moonutamises. Kui sirgjooned on nõgusad, nimetatakse moonutust nõelapadjaks, kui kumer - tünnikujuliseks. Suumobjektiivid tekitavad tavaliselt lainurga (minimaalne suum) ja nõelapatja moonutusi telefoto puhul (maksimaalne suum).

2. Optilise süsteemi mõõtmete arvutamine

Algandmed:

Objektiivi ja okulaari fookuskauguste määramiseks lahendame järgmise süsteemi:

f'ob + f'ok = L;

f'ob / f'ok =|Г|;

f'ob + f'ok = 255;

f'ob / f'ok = 12.

f'ob +f'ob /12=255;

f'ob = 235,3846 mm;

f'ok \u003d 19,6154 mm;

Sissepääsu õpilase läbimõõt arvutatakse valemiga D \u003d D'G

D in \u003d 2,5 * 12 \u003d 30 mm;

Okulaari lineaarne vaateväli leitakse järgmise valemi abil:

; y' = 235,3846*1,5o; y' = 6,163781 mm;

Okulaari vaatenurk leitakse järgmise valemiga:

Prismasüsteemi arvutamine

D 1 -esimese prisma sisendkülg;

D 1 \u003d (D in + 2 a ') / 2;

D 1 \u003d 21,163781 mm;

Esimese prisma kiire pikkus =*2=21,163781*2=42,327562;

D 2 - teise prisma sisendpind (lisa 3 valemi tuletis);

D 2 \u003d D in * ((D in -2y ') / L) * (f 'ob / 2+);

D 2 \u003d 18,91 mm;

Teise prisma kiirte pikkus =*2=18,91*2=37,82;

Optilise süsteemi arvutamisel valitakse prismade vaheline kaugus vahemikus 0,5-2 mm;

Prismaatilise süsteemi arvutamiseks on vaja see õhku tuua.

Vähendame prismakiirte tee pikkust õhku:

l 01 - esimese prisma pikkus taandatuna õhuks

n = 1,5688 (klaasi murdumisnäitaja BK10)

l 01 \u003d l 1 / n \u003d 26,981 mm

l 02 \u003d l 2 / n \u003d 24,108 mm

Okulaari liikumise määra kindlaksmääramine, et tagada teravustamine täpsusega ± 5 dioptrit

kõigepealt peate arvutama ühe dioptri hinna f ’ ok 2 / 1000 \u003d 0,384764 (ühe dioptri hind.)

Okulaari liigutamine soovitud fookuse saavutamiseks: mm

Kontrollige, kas peegeldavatele külgedele on vaja kanda peegeldav kate:

(aksiaalkiirest kõrvalekalde lubatud kõrvalekaldenurk, kui täieliku sisepeegelduse tingimust veel ei rikuta)

(prisma sisendpinna kiirte langemise piirnurk, mille juures ei ole vaja peegeldavat katet kanda) . Seetõttu: peegeldav kate pole vajalik.

Okulaari arvutus:

Kuna 2ω’ = 34,9, on nõutav okulaari tüüp sümmeetriline.

f’ ok =19,6154 mm (arvutatud fookuskaugus);

K p \u003d S 'F / f ' ok \u003d 0,75 (konversioonitegur)

S 'F \u003d K p * f ' ok

S 'F =0,75* f' ok (tagumise fookuskauguse väärtus)

Väljapääsu pupilli eemaldamine määratakse valemiga: S’ p = S’ F + z’ p

z’ p leitakse Newtoni valemiga: z’ p = -f’ ok 2 / z p kus z p on kaugus okulaari esifookusest ava diafragma. Prismaga katva süsteemiga täpiskaalade puhul on ava diafragma tavaliselt objektiivi korpus. Esimese lähendusena saame võtta z p võrdseks miinusmärgiga objektiivi fookuskaugusega, seega:

z p = -235,3846 mm

Väljuva õpilase eemaldamine on võrdne:

S'p = 14,71155+1,634618=16,346168 mm

Optilise süsteemi komponentide aberratsiooni arvutamine.

Aberratsiooni arvutamine hõlmab okulaari ja prisma aberratsioonide arvutamist kolme lainepikkuse kohta.

Okulaari aberratsiooni arvutamine:

Okulaari aberratsioonide arvutamine toimub kiirte vastupidises suunas, kasutades tarkvarapaketti ROSA.

δy' ok \u003d 0,0243

Prismasüsteemi aberratsioonide arvutamine:

Peegeldavate prismade aberratsioonid arvutatakse ekvivalentse tasapinnalise paralleelse plaadi kolmandat järku aberratsioonide valemite abil. BK10 klaasi jaoks (n=1,5688).

Pikisuunaline sfääriline aberratsioon:

δS' pr \u003d (0,5 * d * (n 2 -1) * sin 2 b) / n 3

b’=arctg(D/2*f’ob)=3,64627 o

d=2D 1 + 2D 2 =80,15 mm

dS' pr \u003d 0,061337586

Positsioonikromatism:

(S'f - S'c) pr \u003d 0,33054442

Meridiaani kooma:

δy "= 3d (n 2 -1) * sin 2 b '* tgω 1 / 2n 3

δy" = -0,001606181

Objektiivi aberratsiooni arvutamine:

Pikisuunaline sfääriline aberratsioon δS’ sf:

δS’ sf \u003d – (δS’ pr + δS’ ok) \u003d -0,013231586

Positsioonikromatism:

(S'f - S'c) pööre \u003d δS' xp = - ((S'f - S'c) pr + (S'f - S'c) ok) \u003d -0,42673442

Meridiaani kooma:

δy’ kuni = δy’ ok - δy’ pr

δy’ kuni =0,00115+0,001606181=0,002756181

Objektiivi konstruktsioonielementide määratlus.

Õhukese optilise süsteemi aberratsioonid määratakse kolme põhiparameetriga P, W, C. Ligikaudne valem prof. G.G. Slyusareva ühendab peamised parameetrid P ja W:

P = P 0 +0,85 (W-W 0)

Kahe läätsega liimitud läätse arvutamine taandub teatud klaaside kombinatsiooni leidmisele, mille väärtus on P 0 ja C.

Kahe läätsega läätse arvutamine prof. G.G. Slyusareva:

) Prismasüsteemi ja okulaari aberratsioonide kompenseerimise tingimustest saadud läätse aberratsioonide δS’ xp, δS’ sf, δy’ k väärtuste põhjal leitakse aberratsioonide summad:

S I xp = δS' xp = -0,42673442

S I \u003d 2 * δS 'sf / (tgb') 2

S I = 6,516521291

S II \u003d 2 * δy kuni '/(tgb') 2 *tgω

SII =172,7915624

) Summade põhjal leitakse süsteemi parameetrid:

S I xp / f 'ob

S II / f'ob

) P 0 arvutatakse:

P 0 = P-0,85 (W-W 0)

) Graafik-nomogrammi järgi läbib joon 20. lahtrit. Vaatame prillide K8F1 ja KF4TF12 kombinatsioone:

) Tabelist on toodud P 0 , φ k ja Q 0 väärtused, mis vastavad K8F1 määratud väärtusele (ei sobi)

φk = 2,1845528

KF4TF12 jaoks (sobib)

) Pärast P 0 ,φ k ja Q 0 leidmist arvutatakse Q järgmise valemiga:

) Pärast Q leidmist määratakse esimese nullkiire väärtused a 2 ja a 3 (a 1 \u003d 0, kuna objekt on lõpmatuses ja 4 \u003d 1 - normaliseerimistingimusest):

) i väärtused määravad õhukeste läätsede kõverusraadiused:

Raadiusega õhukesed läätsed:

) Pärast õhukese läätse raadiuste arvutamist valitakse läätse paksused järgmiste konstruktsioonikaalutluste põhjal. Paksus piki positiivse läätse telge d1 on noolte L1, L2 absoluutväärtuste ja serva paksuse summa, mis peab olema vähemalt 0,05D.

h=D in /2

L \u003d h 2 / (2 * r 0)

L 1 \u003d 0,58818 2 = -1,326112

d 1 \u003d L 1 -L 2 + 0,05D

) Arvutage saadud paksuste järgi kõrgused:

h 1 \u003d f umbes \u003d 235,3846

h 2 \u003d h 1 -a 2 * d 1

h 2 = 233,9506

h 3 \u003d h 2 -a 3 * d 2

) Lõpliku paksusega läätse kõverusraadiused:

r 1 \u003d r 011 \u003d 191,268

r 2 \u003d r 02 * (h 1 / h 2)

r 2 \u003d -84,317178

r 3 \u003d r 03 * (h 3 / h 1)

Tulemuste kontrollimine toimub arvutis arvutamise teel, kasutades programmi "ROSA":

objektiivi aberratsiooni võrdlus

Saadud ja arvutatud aberratsioonid on oma väärtustelt lähedased.

teleskoobi aberratsiooni joondamine

Paigutus seisneb prismasüsteemi kauguse määramises objektiivist ja okulaarist. Objektiivi ja okulaari vaheline kaugus on määratletud kui (S’ F’ ob + S’ F’ ok + Δ). See kaugus on läätse ja esimese prisma vahelise kauguse summa, mis on võrdne poolega läätse fookuskaugusest, kiire tee esimeses prismas, prismade vaheline kaugus, kiirte tee teises prismas, kaugus teise prisma viimaselt pinnalt fookustasandini ja kaugust sellest tasapinnast okulaarini.

692+81.15+41.381+14.777=255

Järeldus

Astronoomiliste läätsede puhul määrab eraldusvõime kahe tähe vahelise väikseima nurkkauguse järgi, mida saab teleskoobis eraldi näha. Teoreetiliselt saab visuaalse teleskoobi lahutusvõimet (kaaresekundites) kollakasroheliste kiirte jaoks, mille suhtes silm on kõige tundlikum, hinnata avaldisega 120/D, kus D on teleskoobi sissepääsu pupilli läbimõõt, väljendatud millimeetrites.

Teleskoobi läbitungiv jõud on tähe piirav tähesuurus, mida saab selle teleskoobiga heades atmosfääritingimustes jälgida. Maa atmosfääris värinast, neeldumisest ja kiirte hajumisest tingitud halb pildikvaliteet vähendab tegelikult vaadeldavate tähtede maksimaalset suurust, vähendades valgusenergia kontsentratsiooni võrkkestal, fotoplaadil või muul teleskoobi kiirgusvastuvõtjal. Teleskoobi sissepääsupupilli poolt kogutud valguse hulk kasvab võrdeliselt selle pindalaga; samal ajal suureneb ka teleskoobi läbitungimisvõime. D-millimeetrise objektiivi läbimõõduga teleskoobi puhul määratakse visuaalsete vaatluste jaoks tähesuurustes väljendatud läbitungimisjõud järgmise valemiga:

mvis=2,0+5 lgD.

Olenevalt optilisest süsteemist jagunevad teleskoobid lääts- (refraktorid), peegel- (reflektorid) ja peegel-läätsteleskoobid. Kui teleskoopläätsede süsteemil on positiivne (koguv) objektiiv ja negatiivne (hajutav) okulaar, siis nimetatakse seda Galilei süsteemiks. Kepleri teleskoopläätsede süsteemil on positiivne objektiiv ja positiivne okulaar.

Galileo süsteem annab otsese virtuaalse pildi, sellel on väike vaateväli ja väike heledus (suur väljumispupilli läbimõõt). Disaini lihtsus, süsteemi lühike pikkus ja otsepildi saamise võimalus on selle peamised eelised. Kuid selle süsteemi vaateväli on suhteliselt väike ning objektiivi ja okulaari vahel oleva objekti tegeliku kujutise puudumine ei võimalda võre kasutamist. Seetõttu ei saa Galilei süsteemi kasutada fokaaltasandil mõõtmiseks. Praegu kasutatakse seda peamiselt teatri binoklites, kus suurt suurendust ja vaatevälja pole vaja.

Kepleri süsteem annab objektist reaalse ja ümberpööratud pildi. Taevakehade vaatlemisel pole viimane asjaolu aga nii oluline ja seetõttu on Kepleri süsteem teleskoopides enim levinud. Teleskoobi toru pikkus on sel juhul võrdne objektiivi ja okulaari fookuskauguste summaga:

L \u003d f "ob + f" ligikaudu.

Kepleri süsteemi saab varustada tasapinnalise paralleelse plaadi kujul, millel on skaala ja ristike. Seda süsteemi kasutatakse laialdaselt koos prismasüsteemiga, mis võimaldab otsest läätsede pildistamist. Kepleri süsteeme kasutatakse peamiselt visuaalsete teleskoopide jaoks.

Lisaks silmale, mis on visuaalsetes teleskoopides kiirguse vastuvõtja, saab taevaobjektide kujutisi salvestada fotograafilisele emulsioonile (sellisi teleskoope nimetatakse astrograafideks); fotokordisti ja elektronoptiline muundur võimaldavad mitmekordselt võimendada väga kaugel asuvate tähtede nõrka valgussignaali; pilte saab projitseerida teleskoobitorusse. Objekti kujutist saab saata ka astrospektrograafile või astrofotomeetrile.

Teleskoobitoru suunamiseks soovitud taevaobjektile kasutatakse teleskoobi kinnitust (statiivi). See annab võimaluse pöörata toru ümber kahe üksteisega risti oleva telje. Kinnituse alus kannab telge, mille ümber teine ​​telg saab pöörleva teleskoobitoruga selle ümber pöörata. Sõltuvalt telgede orientatsioonist ruumis jagatakse alused mitut tüüpi.

Altasimuudi (või horisontaalse) kinnituste korral on üks telg vertikaalne (asimutitelg) ja teine ​​(seniidi kaugustelg) on ​​horisontaalne. Altasimuudi kinnituse peamine puudus on vajadus pöörata teleskoopi ümber kahe telje, et jälgida taevaobjekti liikumist taevasfääri näilise igapäevase pöörlemise tõttu. Altasimuudi kinnitused on varustatud paljude astromeetriliste instrumentidega: universaalsed instrumendid, transiit- ja meridiaaniringid.

Peaaegu kõigil kaasaegsetel suurteleskoopidel on ekvatoriaalne (või parallaktiline) alus, milles peatelg - polaarne või tunnipõhine - on suunatud taevapoolusele ja teine ​​- deklinatsioonitelg - on sellega risti ja asub taeva tasapinnal. ekvaator. Parallaksikinnituse eeliseks on see, et tähe igapäevase liikumise jälgimiseks piisab teleskoobi pööramisest ümber vaid ühe polaartelje.

Kirjandus

1. Digitehnoloogia. / Toim. E.V. Evreinova. - M.: Raadio ja side, 2010. - 464 lk.

Kagan B.M. Optika. - M.: Enerngoatomizdat, 2009. - 592 lk.

Skvortsov G.I. Arvutitehnika. - MTUCI M. 2007 - 40 lk.

Lisa 1

Fookuskaugus 19,615 mm

Suhteline ava 1:8

Vaatenurk

Liigutage okulaari 1 dioptri võrra. 0,4 mm

Struktuurielemendid

19.615; =14.755;

Aksiaalne tala

Kaugtuli

Kaldtala meridionaalne läbilõige

Vahetatavad objektiivid Vario Sonnari objektiividega kaameratele

Sissejuhatuse asemel teen ettepaneku vaadata ülaltoodud fotopüssi abil jääliblikate jahtimise tulemusi. Püstol on Kepleri toru tüüpi optilise kinnitusega Casio QV4000 kaamera, mis koosneb Helios-44 objektiivist okulaarina ja Pentacon 2.8 / 135 objektiivist.

Üldiselt arvatakse, et fikseeritud objektiiviga seadmetel on oluliselt vähem võimalusi kui vahetatavate objektiividega seadmetel. Üldiselt on see kindlasti tõsi, kuid klassikalised vahetatava optikaga süsteemid pole kaugeltki nii ideaalsed, kui esmapilgul võib tunduda. Ja mõne õnne korral juhtub, et optika (optiliste kinnituste) osaline asendamine pole vähem tõhus kui optika täielik väljavahetamine. Muide, see lähenemine on filmikaamerate seas väga populaarne. Suvalise fookuskaugusega optika enam-vähem valutu muutmine on võimalik ainult fookuskardinaga kaugusmõõturi seadmete puhul, kuid sel juhul on meil vaid väga ligikaudne ettekujutus sellest, mida seade tegelikult näeb. See probleem on lahendatud peegelseadmetes, mis võimaldavad mattklaasil näha pilti, mille moodustab täpselt see objektiiv, mis parasjagu kaamerasse on sisestatud. Siin selgub, näib olevat ideaalne olukord, kuid ainult teleobjektiivide jaoks. Niipea kui me peegelkaameratega lainurkobjektiivi kasutama hakkame, selgub kohe, et igal neist objektiividest on lisaobjektiivid, mille roll on anda võimalus asetada objektiivi ja filmi vahele peegel. Tegelikult oleks võimalik teha kaamera, milles peegli paigutamise võimaluse eest vastutav element oleks mittevahetatav ning muutuksid vaid objektiivi esiosad. Ideoloogiliselt sarnast lähenemist kasutatakse filmikaamerate peegelpildiotsijates. Kuna kiirte teekond on paralleelne teleskoopkinnituse ja põhiobjektiivi vahel, saab nende vahele 45 kraadise nurga all asetada kiirt poolitava prisma-kuubiku või poolläbipaistva plaadi. Üks kahest peamisest suumobjektiivi tüübist, suumobjektiiv, ühendab samuti fikseeritud fookuskaugusega objektiivi ja fookussüsteemi. Fookuskauguse muutmine suumobjektiivides toimub afokaalse kinnituse suurenduse muutmisega, mis saavutatakse selle komponentide liigutamisega.

Kahjuks annab mitmekülgsus harva häid tulemusi. Aberratsioonide enam-vähem edukas korrigeerimine saavutatakse ainult süsteemi kõigi optiliste elementide valimisel. Soovitan kõigil lugeda Erwin Putsi artikli "" tõlget. Kirjutasin seda kõike vaid rõhutamaks, et põhimõtteliselt pole peegelkaamera objektiivid sugugi paremad kui optiliste kinnitustega sisseehitatud objektiivid. Probleem on selles, et optiliste lisaseadmete disainer saab tugineda ainult oma elementidele ega saa segada objektiivi disaini. Seetõttu on kinnitusega objektiivi edukas toimimine märksa harvem kui täielikult ühe disaineri disainitud hästi töötav objektiiv, isegi kui sellel on pikendatud tagumine töökaugus. Valmis optiliste elementide kombinatsioon, mis annab vastuvõetavaid aberratsioone, on haruldane, kuid see juhtub. Tavaliselt on afokaalsed manused Galilei vaatlussik. Neid saab aga ehitada ka Kepleri toru optilise skeemi järgi.

Kepleri toru optiline paigutus.

Sel juhul on meil ümberpööratud pilt, noh, jah, fotograafidele pole see võõras. Mõnel digiseadmel on võimalus pilti ekraanil ümber pöörata. Tahaks sellist võimalust kõigile digikaameratele, sest optilise süsteemi tarastamine digitaalkaameras pildi pööramiseks tundub raiskav. Ekraani suhtes 45 kraadise nurga all kinnitatava peegli lihtsaima süsteemi saab aga valmis ehitada paari minutiga.

Seega õnnestus mul leida standardsete optiliste elementide kombinatsioon, mida saab kasutada koos tänapäeval kõige tavalisema digikaamera objektiiviga fookuskaugusega 7-21 mm. Sony nimetab seda objektiivi Vario Sonnariks, disainilt sarnased objektiivid on paigaldatud Canoni (G1, G2), Casio (QV3000, QV3500, QV4000), Epson PC 3000Z, Toshiba PDR-M70, Sony (S70, S75, S85) kaameratesse. Minu saadud Kepleri toru näitab häid tulemusi ja võimaldab teil oma disainis kasutada erinevaid vahetatavaid objektiive. Süsteem on loodud töötama siis, kui standardobjektiivi maksimaalne fookuskaugus on 21 mm ja sellele on teleskoobi okulaarina kinnitatud Jupiter-3 või Helios-44 objektiiv, seejärel pikenduslõõts ja suvaline objektiiv fookuskaugus on suurem kui 50 mm.

Teleskoopsüsteemi okulaaridena kasutatavate läätsede optilised skeemid.

Õnn oli see, et kui asetada Jupiter-3 objektiiv koos sissepääsupupilliga aparaadi läätse külge ja väljumispupill lõõtsa külge, siis osutuvad aberratsioonid kaadri servades väga mõõdukaks. Kui kasutada objektiivina Pentacon 135 objektiivi ja okulaarina Jupiter 3 objektiivi, siis silma järgi, ükskõik kuidas okulaari keerame, pilt tegelikult ei muutu, meil on 2,5x suurendusega toru. Kui silma asemel kasutame aparaadi läätse, siis pilt muutub dramaatiliselt ja eelistatav on kasutada Jupiter-3 objektiivi, mis on pööratud sissepääsupupilliga kaamera objektiivi poole.

Casio QV3000 + Jupiter-3 + Pentacon 135

Kui kasutate okulaarina Jupiter-3 ja läätsena Helios-44 või moodustate kahest Helios-44 objektiivist koosneva süsteemi, siis tekkiva süsteemi fookuskaugus tegelikult ei muutu, kuid karusnaha venitamist kasutades suudab tulistada peaaegu igast kaugusest.

Pildil on foto postmargist, mis on tehtud Casio QV4000 kaamerast ja kahest Helios-44 objektiivist koosneva süsteemiga. Kaamera objektiivi ava 1:8. Pildi suurus raamis on 31 mm. Kuvatakse raami keskkohale ja nurgale vastavad fragmendid. Päris servas halveneb pildikvaliteet järsult eraldusvõimega ja valgustus langeb. Sellise skeemi kasutamisel on mõttekas kasutada pildi osa, mis võtab enda alla umbes 3/4 kaadri pindalast. 4 megapikslist teeme 3 ja 3 megapikslist 2,3 - ja kõik on väga lahe

Kui kasutame pika fookusega objektiive, siis on süsteemi suurendus võrdne okulaari ja objektiivi fookuskauguste suhtega ning arvestades, et Jupiter-3 fookuskaugus on 50 mm, saame hõlpsasti luua 3-kordse fookuskauguse suurendamisega otsik. Sellise süsteemi ebamugavus on raami nurkade vinjeteerimine. Kuna väljavaru on üsna väike, viib toruläätse mis tahes ava selleni, et näeme pilti, mis on kirjutatud kaadri keskel asuvasse ringi. Pealegi on see kaadri keskel hea, kuid võib selguda, et see pole ka keskel, mis tähendab, et süsteemil puudub piisav mehaaniline jäikus ja oma raskuse all on objektiiv optilisest nihkunud. telg. Kaadri vinjeteerimine muutub vähem märgatavaks, kui kasutatakse keskformaatkaamerate objektiive ja suurendajaid. Selle parameetri parimaid tulemusi näitas kaamera Ortagoz f=135 mm objektiivisüsteem.
Okulaar – Jupiter-3, objektiiv – Ortagoz f=135 mm,

Kuid sellisel juhul on süsteemi joondamise nõuded väga-väga ranged. Süsteemi vähimgi nihe viib ühe nurga vinjeteerimiseni. Et kontrollida, kui hästi teie süsteem on joondatud, võite sulgeda Ortagozi objektiivi ava ja vaadata, kui keskel on saadud ring. Pildistamine toimub alati täielikult avatud objektiivi ja okulaari avaga ning ava juhib kaamera sisseehitatud objektiivi ava. Enamasti toimub teravustamine lõõtsa pikkust muutes. Kui teleskoopsüsteemis kasutatavatel objektiividel on oma liigutused, siis täpne teravustamine saavutatakse neid keerates. Ja lõpuks saab lisateravustamist teha kaamera objektiivi liigutades. Ja heas valguses töötab isegi autofookuse süsteem. Saadud süsteemi fookuskaugus on portreepildistamiseks liiga suur, kuid killuke näopildist on kvaliteedi hindamiseks igati sobiv.

Objektiivi tööd on võimatu hinnata ilma lõpmatusele keskendumata ja kuigi ilm ilmselgelt sellistele piltidele kaasa ei aidanud, toon need ka.

Võid panna okulaarist lühema fookuskaugusega objektiivi ja nii see juhtub. See on aga pigem uudishimu kui praktilise rakenduse meetod.

Paar sõna konkreetse installi rakendamise kohta

Ülaltoodud meetodid optiliste elementide kaamera külge kinnitamiseks ei ole tegevusjuhised, vaid teave järelemõtlemiseks. Kaameratega Casio QV4000 ja QV3500 töötades tehakse ettepanek kasutada 58 mm keermega LU-35A natiivset adapterrõngast ja seejärel kinnitada sellele kõik muud optilised elemendid. Kaameraga Casio QV 3000 töötades kasutasin 46 mm keermestatud kinnituste disaini, mida on kirjeldatud artiklis Casio QV-3000 kaamera täiustamine. Helios-44 objektiivi paigaldamiseks pandi selle sabaosale tühi raam 49 mm keermega valgusfiltritele ja vajutati M42 keermega mutriga. Mutri sain kätte, saagides osa adapteri pikendusrõngast ära. Järgmiseks kasutasin Jolose ülemineku mähkimisrõngast M49-lt M59-le. Teisest küljest keerati objektiivi külge makrofotograafia ümbrisrõngas M49 × 0,75-M42 × 1, seejärel M42 ümbris, mis oli samuti valmistatud saetud pikendusrõngast, ja seejärel standardsed lõõtsad ja M42 keermega objektiivid. M42 keermega adapterrõngaid on väga palju. Ma kasutasin adapteri rõngaid B või C kinnituse jaoks või adapteri rõngast M39 keerme jaoks. Jupiter-3 objektiivi okulaariks paigaldamiseks keerati filtri keermesse adapteri suurendav rõngas M40,5 keermest kuni M49 mm-ni, seejärel kasutati Jolose ümbrisrõngast M49-st M58-ni ja seejärel see süsteem. seadme külge kinnitatud. Objektiivi teisele küljele keerati külge M39 keermega ühendus, seejärel adapterrõngas M39-lt M42-le ja siis sarnaselt Helios-44 objektiiviga süsteemile.

Saadud optiliste süsteemide testimise tulemused paigutatakse eraldi faili. See sisaldab fotosid testitud optilistest süsteemidest ja hetktõmmiseid maailmast, mis asuvad kaadri nurgas keskel. Siin annan ainult testitud kujunduste jaoks kaadri keskel ja nurgas maksimaalse eraldusvõime väärtuste lõpliku tabeli. Eraldusvõimet väljendatakse joonena pikslite kohta. Mustvalged jooned - 2 lööki.

Järeldus

Skeem sobib töötamiseks igal distantsil, kuid tulemused on eriti muljetavaldavad makrofotograafia puhul, kuna süsteemis oleva lõõtsa olemasolu muudab lähedalasuvatele objektidele teravustamise lihtsaks. Kuigi mõnes kombinatsioonis annab Jupiter-3 suurema eraldusvõime, kuid suurem kui Helios-44, muudab vinjeteerimine selle vahetatavate objektiivide süsteemi püsiva okulaarina vähem atraktiivseks.

Soovin ettevõtetele, kes toodavad kõikvõimalikke kaameratele mõeldud rõngaid ja tarvikuid, et toodaksid M42 keermega muhvi ja adapterrõngaid M42 keermest filtrikeermeni, mille sisemine ja väline filtri jaoks on M42 keerme.

Usun, et kui mõni optikatehas teeb teleskoopsüsteemi spetsialiseeritud okulaari digikaamerate ja suvaliste objektiividega kasutamiseks, siis sellise toote järele on nõudlust. Loomulikult peab selline optiline konstruktsioon olema varustatud adapteri rõngaga kaamera külge kinnitamiseks ja keerme või kinnitusega olemasolevate objektiivide jaoks,

See on tegelikult kõik. Näitasin, mida ma tegin, ja te ise hindate, kas see kvaliteet sobib teile või mitte. Ja edasi. Kuna oli üks edukas kombinatsioon, siis ilmselt on ka teisi. Vaata, sul võib vedada.

Tänapäeval tähistame 400. aastapäeva optilise teleskoobi loomisest – kõige lihtsama ja tõhusama teadusliku instrumendi loomisest, mis avas inimkonnale ukse universumisse. Esimeste teleskoopide loomise au kuulub õigustatult Galileole.

Nagu teate, alustas Galileo Galilei objektiividega katsetamist 1609. aasta keskel, pärast seda, kui ta sai teada, et Hollandis leiutati navigatsiooni tarbeks teleskoop. Selle valmistasid 1608. aastal võib-olla iseseisvalt Hollandi optikud Hans Lippershey, Jacob Metius ja Zacharias Jansen. Vaid kuue kuuga suutis Galileo seda leiutist märkimisväärselt täiustada, luua selle põhimõttel põhineva võimsa astronoomilise instrumendi ja teha mitmeid hämmastavaid avastusi.

Galileo edu teleskoobi täiustamisel ei saa pidada juhuslikuks. Itaalia klaasimeistrid olid selleks ajaks juba põhjalikult tuntuks saanud: juba 13. sajandil. nad leiutasid prillid. Ja just Itaalias oli teoreetiline optika parim. Leonardo da Vinci tööde kaudu muutus see geomeetria osast praktiliseks teaduseks. "Tehke oma silmadele prillid, et näha kuud suurelt," kirjutas ta 15. sajandi lõpus. Ehkki selle kohta pole otseseid tõendeid, õnnestus Leonardol rakendada teleskoopsüsteem.

Algupärased optikauuringud viidi läbi 16. sajandi keskel. Itaallane Francesco Mavrolik (1494-1575). Tema kaasmaalane Giovanni Battista de la Porta (1535-1615) pühendas optikale kaks suurepärast teost: "Loodusmaagia" ja "Refraktsioonist". Viimases annab ta isegi teleskoobi optilise skeemi ja väidab, et suutis näha väikeseid objekte väga kaugelt. Aastal 1609 üritab ta kaitsta teleskoobi leiutamise prioriteeti, kuid tegelikest tõenditest selle kohta ei piisanud. Olgu kuidas on, Galileo töö selles valdkonnas algas hästi ettevalmistatud pinnal. Kuid austades Galileo eelkäijaid, pidage meeles, et just tema valmistas naljakast mänguasjast toimiva astronoomilise instrumendi.

Galileo alustas oma katseid positiivse läätse kui objektiivi ja negatiivse läätse kui okulaari lihtsa kombinatsiooniga, andes kolmekordse suurenduse. Nüüd nimetatakse seda disaini teatri binokliks. See on prillide järel kõige populaarsem optiline seade. Muidugi kasutatakse kaasaegses teatribinoklis objektiivi ja okulaarina kvaliteetseid kattega läätsi, mõnikord isegi keerukaid, mis koosnevad mitmest klaasist. Need annavad laia vaatevälja ja suurepärase pildikvaliteedi. Galileo kasutas nii objektiivi kui ka okulaari jaoks lihtsaid läätsi. Tema teleskoobid kannatasid kõige tugevamate kromaatiliste ja sfääriliste aberratsioonide all, s.t. andis pildi, mis oli servadest udune ja erinevates värvides fookusest väljas.

Kuid Galileo ei peatunud nagu Hollandi meistrid "teatri binokli" juures, vaid jätkas katseid objektiividega ja oli 1610. aasta jaanuariks loonud mitu instrumenti suurendusega 20-33 korda. Just nende abiga tegi ta oma tähelepanuväärsed avastused: avastas Jupiteri satelliidid, Kuu mäed ja kraatrid, Linnuteel hulgaliselt tähti jne. Juba 1610. aasta märtsi keskel Veneetsias ladina keeles ilmus 550 eksemplari Avaldati Galileo teos "The Starry Messenger", kus kirjeldati neid esimesi teleskoopastronoomia avastusi. Septembris 1610 avastab teadlane Veenuse faasid ja novembris Saturni lähedalt rõnga märgid, kuigi ta ei mõista oma avastuse tegelikku tähendust ("Ma jälgisin kõrgeimat planeeti kolmikuna," kirjutab ta anagramm, püüdes kindlustada avastamise prioriteeti). Võib-olla ei andnud ükski järgnevate sajandite teleskoop teadusele sellist panust kui Galileo esimene teleskoop.

Need astronoomiasõbrad, kes aga proovisid prilliprillidest teleskoope kokku panna, on sageli üllatunud nende disainide vähesest võimekusest, mis jääb "vaatlusvõimaluste" poolest selgelt alla Galileo käsitööteleskoobile. Tihti ei suuda tänapäevane "Galilea" tuvastada isegi Jupiteri satelliite, Veenuse faasidest rääkimata.

Firenzes teadusajaloo muuseumis (kuulsa Uffizi pildigalerii kõrval) on kaks esimest Galileo ehitatud teleskoopi. Samuti on katkine kolmanda teleskoobi objektiiv. Seda objektiivi kasutas Galileo paljudeks vaatlusteks aastatel 1609–1610. ja kinkis ta suurvürst Ferdinand II-le. Objektiiv läks hiljem kogemata katki. Pärast Galileo surma (1642) hoidis seda objektiivi prints Leopold Medici ja pärast tema surma (1675) lisati see Uffizi galerii Medici kogusse. 1793. aastal anti kollektsioon üle Teadusajaloo Muuseumile.

Väga huvitav on graveerija Vittorio Krosteni Galilei objektiivi jaoks valmistatud dekoratiivne figuurne elevandiluust raam. Rikkalik ja veider lillornament on segatud teaduslike instrumentide kujutistega; mitmed ladinakeelsed pealdised on orgaaniliselt mustrisse integreeritud. Ülaosas oli varem kadunud lint, millel oli kiri "MEDICEA SIDERA" ("Medici tähed"). Kompositsiooni keskosa kroonib Jupiteri kujutis koos 4 satelliidi orbiitidega, mida ümbritseb tekst "CLARA DEUM SOBOLES MAGNUM IOVIS INCREMENTUM" ("Kuulsusrikas [noor] jumalate põlvkond, Jupiteri suur järglane") . Vasak ja parem - Päikese ja Kuu allegoorilised näod. Objektiivi ümber pärga põimival lindil on kiri: "HIC ET PRIMUS RETEXIT MACULAS PHEBI ET IOVIS ASTRA" ("Ta avastas esimesena nii Phoebuse (s.o Päikese) laigud kui ka Jupiteri tähed"). Alloleval kartššil tekst: "COELUM LINCEAE GALILEI MENTI APERTUM VITREA PRIMA HAC MOLE NON DUM VISA OSTENDIT SYDERA MEDICEA IURE AB INVENTORE DICTA SAPIENS NEMPE DOMINATUR ET ASTRIS" siiani nähtamatu, keda nende tarkade jaoks õigustatult kutsutakse ka meedikuteks. tähed.

Infot eksponaadi kohta saab Teadusajaloo Muuseumi kodulehelt: link nr 100101; viite nr 404001.

20. sajandi alguses uuriti Firenze muuseumis talletatud Galileo teleskoope (vt tabel). Nendega tehti isegi astronoomilisi vaatlusi.

Galilei teleskoopide esimeste objektiivide ja okulaaride optilised omadused (mõõtmed millimeetrites)

Selgus, et esimese toru eraldusvõime oli 20" ja vaateväli 15". Ja teine, vastavalt 10 "ja 15". Esimese toru kasv oli 14-kordne ja teine ​​20-kordne. Kolmanda toru purunenud lääts koos kahe esimese toru okulaaridega annaks 18- ja 35-kordse suurenduse. Niisiis, kas Galileo oleks võinud teha oma hämmastavad avastused selliste ebatäiuslike tööriistadega?

ajalooline eksperiment

Just selle küsimuse esitas inglane Stephen Ringwood ja vastuse väljaselgitamiseks lõi ta parima Galilea teleskoobi täpse koopia (Ringwood S. D. A Galilean telescope // The Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, 1994, vol. 35, 1, lk 43-50). 1992. aasta oktoobris lõi Steve Ringwood uuesti Galileo kolmanda teleskoobi disaini ja tegi sellega aasta jooksul kõikvõimalikke vaatlusi. Tema teleskoobi objektiivi läbimõõt oli 58 mm ja fookuskaugus 1650 mm. Nagu Galileo, peatas Ringwood oma objektiivi kuni D = 38 mm ava läbimõõduni, et saavutada parem pildikvaliteet suhteliselt väikese läbitungimisvõime kaoga. Okulaariks oli negatiivne lääts fookuskaugusega -50 mm, mis annab 33-kordse suurenduse. Kuna selle teleskoobi konstruktsiooni puhul on okulaar paigutatud objektiivi fookustasandi ette, siis oli toru kogupikkuseks 1440 mm.

Ringwood peab Galileo teleskoobi suurimaks puuduseks selle väikest vaatevälja – kõigest 10" ehk kolmandik kuukettast. Pealegi on vaatevälja servas pildikvaliteet väga madal. Kasutades lihtsat Rayleighi kriteerium, mis kirjeldab objektiivi eraldusvõime difraktsioonipiiri, eeldaks kvaliteetseid pilte vahemikus 3,5-4,0". Kuid kromaatiline aberratsioon vähendas selle 10-20"-ni Teleskoobi läbitungimisvõime, mis on hinnatud lihtsa valemiga (2 + 5lg D), oodati umbes +9,9 m . Kuid tegelikkuses ei olnud võimalik tuvastada tähti, mis on nõrgemad kui +8 m.

Kuu vaatlemisel toimis teleskoop hästi. Sellel õnnestus näha isegi rohkem detaile, kui Galileo oma esimestele kuukaartidele joonistas. "Võib-olla oli Galileo tähtsusetu joonistaja või ei huvitanud teda Kuu pinna üksikasjad?" Ringwood imestab. Või ei olnud Galileo kogemus teleskoopide valmistamisel ja nendega vaatlemisel siiski piisavalt suur? Arvame, et see on põhjus. Galileo enda kätega poleeritud prillide kvaliteet ei suutnud võistelda tänapäevaste läätsedega. Ja loomulikult ei õppinud Galileo kohe läbi teleskoobi vaatama: visuaalsed vaatlused nõuavad märkimisväärseid kogemusi.

Muide, miks ei teinud esimeste täppiskaapide loojad – hollandlased – astronoomilisi avastusi? Olles teinud vaatlusi teatri binokliga (2,5-3,5-kordne suurendus) ja väliklaasidega (7-8-kordne suurendus), märkate, et nende võimaluste vahel on kuristik. Kaasaegne kvaliteetne 3x binokkel võimaldab (ühe silmaga vaatlemisel!) vaevu märgata suurimaid kuukraatreid; on ilmselge, et sama suurendusega, kuid madalama kvaliteediga Hollandi toru ei suudaks seda isegi teha. Välibinoklid, mis annavad ligikaudu samad võimalused kui Galileo esimesed teleskoobid, näitavad meile Kuud kogu selle hiilguses ja paljude kraatritega. Olles täiustanud Hollandi toru ja saavutanud mitu korda suurema suurenduse, astus Galileo üle "avastuste läve". Sellest ajast peale pole see põhimõte eksperimentaalteaduses läbi kukkunud: kui teil õnnestub seadme juhtivat parameetrit mitu korda parandada, teete kindlasti avastuse.

Galileo kõige tähelepanuväärsem avastus oli Jupiteri nelja satelliidi ja planeedi enda ketta avastamine. Vastupidiselt ootustele ei seganud teleskoobi madal kvaliteet Jupiteri satelliidisüsteemi vaatlusi oluliselt. Ringwood nägi selgelt kõiki nelja satelliiti ja suutis sarnaselt Galileile igal õhtul jälgida nende liikumist planeedi suhtes. Tõsi, alati ei õnnestunud planeedi ja satelliidi pilti korraga hästi teravustada: objektiivi kromaatiline aberratsioon oli väga häiriv.

Kuid Jupiteri enda puhul ei suutnud Ringwood, nagu ka Galileo, planeedi kettal mingeid detaile tuvastada. Jupiterit mööda ekvaatorit läbivad nõrgalt kontrastsed laiusribad uhuti aberratsiooni tagajärjel täielikult välja.

Väga huvitava tulemuse sai Ringwood Saturni vaatlemisel. Nagu Galileo, nägi ta 33-kordse suurendusega planeedi külgedel ainult nõrku paistetusi (“salapäraseid lisasid”, nagu Galileo kirjutas), mida suur itaallane muidugi sõrmusena tõlgendada ei saanud. Ringwoodi edasised katsed näitasid aga, et teiste suure suurendusega okulaaride kasutamisel oli sõrmuse selgemaid jooni siiski märgata. Kui Galileo oleks seda õigel ajal teinud, oleks Saturni rõngaste avastamine toimunud peaaegu pool sajandit varem ega oleks Huygensile (1656) kuulunud.

Veenuse vaatlused aga tõestasid, et Galileost sai kiiresti osav astronoom. Selgus, et Veenuse faasid ei ole suurima pikenemise juures nähtavad, kuna selle nurk on liiga väike. Ja alles siis, kui Veenus lähenes Maale ja faasis 0,25 saavutas selle nurga läbimõõt 45 ", muutus tema poolkuu kuju märgatavaks. Sel ajal polnud tema nurkkaugus Päikesest enam nii suur ja vaatlused olid keerulised.

Kõige kurioossem asi Ringwoodi ajaloolistes uuringutes oli võib-olla vana väärarusaama paljastamine Galileo päikesevaatluste kohta. Seni oli üldtunnustatud seisukoht, et Päikest ei saa Galilei teleskoobiga jälgida, projitseerides selle kujutist ekraanile, sest okulaari negatiivne lääts ei suuda luua objektist reaalset kujutist. Ainult veidi hiljem leiutatud Kepleri kahe positiivse läätse süsteemi teleskoop tegi selle võimalikuks. Usuti, et esimene, kes okulaari taha asetatud ekraanil Päikest vaatles, oli saksa astronoom Christoph Scheiner (1575-1650). Samal ajal ja Keplerist sõltumatult lõi ta 1613. aastal sarnase konstruktsiooniga teleskoobi. Kuidas Galileo Päikest vaatles? Tema oli ju see, kes päikeseplekid avastas. Pikka aega oli arvamus, et Galileo jälgis päevavalgust oma silmaga läbi okulaari, kasutades pilvi valgusfiltritena või vaadates Päikest udus madalal horisondi kohal. Usuti, et Galilei nägemise kaotus vanemas eas oli osaliselt tingitud tema vaatlustest Päikese suhtes.

Ringwood avastas aga, et isegi Galileo teleskoop suudab projitseerida päikesepilti ekraanile üsna korraliku projitseerimisega, kusjuures päikeselaigud on väga selgelt nähtavad. Hiljem avastas Ringwood ühes Galileo kirjas Päikese vaatluste üksikasjaliku kirjelduse, projitseerides selle kujutise ekraanile. Kummaline, et seda asjaolu varem ei märgatud.

Arvan, et iga astronoomia amatöör ei keela endale mõneks õhtuks "Galileoks saamise" naudingut. Selleks peate lihtsalt tegema Galilei teleskoobi ja proovima korrata suure itaalia avastusi. Lapsepõlves valmistas üks selle märkme autoreid prilliklaasist Kepleri torusid. Ja juba täiskasvanueas ei suutnud ta vastu panna ja ehitas Galilei teleskoobiga sarnase instrumendi. Objektiiviks kasutati 43 mm läbimõõduga +2 dioptrilise võimsusega kinnitusobjektiivi ning vanast teatribinoklist võeti umbes -45 mm fookuskaugusega okulaar. Teleskoop osutus mitte eriti võimsaks, suurendusega vaid 11 korda, kuid sellel oli ka väike, umbes 50" läbimõõduga vaateväli ja pildikvaliteet oli ebaühtlane, halvenes oluliselt serva poole. pildid muutusid palju paremaks, kui objektiivi läbimõõt oli 22 mm ja veelgi parem - kuni 11 mm Piltide heledus muidugi vähenes, kuid Kuu vaatlustele tuli sellest isegi kasu.

Ootuspäraselt tegi see teleskoop valgele ekraanile projitseeritud Päikese vaatamisel tõepoolest pildi päikesekettast. Negatiivne okulaar suurendas objektiivi ekvivalentset fookuskaugust mitu korda (telefoto põhimõte). Kuna puuduvad andmed, millisele statiivile Galileo oma teleskoobi paigaldas, jälgis autor toru käes hoides ning kasutas käte toeks puutüve, piirdeaeda või lahtist aknaraami. 11-kordsel oli see piisav, kuid 30-kordsel võib Galileol ilmselt probleeme tekkida.

Võime eeldada, et ajalooline eksperiment esimese teleskoobi taasloomiseks oli edukas. Nüüd teame, et Galileo teleskoop oli tänapäevase astronoomia seisukohalt üsna ebamugav ja halb instrument. Igas mõttes jäi see alla isegi praegustele amatöörpillidele. Tal oli ainult üks eelis – ta oli esimene ja tema looja Galileo "pressis" tema instrumendist välja kõik, mis võimalik. Selle eest austame Galileod ja tema esimest teleskoopi.

Olge Galileo

2009. aasta kuulutati teleskoobi 400. sünniaastapäeva auks rahvusvaheliseks astronoomiaaastaks. Arvutivõrku on lisaks olemasolevatele ilmunud palju uusi imelisi saite, millel on hämmastavad pildid astronoomilistest objektidest.

Kuid hoolimata sellest, kui palju huvitavat teavet veebisaidid olid, oli MGA peamine eesmärk näidata kõigile tõelist universumit. Seetõttu oli prioriteetsete projektide hulgas kõigile kättesaadavate odavate teleskoopide tootmine. Kõige massiivsem oli "galileoskoop" - väike refraktor, mille konstrueerisid kõrgelt professionaalsed astronoomid-optikad. See ei ole Galileo teleskoobi täpne koopia, vaid pigem selle kaasaegne reinkarnatsioon. "Galileoskoobil" on kahe läätsega klaasist akromaatiline lääts, mille läbimõõt on 50 mm ja fookuskaugus 500 mm. 4-läätseline plastikust okulaar annab 25x suurenduse ja 2x Barlow suurendab selle kuni 50x. Teleskoobi vaateväli on 1,5 o (või Barlow objektiiviga 0,75 o). Sellise tööriistaga saate hõlpsalt "üle korrata" kõiki Galileo avastusi.

Kuid Galileo ise oleks sellise teleskoobiga need palju suuremaks teinud. Tööriista 15–20-dollarine hinnasilt muudab selle avalikkusele tõeliselt kättesaadavaks. Kummalisel kombel on tavalise positiivse okulaariga (isegi Barlow objektiiviga) "galileoskoop" tegelikult Kepleri toru, kuid kui seda kasutatakse ainult Barlow läätsega okulaarina, vastab see oma nimele, muutudes 17-kordseks Galilei toruks. Suure itaallase avastusi sellises (originaalses!) konfiguratsioonis korrata pole lihtne ülesanne.

See on väga mugav ja üsna massiivne tööriist, mis sobib koolidele ja astronoomia algajatele. Selle hind on oluliselt madalam kui varasematel sarnaste võimalustega teleskoopidel. Väga soovitav oleks selliseid instrumente meie koolidele soetada.