Kepler-teleskoopin okulaari on suppeneva linssi. kepler-teleskooppi

Suuren tiedemiehen G. Galileon uteliaisuus ja halu tehdä uusia löytöjä antoi maailmalle upean keksinnön, jota ilman on mahdotonta kuvitella modernia tähtitiedettä - tämä teleskooppi. Jatkaessaan hollantilaisten tutkijoiden tutkimusta, italialainen keksijä saavutti huomattavan lisäyksen kaukoputken mittakaavassa hyvin lyhyessä ajassa - tämä tapahtui vain muutamassa viikossa.

Galileon kaukoputki muistutti nykyaikaisia ​​näytteitä vain etäältä - se oli yksinkertainen lyijytikku, jonka päihin professori asetti kaksoiskuperat ja kaksoiskoverat linssit.

Tärkeä ominaisuus ja tärkein ero Galileon luomisen ja aiemmin olemassa olevien kaukoputkien välillä oli optisten linssien korkealaatuisen hionnan ansiosta saatu hyvä kuvanlaatu - professori hoiti henkilökohtaisesti kaikki prosessit, ei luottanut herkkää työtä kenellekään. Tiedemiehen ahkeruus ja päättäväisyys kantoivat hedelmää, vaikka kunnollisen tuloksen saavuttamiseksi oli tehtävä paljon huolellista työtä - 300 linssistä vain muutamalla vaihtoehdolla oli tarvittavat ominaisuudet ja laatu.

Tähän päivään asti säilyneitä näytteitä ihailevat monet asiantuntijat - jopa nykyaikaisten standardien mukaan optiikan laatu on erinomainen, ja tässä otetaan huomioon se, että linssit ovat olleet olemassa useita vuosisatoja.

Huolimatta keskiajalla vallinneista ennakkoluuloista ja taipumuksesta pitää edistyksellisiä ideoita "paholaisen juoniksi", tähystystähtäin saavutti ansaitun suosion kaikkialla Euroopassa.

Paranneltu keksintö mahdollisti 35-kertaisen lisäyksen, mikä oli mahdotonta ajatella Galileon elinkaaren aikana. Galileo teki kaukoputkensa avulla monia tähtitieteellisiä löytöjä, jotka mahdollistivat tien avaamisen nykyaikaiselle tieteelle ja herättivät innostusta ja tutkimuksen janoa monissa uteliaissa ja uteliaisissa mielissä.

Galileon keksimällä optisella järjestelmällä oli useita haittoja - erityisesti se oli alttiina kromaattiselle aberraatiolle, mutta tutkijoiden myöhemmät parannukset mahdollistivat tämän vaikutuksen minimoimisen. On syytä huomata, että kuuluisan Pariisin observatorion rakentamisen aikana käytettiin Galileon optisella järjestelmällä varustettuja teleskooppeja.

Galileon spyglasilla tai -lasilla on pieni katselukulma - tätä voidaan pitää sen päähaittapuolena. Samanlaista optista järjestelmää käytetään tällä hetkellä teatterikiikareissa, jotka ovat itse asiassa kaksi toisiinsa yhdistettyä kaukoputkea.

Nykyaikaiset teatterikiikarit, joissa on keskitetty sisäinen tarkennusjärjestelmä, tarjoavat yleensä 2,5-4-kertaisen suurennuksen, joka riittää teatteriesitysten lisäksi myös urheilu- ja konserttitapahtumien tarkkailuun ja soveltuu yksityiskohtaisiin nähtävyyksiin liittyviin kiertoajeluihin.

Modernien teatterikiikarien pieni koko ja tyylikäs muotoilu tekevät niistä paitsi kätevän optisen instrumentin myös alkuperäisen lisävarusteen.

Tarkkailutähtäin on optinen instrumentti, joka on suunniteltu katsomaan hyvin kaukana olevia kohteita silmällä. Kuten mikroskooppi, se koostuu objektiivista ja okulaarista; molemmat ovat enemmän tai vähemmän monimutkaisia ​​optisia järjestelmiä, vaikkakaan eivät niin monimutkaisia ​​kuin mikroskoopin tapauksessa; Esitämme ne kuitenkin kaavamaisesti ohuilla linsseillä. Teleskooppeissa linssi ja okulaari on järjestetty siten, että linssin takafokus on lähes yhteneväinen okulaarin etuterän kanssa (kuva 253). Linssi tuottaa todellisen pienennetyn käänteisen kuvan äärettömän kaukana olevasta kohteesta sen takapolttotasossa; tätä kuvaa katsotaan okulaarin läpi kuin suurennuslasin läpi. Jos okulaarin etutarkennus osuu yhteen objektiivin takatarkenteen kanssa, niin kaukana olevaa kohdetta katseltaessa okulaarista tulee rinnakkaisia ​​säteitä, mikä on kätevää tarkkailla normaalilla silmällä rauhallisessa tilassa (ilman majoitusta) ( vrt. § 114). Mutta jos tarkkailijan näkö eroaa jonkin verran normaalista, okulaaria siirretään asettamalla se "silmien mukaan". Okulaaria liikuttamalla kaukoputki "osoittaa" myös katseltaessa kohteita, jotka sijaitsevat useilla ei kovin suurilla etäisyyksillä tarkkailijasta.

Riisi. 253. Linssin ja okulaarin sijainti kaukoputkessa: takatarkennus. Objektiivi osuu yhteen okulaarin etutarkenteen kanssa

Teleskooppiobjektiivin on aina oltava suppeneva järjestelmä, kun taas okulaari voi olla joko konvergoiva tai hajaantuva järjestelmä. Kokoavalla (positiivisella) okulaarilla varustettua täpläkiikaria kutsutaan Kepler-putkeksi (kuva 254, a), putkea, jossa on hajaantuva (negatiivinen) okulaari, kutsutaan Galilean putkeksi (kuva 254, b). Teleskoopin objektiivi 1 antaa todellisen käänteisen kuvan kaukaisesta kohteesta sen polttotasossa. Okulaariin 2 putoaa pisteestä poikkeava säde; koska nämä säteet tulevat okulaarin polttotason pisteestä, siitä tulee säde, joka on yhdensuuntainen okulaarin toissijaisen optisen akselin kanssa kulmassa pääakseliin nähden. Silmään joutuessaan nämä säteet yhtyvät sen verkkokalvolle ja antavat todellisen kuvan lähteestä.

Riisi. 254. Säteiden kulku kaukoputkessa: a) Keplerin putki; b) Galileon putki

Riisi. 255. Säteiden reitti prismakenttäkiikareissa (a) ja sen ulkonäkö (b). Muutos nuolen suunnassa osoittaa kuvan "käänteisen" sen jälkeen, kun säteet kulkevat osan läpi järjestelmästä

(Galilean putken (b) tapauksessa silmää ei näytetä, jotta kuva ei sotkeutuisi.) Kulma - kulma, jonka linssiin tulevat säteet muodostavat akselin kanssa.

Galileon putki, jota usein käytetään tavallisissa teatterikiikareissa, antaa suoran kuvan kohteesta, Keplerin putki - ylösalaisin. Tämän seurauksena, jos Kepler-putki on tarkoitettu maanpäällisiin havaintoihin, se on varustettu kääntöjärjestelmällä (lisälinssi tai prismajärjestelmä), jonka seurauksena kuvasta tulee suora. Esimerkki tällaisesta laitteesta on prismakiikarit (kuva 255). Kepler-putken etuna on, että siinä on todellinen välikuva, jonka tasoon voidaan sijoittaa mitta-asteikko, valokuvauslevy kuvan ottamista varten jne. Tämän seurauksena tähtitiedessä ja kaikissa mittauksiin liittyvissä tapauksissa , käytetään Kepler-putkea.

Kurssityöt

Tieteenala: Soveltava optiikka

Aiheesta: Kepler-putken laskenta

Johdanto

Teleskooppiset optiset järjestelmät

1 Optisten järjestelmien poikkeamat

2 Pallopoikkeama

3 Kromaattinen aberraatio

4 Komaattinen poikkeama (kooma)

5 Astigmatismi

6 Kuvakentän kaarevuus

7 Vääristymä (särö)

Optisen järjestelmän mittalaskenta

Johtopäätös

Kirjallisuus

Sovellukset

Johdanto

Teleskoopit ovat tähtitieteellisiä optisia laitteita, jotka on suunniteltu tarkkailemaan taivaankappaleita. Teleskooppeja käytetään erilaisten säteilyvastaanottimien kanssa taivaankappaleiden visuaalisiin, valokuvallisiin, spektraalisiin ja valosähköisiin havaintoihin.

Visuaaliset teleskoopit sisältävät linssin ja okulaarin, ja ne ovat ns. teleskooppinen optinen järjestelmä: ne muuntavat linssiin tulevan yhdensuuntaisen säteen okulaarista lähteväksi yhdensuuntaiseksi säteeksi. Tällaisessa järjestelmässä objektiivin takatarkennus osuu yhteen okulaarin etutarkenteen kanssa. Sen tärkeimmät optiset ominaisuudet ovat: näennäinen suurennus Г, näkökulma 2W, ulostulopupillin halkaisija D", resoluutio ja läpäisykyky.

Optisen järjestelmän näennäinen suurennus on laitteen optisen järjestelmän antaman kuvan tarkkailukulman suhde kohteen kulmakokoon suoraan silmällä katsottuna. Teleskooppijärjestelmän näennäinen suurennus:

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

missä f "ob ja f" ok ovat linssin ja okulaarin polttovälit,

D - tuloaukon halkaisija,

D" - ulostulopupilli. Siten lisäämällä objektiivin polttoväliä tai pienentämällä okulaarin polttoväliä voidaan saavuttaa suuria suurennoksia. Kuitenkin mitä suurempi kaukoputken suurennus on, sitä pienempi sen näkökenttä ja suurempi objektikuvien vääristymä järjestelmän optiikan epätäydellisyyden vuoksi.

Ulostulopupilli on kaukoputkesta lähtevän valonsäteen pienin osa. Havaintojen aikana silmän pupilli on linjassa järjestelmän ulostulopupillin kanssa; siksi se ei saa olla suurempi kuin tarkkailijan silmän pupilli. Muuten osa linssin keräämästä valosta ei pääse silmään ja katoaa. Tyypillisesti sisääntulopupillin (linssin kehyksen) halkaisija on paljon suurempi kuin silmän pupilli, ja pistevalolähteet, erityisesti tähdet, näyttävät paljon kirkkaammilta kaukoputken läpi katsottuna. Niiden näennäinen kirkkaus on verrannollinen kaukoputken sisääntulopupillin halkaisijan neliöön. Vaaleat tähdet, jotka eivät näy paljaalla silmällä, näkyvät selvästi kaukoputkessa, jossa on suuri sisääntulopupilli. Teleskoopin läpi näkyvien tähtien määrä on paljon suurempi kuin suoraan silmällä havaittu määrä.

teleskooppi optinen aberraatio tähtitieteellinen

1. Teleskooppiset optiset järjestelmät

1 Optisten järjestelmien poikkeamat

Optisten järjestelmien aberraatiot (lat. - poikkeama) - vääristymät, optisen järjestelmän epätäydellisyydestä johtuvat kuvavirheet. Aberraatiot, vaihtelevissa määrin, ovat alttiina kaikille linsseille, jopa kalleimmille. Uskotaan, että mitä suurempi linssin polttovälien alue on, sitä korkeampi on sen aberraatioiden taso.

Yleisimmät aberraatiotyypit ovat alla.

2 Pallopoikkeama

Suurin osa linsseistä on rakennettu pallomaisilla pinnoilla varustetuista linsseistä. Tällaiset linssit on helppo valmistaa, mutta linssien pallomainen muoto ei ole ihanteellinen terävän kuvan tuottamiseen. Pallopoikkeaman vaikutus ilmenee kontrastin pehmenemisenä ja yksityiskohtien hämärtymisenä, ns. "saippuana".

Miten tämä tapahtuu? Pallomaisen linssin läpi kulkevat rinnakkaiset valonsäteet taittuvat, linssin reunan läpi kulkevat säteet sulautuvat polttopisteeseen, joka on lähempänä linssiä kuin linssin keskustan läpi kulkevat valonsäteet. Toisin sanoen linssin reunojen polttoväli on lyhyempi kuin keskustan. Alla oleva kuva näyttää selvästi, kuinka valonsäde kulkee pallomaisen linssin läpi ja minkä vuoksi pallomaisia ​​poikkeamia ilmenee.

Linssin läpi lähellä optista akselia (lähempänä keskustaa) kulkevat valonsäteet fokusoituvat alueelle B, kauempana linssistä. Linssin reuna-alueiden läpi kulkevat valonsäteet tarkentuvat alueelle A, lähemmäs linssiä.

3 Kromaattinen aberraatio

Kromaattinen aberraatio (CA) on ilmiö, joka aiheutuu linssin läpi kulkevan valon hajoamisesta, ts. hajottaa valonsäteen osiinsa. Säteet, joilla on eri aallonpituudet (eri värit), taittuvat eri kulmista, joten valkoisesta säteestä muodostuu sateenkaari.

Kromaattiset poikkeamat johtavat kuvan selkeyden heikkenemiseen ja värien "hapsujen" esiintymiseen, erityisesti kontrastisissa kohteissa.

Kromaattisten poikkeamien torjuntaan käytetään erityisiä apokromaattisia linssejä, jotka on valmistettu mataladispersioisesta lasista, jotka eivät hajota valonsäteitä aalloksi.

1.4 Komaattinen poikkeama (kooma)

Kooma tai koomapoikkeama on kuvan reunalla havaittava ilmiö, joka syntyy pallopoikkeamakorjatun linssin avulla ja joka saa linssin reunaan jossain kulmassa tulevat valonsäteet konvergoimaan komeetiksi halutun pisteen sijaan. Siitä sen nimi.

Komeetan muoto on suunnattu säteittäisesti, ja sen häntä osoittaa joko kuvan keskustaa kohti tai poispäin siitä. Tästä johtuvaa kuvan reunojen epäterävyyttä kutsutaan koomaleimaukseksi. Kooma, jota voi esiintyä myös linsseissä, jotka toistavat pisteen tarkasti optisen akselin pisteenä, johtuu optisen akselin ulkopuolella sijaitsevasta ja linssin reunojen läpi kulkevien valonsäteiden välisestä taiteerosta. päävalosäde samasta pisteestä, joka kulkee linssin keskustan läpi.

Kooma kasvaa kaukosäteen kulman kasvaessa ja johtaa kontrastin vähenemiseen kuvan reunoilla. Tietty parannus voidaan saavuttaa pysäyttämällä linssi. Kooma voi myös saada kuvan epäselvät alueet ilmaantumaan, jolloin syntyy epämiellyttävä vaikutus.

Sekä pallopoikkeaman että kooman eliminoimista tietyllä kuvausetäisyydellä olevan kohteen osalta kutsutaan aplanatismiksi ja tällä tavalla korjattua linssiä aplanatismiksi.

5 Astigmatismi

Kun objektiivi on korjattu pallomaisen ja komaattisen poikkeaman suhteen, optisella akselilla oleva objektipiste toistetaan tarkasti kuvan pisteenä, mutta optisen akselin ulkopuolella oleva kohde ei näy kuvassa pisteenä, vaan pikemminkin pisteenä. varjo tai viiva. Tällaista poikkeamaa kutsutaan astigmatismiksi.

Voit havaita tämän ilmiön kuvan reunoilla, jos siirrät linssin tarkennusta hieman asentoon, jossa kohteen piste on kuvattu terävästi säteen suunnassa kuvan keskustasta suuntautuvana viivana, ja siirrät taas tarkenna toiseen paikkaan, jossa kohdepiste on kuvattu terävästi linjana, joka on suunnattu samankeskisen ympyrän suuntaan. (Näiden kahden tarkennusasennon välistä etäisyyttä kutsutaan astigmaattiseksi eroksi.)

Toisin sanoen valonsäteet meridionaalisessa tasossa ja valonsäteet sagitaalitasossa ovat eri asemissa, joten nämä kaksi säderyhmää eivät liity samaan pisteeseen. Kun linssi on asetettu optimaaliseen polttoasentoon meridionaalista tasoa varten, valonsäteet sagittaalisessa tasossa on kohdistettu samankeskisen ympyrän suuntaan (tätä asentoa kutsutaan meridionaalitarkennukseksi).

Vastaavasti, kun linssi on asetettu optimaaliseen polttoasentoon sagitaalitasolle, valonsäteet meridionaalisessa tasossa muodostavat säteittäiseen suuntaan orientoidun viivan (tätä asentoa kutsutaan sagitaalitarkennukseksi).

Tämän tyyppisellä vääristymällä kuvan kohteet näyttävät kaarevilta, paikoin epäselviltä, ​​suorat viivat näyttävät kaarevilta ja tummeneminen on mahdollista. Jos linssi kärsii astigmatismista, se on sallittu varaosille, koska tätä ilmiötä ei voida parantaa.

6 Kuvakentän kaarevuus

Tämän tyyppisellä aberraatiolla kuvatasosta tulee kaareva, joten jos kuvan keskikohta on tarkennettu, kuvan reunat ovat epätarkkoja ja päinvastoin, jos reunat ovat tarkennettuina, keskikohta on ulkona. keskittymistä.

1.7 Vääristymä (särö)

Tämän tyyppinen poikkeama ilmenee suorien viivojen vääristymisenä. Jos suorat viivat ovat koveria, vääristymää kutsutaan neulatyynyksi, jos kupera - piippumaiseksi. Zoom-objektiivit tuottavat tyypillisesti piipun vääristymää laajakulmassa (minimaalinen zoom) ja neulatyynyvääristymää telekuvauksessa (maksimaalinen zoom).

2. Optisen järjestelmän ulottuvuuslaskenta

Alkutiedot:

Linssin ja okulaarin polttovälien määrittämiseksi ratkaisemme seuraavan järjestelmän:

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;

Sisääntulopupillin halkaisija lasketaan kaavalla D \u003d D'G

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

Okulaarin lineaarinen näkökenttä löydetään kaavasta:

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

Okulaarin näkökulman kulma löytyy kaavasta:

Prismajärjestelmän laskenta

D 1 -ensimmäisen prisman tulopinta;

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

D 1 \u003d 21,163781 mm;

Ensimmäisen prisman säteen pituus =*2=21,163781*2=42,327562;

D 2 - toisen prisman syöttöpinta (lisäyksen 3 kaavan johtaminen);

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

D 2 \u003d 18,91 mm;

Toisen prisman säteiden pituus =*2=18,91*2=37,82;

Optista järjestelmää laskettaessa prismojen välinen etäisyys valitaan 0,5-2 mm;

Prismaattisen järjestelmän laskemiseksi on tarpeen tuoda se ilmaan.

Pienennetään prismasäteiden polun pituutta ilmaan:

l 01 - ensimmäisen prisman pituus pelkistettynä ilmaan

n = 1,5688 (lasin taitekerroin BK10)

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

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

Okulaarin liikkeen määrän määrittäminen tarkennuksen varmistamiseksi ± 5 diopterin tarkkuudella

ensin sinun on laskettava yhden diopterin hinta f ’ ok 2 / 1000 \u003d 0,384764 (yhden diopterin hinta.)

Okulaarin siirtäminen halutun tarkennuksen saavuttamiseksi: mm

Heijastavan pinnoitteen levittämisen tarpeen tarkistaminen heijastaviin pintoihin:

(sallittu poikkeamakulma aksiaalisesta säteestä, kun sisäisen kokonaisheijastuksen ehtoa ei vielä rikota)

(rajoittava säteiden tulokulma prisman tulopinnalle, jossa ei tarvitse levittää heijastavaa pinnoitetta) . Siksi: heijastavaa pinnoitetta ei tarvita.

Okulaarin laskelma:

Koska 2ω’ = 34,9, vaadittu okulaarityyppi on symmetrinen.

f’ ok =19,6154 mm (laskettu polttoväli);

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

S 'F \u003d K p * f ' ok

S' F =0,75* f' ok (takapolttovälin arvo)

Ulospupillin poisto määritetään kaavalla: S’ p = S’ F + z’ p

z’ p saadaan Newtonin kaavalla: z’ p = -f’ ok 2 / z p missä z p on etäisyys okulaarin etutarkennuksesta aukon kalvoon. Prismaverhoilujärjestelmällä varustetuissa kaukoputkissa aukon diafragma on yleensä linssin piippu. Ensimmäiseksi likiarvoksi voimme ottaa z p:n yhtä suureksi kuin objektiivin polttoväli miinusmerkillä, joten:

z p = -235,3846 mm

Poistumispupillin poistaminen on yhtä suuri kuin:

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

Optisen järjestelmän komponenttien aberraation laskenta.

Poikkeamalaskenta sisältää okulaari- ja prismapoikkeamien laskemisen kolmelle aallonpituudelle.

Okulaaripoikkeaman laskenta:

Okulaaripoikkeamien laskenta suoritetaan säteiden käänteisessä suunnassa käyttämällä ROSA-ohjelmistopakettia.

δy' ok \u003d 0,0243

Prismajärjestelmän aberraatioiden laskenta:

Heijastavien prismojen poikkeamat lasketaan käyttämällä vastaavan taso-rinnakkaislevyn kolmannen asteen aberraatioiden kaavoja. BK10-lasille (n = 1,5688).

Pituussuuntainen pallopoikkeama:

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

Sijaintikromatismi:

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

Meridiaanikooma:

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

δy" = -0,001606181

Linssin aberraation laskenta:

Pituussuuntainen pallopoikkeama δS’ sf:

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

Sijaintikromatismi:

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

Meridiaanikooma:

δy’ = δy’ ok - δy’ pr

δy' = 0,00115+0,001606181=0,002756181

Linssin rakenneosien määritelmä.

Ohuen optisen järjestelmän poikkeamat määräytyvät kolmella pääparametrilla P, W, C. Likimääräinen kaava prof. G.G. Slyusareva yhdistää pääparametrit P ja W:

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

Kaksilinssisen liimatun linssin laskenta rajoittuu tietyn lasiyhdistelmän löytämiseen, jolla on annetut arvot P 0 ja C.

Kaksilinssisen linssin laskenta menetelmän mukaan prof. G.G. Slyusareva:

) Prismajärjestelmän ja okulaarin aberraatioiden kompensointiehdoista saatujen linssin aberraatioiden δS’ xp, δS’ sf, δy’ k arvojen perusteella saadaan aberraatiosummat:

S I xp = δS' xp = -0,42673442

S I \u003d 2 * δS 'sf / (tgb ') 2

SI = 6,516521291

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

SII = 172,7915624

) Summien perusteella löydetään järjestelmäparametrit:

S I xp / f'ob

S II / f'ob

) P 0 lasketaan:

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

) Graafi-nomogrammin mukaan viiva ylittää 20. solun. Katsotaanpa lasien K8F1 ja KF4TF12 yhdistelmät:

) Taulukosta on P 0 ,φ k:n ja Q 0:n arvot, jotka vastaavat määritettyä arvoa K8F1:lle (ei sovellu)

φk = 2,1845528

KF4TF12:lle (sopiva)

) Kun P 0 ,φ k ja Q 0 on löydetty, Q lasketaan kaavalla:

) Kun Q on löydetty, määritetään ensimmäisen nollansäteen arvot a 2 ja a 3 (a 1 \u003d 0, koska kohde on äärettömässä ja 4 \u003d 1 - normalisointiehdosta):

) A i:n arvot määrittävät ohuiden linssien kaarevuussäteet:

Radius Thin linssit:

) Ohuen linssin säteiden laskemisen jälkeen linssin paksuudet valitaan seuraavista suunnittelunäkökohdista. Paksuus positiivisen linssin akselilla d1 on nuolien L1, L2 itseisarvojen ja reunan paksuuden summa, jonka tulee olla vähintään 0,05D.

h=D in /2

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

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

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

) Laske korkeudet saatujen paksuuksien mukaan:

h 1 \u003d f noin \u003d 235,3846

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

h 2 \u003d 233,9506

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

) Linssin kaarevuussäteet äärellisillä paksuuksilla:

r 1 \u003d r 011 \u003d 191,268

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

r 2 \u003d -84,317178

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

Tulosten valvonta suoritetaan laskemalla tietokoneella "ROSA"-ohjelmalla:

linssin aberraation vertailu

Saadut ja lasketut poikkeamat ovat arvoltaan lähellä toisiaan.

teleskoopin aberraation kohdistus

Asettelu koostuu prismajärjestelmän etäisyyden määrittämisestä objektiivista ja okulaarista. Objektiivin ja okulaarin välinen etäisyys määritellään seuraavasti: (S’ F’ ob + S’ F’ ok + Δ). Tämä etäisyys on linssin ja ensimmäisen prisman välisen etäisyyden summa, joka on yhtä suuri kuin puolet linssin polttovälistä, säteen matkan pituus ensimmäisessä prismassa, prismojen välinen etäisyys, säteen matkan pituus toinen prisma, etäisyys toisen prisman viimeisestä pinnasta polttotasoon ja etäisyys tästä tasosta okulaariin.

692+81.15+41.381+14.777=255

Johtopäätös

Tähtitieteellisissä linsseissä resoluutio määräytyy kahden tähden välisen pienimmän kulmaetäisyyden mukaan, joka voidaan nähdä erikseen kaukoputkessa. Teoreettisesti visuaalisen teleskoopin erotuskyky (kaarisekunteina) kelta-vihreille säteille, joille silmä on herkin, voidaan arvioida lausekkeella 120/D, jossa D on kaukoputken sisääntulopupillin halkaisija, millimetreinä ilmaistuna.

Teleskoopin läpäisyvoima on tähden rajoittava tähtien suuruus, joka voidaan havaita tällä kaukoputkella hyvissä ilmakehän olosuhteissa. Huono kuvanlaatu, joka johtuu maan ilmakehän värinästä, absorptiosta ja säteiden sironnasta, vähentää tosiasiallisesti havaittujen tähtien enimmäissuuruutta, mikä vähentää valoenergian pitoisuutta verkkokalvossa, valokuvalevyssä tai muussa kaukoputken säteilyvastaanottimessa. Teleskoopin sisääntulopupillin keräämän valon määrä kasvaa suhteessa sen pinta-alaan; Samalla teleskoopin läpäisykyky kasvaa. Teleskoopille, jonka objektiivin halkaisija on D millimetriä, tunkeutumisvoima, joka ilmaistaan ​​tähtien magnitudeina visuaalisia havaintoja varten, määritetään kaavalla:

mvis = 2,0 + 5 lgD.

Optisesta järjestelmästä riippuen teleskoopit jaetaan linssi (refractors), peili (heijastimet) ja peililinssi teleskoopit. Jos teleskooppilinssijärjestelmässä on positiivinen (keräävä) objektiivi ja negatiivinen (diffusoiva) okulaari, sitä kutsutaan Galilean järjestelmäksi. Keplerin teleskooppilinssijärjestelmässä on positiivinen objektiivi ja positiivinen okulaari.

Galileon järjestelmä antaa suoran virtuaalisen kuvan, sillä on pieni näkökenttä ja pieni valoisuus (suuri ulostulopupillin halkaisija). Suunnittelun yksinkertaisuus, järjestelmän lyhyt pituus ja mahdollisuus saada suora kuva ovat sen tärkeimmät edut. Mutta tämän järjestelmän näkökenttä on suhteellisen pieni, ja objektiivin ja okulaarin välisen kohteen todellisen kuvan puuttuminen ei salli ristikon käyttöä. Siksi Galilean järjestelmää ei voida käyttää polttotason mittauksiin. Tällä hetkellä sitä käytetään pääasiassa teatterikiikareissa, joissa ei vaadita suurta suurennusta ja näkökenttää.

Kepler-järjestelmä antaa todellisen ja käänteisen kuvan kohteesta. Taivaankappaleita havainnoitaessa jälkimmäinen seikka ei kuitenkaan ole niin tärkeä, ja siksi Kepler-järjestelmä on yleisin kaukoputkissa. Teleskooppiputken pituus on tässä tapauksessa yhtä suuri kuin objektiivin ja okulaarin polttovälien summa:

L \u003d f "ob + f" noin.

Kepler-järjestelmä voidaan varustaa hiusristikolla, joka on taso-rinnakkaislevy, jossa on asteikko ja hiusristikko. Tätä järjestelmää käytetään laajalti yhdessä prismajärjestelmän kanssa, joka mahdollistaa linssien suoran kuvantamisen. Keplerian järjestelmiä käytetään pääasiassa visuaalisiin teleskooppeihin.

Silmän, joka on säteilyn vastaanottaja visuaalisissa teleskoopeissa, lisäksi valokuvaemulsiolle voidaan tallentaa kuvia taivaankappaleista (tällaisia ​​teleskooppeja kutsutaan astrografeiksi); valomonistin ja elektroni-optinen muunnin mahdollistavat moninkertaisen vahvistetun heikon valosignaalin suurilta etäisyyksiltä olevista tähdistä; kuvat voidaan projisoida television teleskooppiputkeen. Kohteen kuva voidaan lähettää myös astrospektrografiin tai astrofotometriin.

Teleskooppiputken osoittamiseksi haluttuun taivaankappaleeseen käytetään kaukoputken kiinnitystä (jalustaa). Se tarjoaa mahdollisuuden pyörittää putkea kahden keskenään kohtisuoran akselin ympäri. Telineen pohjassa on akseli, jonka ympäri toinen akseli voi pyöriä teleskooppiputken pyöriessä sen ympärillä. Riippuen akselien suunnasta avaruudessa, kiinnikkeet jaetaan useisiin tyyppeihin.

Alttasimuutti (tai vaakasuuntainen) kiinnikkeissä yksi akseli on pystysuora (atsimuuttiakseli) ja toinen (zenitin etäisyysakseli) on vaakasuora. Altatsimuuttitelineen suurin haitta on tarve kiertää teleskooppia kahden akselin ympäri taivaankappaleen liikkumisen seuraamiseksi taivaanpallon näennäisen päivittäisen pyörimisen vuoksi. Altasimuttikiinnikkeet toimitetaan monien astrometristen laitteiden kanssa: yleislaitteet, kulku- ja meridiaaniympyrät.

Lähes kaikissa nykyaikaisissa suurissa kaukoputkessa on ekvatoriaalinen (tai parallaktinen) teline, jossa pääakseli - napa- tai tunti - on suunnattu taivaannapaan, ja toinen - deklinaatioakseli - on kohtisuorassa siihen nähden ja sijaitsee taivaan tasossa. päiväntasaaja. Parallaksitelineen etuna on, että tähden päivittäisen liikkeen seuraamiseksi riittää, että kaukoputkea pyöritetään vain yhden napa-akselin ympäri.

Kirjallisuus

1. Digitaalinen tekniikka. /Toim. E.V. Evreinova. - M.: Radio ja viestintä, 2010. - 464 s.

Kagan B.M. Optiikka. - M.: Enerngoatomizdat, 2009. - 592 s.

Skvortsov G.I. Tietokonetekniikka. - MTUCI M. 2007 - 40 s.

Liite 1

Polttoväli 19,615 mm

Suhteellinen aukko 1:8

Näkökulma

Siirrä okulaaria 1 diopterin verran. 0,4 mm

Rakenteelliset elementit

19.615; =14.755;

Aksiaalinen palkki

Kaukovalo

Vinon säteen meridionaalinen leikkaus

Vaihdettavat objektiivit kameroihin, joissa on Vario Sonnar -objektiivi

Esittelyn sijaan ehdotan, että tarkastellaan jääperhosten metsästyksen tuloksia yllä olevan valokuvapistoolin avulla. Ase on Casio QV4000 -kamera Kepler-putkityyppisellä optisella kiinnityksellä, joka koostuu Helios-44-objektiivista okulaarina ja Pentacon 2.8/135 -objektiivista.

Yleisesti uskotaan, että kiinteällä linssillä varustetuilla laitteilla on huomattavasti vähemmän ominaisuuksia kuin laitteilla, joissa on vaihdettavat linssit. Yleisesti ottaen tämä on varmasti totta, mutta klassiset järjestelmät, joissa on vaihdettava optiikka, eivät ole läheskään niin ihanteellisia kuin miltä ensi silmäyksellä näyttää. Ja jollain tuurilla tapahtuu, että optiikan (optisten liitteiden) osittainen vaihtaminen ei ole yhtä tehokas kuin koko optiikan vaihtaminen. Muuten, tämä lähestymistapa on erittäin suosittu filmikameroiden keskuudessa. Enemmän tai vähemmän kivuttomasti optiikan vaihtaminen mielivaltaisella polttovälillä on mahdollista vain etäisyysmittarilaitteissa, joissa on polttoverhosuljin, mutta tässä tapauksessa meillä on vain hyvin likimääräinen käsitys siitä, mitä laite todella näkee. Tämä ongelma on ratkaistu peililaitteissa, joiden avulla voit nähdä himmeällä lasilla kuvan, jonka muodostaa juuri kameraan tällä hetkellä asetettu linssi. Tässä näyttää siltä, ​​​​että tilanne on ihanteellinen, mutta vain teleobjektiiveille. Heti kun aloitamme laajakulmaobjektiivien käytön SLR-kameroiden kanssa, käy heti ilmi, että jokaisessa näistä objektiiveista on lisälinssejä, joiden tehtävänä on tarjota mahdollisuus sijoittaa peili objektiivin ja filmin väliin. Itse asiassa olisi mahdollista tehdä kamera, jossa peilin sijoittamismahdollisuudesta vastaava elementti olisi vaihdettavissa ja vain etulinssin komponentit vaihtuisivat. Ideologisesti samanlaista lähestymistapaa käytetään elokuvakameroiden heijastinetsimeissä. Koska säteiden reitti on yhdensuuntainen teleskooppikiinnikkeen ja pääobjektiivin välillä, niiden väliin voidaan sijoittaa säteen halkaiseva prismakuutio tai läpikuultava levy 45 asteen kulmassa. Toinen zoom-objektiivien kahdesta päätyypistä, zoom-objektiivi, yhdistää myös kiinteän polttovälin objektiivin ja afocal-järjestelmän. Zoom-objektiivien polttovälin muuttaminen tapahtuu muuttamalla afokaalisuuttimen suurennusta, joka saavutetaan siirtämällä sen osia.

Valitettavasti monipuolisuus johtaa harvoin hyviin tuloksiin. Enemmän tai vähemmän onnistunut aberraatioiden korjaus saavutetaan vain valitsemalla järjestelmän kaikki optiset elementit. Suosittelen kaikkia lukemaan Erwin Putsin artikkelin "" käännöksen. Kirjoitin tämän kaiken vain korostaakseni, että periaatteessa SLR-kameran objektiivit eivät ole millään tavalla parempia kuin sisäänrakennetut optisilla kiinnikkeillä varustetut objektiivit. Ongelmana on, että optisten kiinnikkeiden suunnittelija voi luottaa vain omiin elementteihinsä, eikä se voi häiritä linssin suunnittelua. Siksi kiinnityksellä varustetun objektiivin onnistunut toiminta on paljon harvinaisempaa kuin hyvin toimiva, kokonaan yhden suunnittelijan suunnittelema objektiivi, vaikka sillä olisi pidempi takatyöskentelyetäisyys. Valmiiden optisten elementtien yhdistelmä, joka muodostaa hyväksyttäviä poikkeamia, on harvinaista, mutta sitä tapahtuu. Tyypillisesti afokaaliset liitteet ovat Galilean kaukoputki. Ne voidaan kuitenkin rakentaa myös Kepler-putken optisen kaavion mukaan.

Kepler-putken optinen asettelu.

Tässä tapauksessa meillä on käänteinen kuva, no, kyllä, valokuvaajille tämä ei ole vieras. Joillakin digitaalisilla laitteilla on kyky kääntää kuvaa näytöllä. Haluaisin tällaisen mahdollisuuden kaikille digitaalikameroille, koska näyttää turhalta aidata optinen järjestelmä kuvan kääntämiseksi digikameroissa. Yksinkertaisin järjestelmä 45 asteen kulmassa näyttöön kiinnitettävästä peilistä voidaan kuitenkin rakentaa muutamassa minuutissa.

Joten onnistuin löytämään yhdistelmän tavallisia optisia elementtejä, joita voidaan käyttää nykypäivän yleisimmän digikameran objektiivin kanssa polttovälillä 7-21 mm. Sony kutsuu tätä objektiivia Vario Sonnariksi, suunnittelultaan samanlaisia ​​objektiiveja on asennettu Canon (G1, G2), Casio (QV3000, QV3500, QV4000), Epson PC 3000Z, Toshiba PDR-M70, Sony (S70, S75, S85) kameroihin. Hankimani Kepler-putki näyttää hyviä tuloksia ja antaa sinun käyttää suunnittelussasi erilaisia ​​vaihdettavia linssejä. Järjestelmä on suunniteltu toimimaan, kun vakiolinssin maksimipolttoväli on 21 mm ja siihen on kiinnitetty Jupiter-3- tai Helios-44-objektiivi kaukoputken okulaarina, sitten jatkopalkeet ja mielivaltainen linssi polttoväli on suurempi kuin 50 mm.

Teleskooppijärjestelmän okulaareina käytettyjen linssien optiset mallit.

Onni oli, että jos asetat Jupiter-3-linssin sisääntulopupillineen laitteen linssiin ja ulostulopupillin palkeeseen, kehyksen reunojen poikkeamat osoittautuvat erittäin kohtalaisiksi. Jos käytämme Pentacon 135 -linssiä linssinä ja Jupiter 3 -linssiä okulaarina, niin silmällä, riippumatta siitä, miten okulaaria käännämme, kuva ei itse asiassa muutu, meillä on putki 2,5-kertaisella suurennuksella. Jos käytämme silmän sijasta laitteen linssiä, niin kuva muuttuu dramaattisesti, ja Jupiter-3-linssin käyttö, joka on käännetty sisääntulopupillilla kameran linssiin, on parempi.

Casio QV3000 + Jupiter-3 + Pentacon 135

Jos käytät Jupiter-3:a okulaarina ja Helios-44:ää linssinä tai muodostat kahden Helios-44-linssin järjestelmän, tuloksena olevan järjestelmän polttoväli ei itse asiassa muutu, mutta turkkivenyttelyä käyttämällä voi ampua melkein mistä tahansa etäisyydestä.

Kuvassa on kuva postimerkistä, joka on otettu järjestelmällä, joka koostuu Casio QV4000 -kamerasta ja kahdesta Helios-44-objektiivista. Kameran linssin aukko 1:8. Kuvan koko kehyksessä on 31 mm. Fragmentit, jotka vastaavat kehyksen keskustaa ja kulmaa, näytetään. Aivan reunassa kuvanlaatu heikkenee jyrkästi resoluutiossa ja valaistus heikkenee. Tällaista mallia käytettäessä on järkevää käyttää kuvan osaa, joka vie noin 3/4 kehysalueesta. 4 megapikselistä teemme 3 ja 3 megapikselistä 2,3 - ja kaikki on erittäin siistiä

Jos käytämme pitkätarkennisia linssejä, järjestelmän suurennus on yhtä suuri kuin okulaarin ja linssin polttovälien suhde, ja koska Jupiter-3:n polttoväli on 50 mm, voimme helposti luoda suutin, jonka polttoväli on kolminkertainen. Tällaisen järjestelmän haittana on kehyksen kulmien vinjetointi. Koska kenttämarginaali on melko pieni, mikä tahansa putkilinssin aukko johtaa siihen, että näemme kuvan piirrettynä ympyrään, joka sijaitsee kehyksen keskellä. Lisäksi tämä on hyvä kehyksen keskellä, mutta voi käydä ilmi, että se ei ole myöskään keskellä, mikä tarkoittaa, että järjestelmällä ei ole riittävää mekaanista jäykkyyttä ja omalla painollaan linssi on siirtynyt optisesta akseli. Kehyksen vinjetointi tulee vähemmän havaittavissa, kun käytetään keskikokoisten kameroiden objektiiveja ja suurennuslaitteita. Parhaat tulokset tässä parametrissa osoitti kameran Ortagoz f=135 mm linssijärjestelmällä.
Okulaari - Jupiter-3, linssi - Ortagoz f=135 mm,

Tässä tapauksessa järjestelmän kohdistamista koskevat vaatimukset ovat kuitenkin erittäin, hyvin tiukat. Pieninkin järjestelmän muutos johtaa yhden kulman vinjetoitumiseen. Voit tarkistaa, kuinka hyvin järjestelmäsi on kohdistettu, sulkemalla Ortagoz-objektiivin aukon ja katsomalla, kuinka keskitetty tuloksena oleva ympyrä on. Kuvaus suoritetaan aina objektiivin ja okulaarin aukon ollessa täysin auki, ja aukkoa ohjataan kameran sisäänrakennetun objektiivin aukolla. Useimmissa tapauksissa tarkennus tehdään muuttamalla palkeen pituutta. Jos teleskooppijärjestelmässä käytetyillä linsseillä on omat liikkeensä, niin tarkka tarkennus saadaan aikaan niitä kiertämällä. Ja lopuksi lisätarkennus voidaan tehdä siirtämällä kameran linssiä. Ja hyvässä valossa jopa automaattitarkennusjärjestelmä toimii. Tuloksena olevan järjestelmän polttoväli on liian suuri muotokuvaukseen, mutta kasvokuvan katkelma on varsin sopiva laadun arvioimiseen.

Objektiivin toimintaa on mahdotonta arvioida keskittymättä äärettömyyteen, ja vaikka sää ei selvästikään vaikuttanut sellaisiin kuviin, tuon ne myös mukaan.

Voit laittaa objektiivin, jonka polttoväli on lyhyempi kuin okulaari, ja niin tapahtuu. Tämä on kuitenkin enemmän uteliaisuus kuin käytännön soveltamismenetelmä.

Muutama sana tietystä asennuksen toteutuksesta

Yllä olevat menetelmät optisten elementtien kiinnittämiseksi kameraan eivät ole toimintaopasta, vaan tietoa pohdintaa varten. Casio QV4000- ja QV3500-kameroiden kanssa työskennellessä ehdotetaan käytettäväksi alkuperäistä LU-35A-sovitinrengasta, jossa on 58 mm:n kierre, ja sitten liitetään kaikki muut optiset elementit siihen. Kun työskentelin Casio QV 3000:n kanssa, käytin Casio QV-3000 Camera Refinement -artikkelissa kuvattua 46 mm:n kierteitettyä kiinnitysmallia. Helios-44-objektiivin kiinnitystä varten sen takaosaan laitettiin tyhjä kehys valosuodattimille 49 mm:n kierteellä ja puristettiin M42-kierteisellä mutterilla. Sain mutterin sahaamalla osan sovittimen jatkorenkaasta. Seuraavaksi käytin Jolos adapterin käärintärengasta M49-M59 kierteistä. Toisaalta objektiiviin ruuvattiin käärintärengas makrokuvausta varten M49 × 0,75-M42 × 1, sitten M42-holkki, joka myös tehtiin sahatusta jatkorenkaasta, ja sitten vakiopalkkeet ja linssit M42-kierteellä. M42-kierteillä varustettuja sovitinrenkaita on paljon. Käytin sovitinrenkaita B- tai C-kiinnitykseen tai sovitinrengasta M39-kierteeseen. Jupiter-3-objektiivin asentamiseksi okulaariksi ruuvattiin sovittimen suurennusrengas M40.5-kierteestä M49mm:iin suodattimen kierteeseen, sitten käytettiin Jolos-käärintärengasta M49-M58-kierteeseen ja sitten tämä järjestelmä kiinnitetty laitteeseen. Linssin toiselle puolelle ruuvattiin M39-kierteinen kytkin, sitten sovitinrengas M39:stä M42:een ja sitten samalla tavalla kuin Helios-44-objektiivilla.

Tuloksena saatujen optisten järjestelmien testauksen tulokset sijoitettu erilliseen tiedostoon. Se sisältää valokuvia testatuista optisista järjestelmistä ja tilannekuvia maailmasta, jotka sijaitsevat keskellä kehyksen kulmassa. Tässä annan vain lopullisen taulukon maksimiresoluutioarvoista kehyksen keskellä ja kulmassa testatuille malleille. Resoluutio ilmaistaan ​​veto/pikselinä. Mustavalkoiset viivat - 2 vetoa.

Johtopäätös

Kaava sopii työskentelyyn millä tahansa etäisyydellä, mutta tulokset ovat erityisen vaikuttavia makrokuvauksessa, koska palkeiden läsnäolo järjestelmässä helpottaa tarkentamista lähellä oleviin kohteisiin. Vaikka joissakin yhdistelmissä Jupiter-3 antaa korkeamman resoluution, mutta suurempi kuin Helios-44, vinjetointi tekee siitä vähemmän houkuttelevan pysyvänä okulaarina vaihdettavissa linssijärjestelmässä.

Haluaisin toivottaa, että yritykset, jotka valmistavat kaikenlaisia ​​kameroiden renkaita ja lisävarusteita, valmistaisivat kytkimen M42-kierteellä ja sovitinrenkaat M42-kierteestä suodatinkierteeseen, M42-kierteellä sisä- ja ulkokierteellä suodattimelle.

Uskon, että jos joku optinen tehdas valmistaa teleskooppijärjestelmän erikoisokulaarin käytettäväksi digikameroiden ja mielivaltaisten objektiivien kanssa, niin sellaiselle tuotteelle tulee olemaan kysyntää. Luonnollisesti tällainen optinen rakenne on varustettava sovitinrenkaalla kameraan kiinnittämistä varten ja kierteellä tai kiinnikkeellä olemassa olevia objektiiveja varten,

Siinä itse asiassa kaikki. Näytin mitä tein, ja sinä itse arvioit, sopiiko tämä laatu sinulle vai ei. Ja kauemmas. Koska oli yksi onnistunut yhdistelmä, niin luultavasti on muitakin. Katso, saatat olla onnekas.

Näinä päivinä juhlimme 400-vuotispäivää optisen kaukoputken luomisesta. Tämä on yksinkertaisin ja tehokkain tieteellinen instrumentti, joka avasi ihmiskunnalle oven maailmankaikkeuteen. Ensimmäisen kaukoputken luomisen kunnia kuuluu oikeutetusti Galileolle.

Kuten tiedätte, Galileo Galilei aloitti linssien kokeilun vuoden 1609 puolivälissä saatuaan tietää, että Hollannissa oli keksitty kaukoputki navigoinnin tarpeisiin. Sen valmistivat vuonna 1608, mahdollisesti itsenäisesti hollantilaiset optikot Hans Lippershey, Jacob Metius ja Zacharias Jansen. Vain kuudessa kuukaudessa Galileo onnistui merkittävästi parantamaan tätä keksintöä, luomaan sen periaatteeseen perustuvan tehokkaan tähtitieteellisen instrumentin ja tekemään joukon hämmästyttäviä löytöjä.

Galileon menestystä teleskoopin parantamisessa ei voida pitää sattumana. Italialaiset lasimestarit olivat jo tulleet kuuluisiksi siihen aikaan: jo 1200-luvulla. he keksivät lasit. Ja juuri Italiassa teoreettinen optiikka oli parhaimmillaan. Leonardo da Vincin teosten kautta se muuttui geometrian osasta käytännön tieteeksi. "Tee silmälasit, jotta näet kuun suureksi", hän kirjoitti 1400-luvun lopulla. Ehkä, vaikka tästä ei ole suoria todisteita, Leonardo onnistui toteuttamaan teleskooppijärjestelmän.

Alkuperäistä optiikkatutkimusta tehtiin 1500-luvun puolivälissä. Italialainen Francesco Mavrolik (1494-1575). Hänen maanmiehensä Giovanni Battista de la Porta (1535-1615) omisti optiikalle kaksi upeaa teosta: "Natural Magic" ja "On Refraction". Jälkimmäisessä hän jopa antaa kaukoputken optisen kaavion ja väittää pystyneensä näkemään pieniä esineitä suurelta etäisyydeltä. Vuonna 1609 hän yrittää puolustaa etusijaa teleskoopin keksimisessä, mutta varsinaiset todisteet eivät riittäneet. Oli miten oli, Galileon työ tällä alalla alkoi hyvin valmistetulla alustalla. Mutta kunnioittaen Galileon edeltäjiä, muistetaan, että juuri hän teki toimivan tähtitieteellisen instrumentin hauskasta lelusta.

Galileo aloitti kokeilunsa yksinkertaisella yhdistelmällä positiivista linssiä objektiivina ja negatiivista linssiä okulaarina, mikä antoi kolminkertaisen suurennuksen. Nyt tätä mallia kutsutaan teatterikiikareiksi. Tämä on suosituin optinen laite silmälasien jälkeen. Tietysti nykyaikaisissa teatterikiikareissa objektiivina ja okulaarina käytetään korkealaatuisia pinnoitettuja linssejä, joskus jopa monimutkaisia, jotka koostuvat useista laseista. Ne tarjoavat laajan näkökentän ja erinomaisen kuvanlaadun. Galileo käytti yksinkertaisia ​​linssejä sekä objektiivissa että okulaarissa. Hänen teleskooppinsa kärsivät voimakkaimmista kromaattisista ja pallomaisista poikkeavuuksista, ts. antoi kuvan, joka oli epäselvä reunoista ja epätarkka eri väreissä.

Galileo ei kuitenkaan pysähtynyt, kuten hollantilaiset mestarit, "teatterikiikareihin", vaan jatkoi linssien kokeiluja ja oli tammikuuhun 1610 mennessä luonut useita instrumentteja, joiden suurennos oli 20-33 kertaa. Heidän avullaan hän teki merkittäviä löytönsä: hän löysi Jupiterin satelliitit, vuoret ja kraatterit Kuusta, lukemattomia tähtiä Linnunradalla jne. Jo maaliskuun puolivälissä 1610 Venetsiassa latinaksi, 550 kopiota Galileon teos julkaistiin "The Starry Messenger", jossa kuvattiin nämä ensimmäiset teleskooppisen tähtitieteen löydöt. Syyskuussa 1610 tiedemies löytää Venuksen vaiheet, ja marraskuussa hän löytää merkkejä renkaasta Saturnuksen läheltä, vaikka hän ei ymmärrä löytönsä todellista merkitystä ("Havaitsin korkeimman planeetan kolmosena", hän kirjoittaa anagrammi, joka yrittää varmistaa löydön prioriteetin). Ehkä yksikään seuraavien vuosisatojen kaukoputki ei antanut sellaista panosta tieteeseen kuin ensimmäinen Galileon kaukoputki.

Kuitenkin ne tähtitieteen ystävät, jotka yrittivät koota teleskooppeja silmälaseista, ovat usein yllättyneitä suunnitelmiensa alhaisista ominaisuuksista, jotka ovat "havainnointikyvyltään" selvästi huonompia kuin Galileon käsityökaukoputki. Usein moderni "Galilea" ei pysty havaitsemaan edes Jupiterin satelliitteja, Venuksen vaiheista puhumattakaan.

Firenzessä tiedehistorian museossa (kuuluisan Uffizi-kuvagallerian vieressä) on kaksi ensimmäistä Galileon rakentamaa kaukoputkea. Myös kolmannen kaukoputken linssi on rikki. Galileo käytti tätä linssiä moniin havaintoihin vuosina 1609-1610. ja hän esitteli sen suurruhtinas Ferdinand II:lle. Linssi meni myöhemmin vahingossa rikki. Galileon kuoleman jälkeen (1642) tätä linssiä piti prinssi Leopold Medici, ja hänen kuolemansa jälkeen (1675) se lisättiin Uffizin gallerian Medici-kokoelmaan. Vuonna 1793 kokoelma siirrettiin Tiedehistorian museoon.

Erittäin mielenkiintoinen on kaivertaja Vittorio Krostenin Galilean linssiin valmistama koristeellinen norsunluukehys. Rikas ja omituinen kukkakoristelu on välissä kuvien kanssa tieteellisistä instrumenteista; useita latinalaisia ​​kirjoituksia on orgaanisesti sisällytetty kuvioon. Yläosassa oli aiemmin kadonnut nauha, jossa oli merkintä "MEDICEA SIDERA" ("Medici Stars"). Sävellyksen keskiosan kruunaa Jupiterin kuva neljän satelliitin kiertoradalla, jota ympäröi teksti "CLARA DEUM SOBOLES MAGNUM IOVIS INCREMENTUM" ("Loistava [nuori] jumalien sukupolvi, Jupiterin suuri jälkeläinen") . Vasen ja oikea - Auringon ja Kuun allegoriset kasvot. Linssin ympärillä olevan seppeleen kietoutuvassa nauhassa on teksti: "HIC ET PRIMUS RETEXIT MACULAS PHEBI ET IOVIS ASTRA" ("Hän oli ensimmäinen, joka löysi sekä Phoebuksen (eli Auringon) tähdet että Jupiterin tähdet"). Kartussissa alla teksti: "COELUM LINCEAE GALILEI MENTI APERTUM VITREA PRIMA HAC MOLE NON DUM VISA OSTENDIT SYDERA MEDICEA IURE AB INVENTORE DICTA SAPIENS NEMPE DOMINATUR ET ASTRIS" tähän asti näkymätön, oikeutetusti myös viisaiden löytäjä, jota kutsutaan myös Mediceaniksi. tähdet.

Näyttelyn tiedot ovat Tiedehistorian museon verkkosivuilla: linkki nro 100101; viitenumero 404001.

1900-luvun alussa tutkittiin Firenzen museossa säilytettyjä Galileon kaukoputkia (ks. taulukko). Niillä tehtiin jopa tähtitieteellisiä havaintoja.

Galilean kaukoputkien ensimmäisten objektiivien ja okulaarien optiset ominaisuudet (mitat millimetreinä)

Kävi ilmi, että ensimmäisen putken resoluutio oli 20" ja näkökenttä 15". Ja toinen, vastaavasti, 10 "ja 15". Ensimmäisen putken lisäys oli 14-kertainen ja toisessa 20-kertainen. Kolmannen putken rikkoutunut linssi kahden ensimmäisen putken okulaarien kanssa antaisi 18- ja 35-kertaiset suurennokset. Joten olisiko Galileo voinut tehdä hämmästyttäviä löytönsä näin epätäydellisillä työkaluilla?

historiallinen kokeilu

Juuri tämän kysymyksen kysyi englantilainen Stephen Ringwood, ja saadakseen vastauksen hän loi tarkan kopion parhaasta Galilean teleskoopista (Ringwood S. D. A Galilean telescope // The Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, 1994, vol. 35, 1, s. 43-50). Lokakuussa 1992 Steve Ringwood loi uudelleen Galileon kolmannen kaukoputken suunnittelun ja teki kaikenlaisia ​​havaintoja sillä vuoden ajan. Hänen teleskooppinsa linssin halkaisija oli 58 mm ja polttoväli 1650 mm. Galileon tavoin Ringwood pysäytti objektiivinsa D = 38 mm:n aukon halkaisijaan saadakseen paremman kuvanlaadun suhteellisen pienellä läpäisykyvyn menetyksellä. Okulaari oli negatiivinen linssi, jonka polttoväli oli -50 mm ja joka antoi 33-kertaisen suurennuksen. Koska tässä kaukoputken mallissa okulaari on sijoitettu objektiivin polttotason eteen, putken kokonaispituus oli 1440 mm.

Ringwood pitää Galileo-teleskoopin suurimpana haittana sen pientä näkökenttää - vain 10" eli kolmasosa kuun kiekosta. Lisäksi näkökentän reunalla kuvanlaatu on erittäin heikko. Käyttämällä yksinkertaista Rayleigh-kriteeri, joka kuvaa objektiivin resoluution diffraktiorajaa, voisi odottaa laadukkaita kuvia 3,5-4,0". Kromaattinen aberraatio kuitenkin vähensi sen 10-20". Teleskoopin läpäisykyky arvioituna yksinkertaisella kaavalla (2 + 5lg D), odotettiin noin +9,9 m . Todellisuudessa yli +8 m himmeämpiä tähtiä ei kuitenkaan voitu havaita.

Kuuta tarkasteltaessa teleskooppi toimi hyvin. Se onnistui näkemään jopa enemmän yksityiskohtia kuin Galileo oli piirtänyt ensimmäisille kuukartoilleen. "Ehkä Galileo oli merkityksetön piirtäjä, vai eikö hän ollut kovin kiinnostunut kuun pinnan yksityiskohdista?" Ringwood ihmettelee. Tai ehkä Galileon kokemus kaukoputkien valmistuksesta ja niillä tapahtuvasta havainnoinnista ei ollut vieläkään riittävän suuri? Mielestämme tämä on syy. Galileon omin käsin kiillotettujen lasien laatu ei voinut kilpailla nykyaikaisten linssien kanssa. Eikä Galileo tietenkään heti oppinut katsomaan kaukoputken läpi: visuaaliset havainnot vaativat huomattavan kokemuksen.

Muuten, miksi ensimmäisten kaukoputkien luojat - hollantilaiset - eivät tehneet tähtitieteellisiä löytöjä? Kun olet tehnyt havaintoja teatterikiikareilla (2,5-3,5-kertainen suurennus) ja kenttälaseilla (7-8-kertainen suurennus), huomaat, että niiden kykyjen välissä on kuilu. Nykyaikaiset laadukkaat 3x kiikarit mahdollistavat (yhdellä silmällä tarkasteltaessa!) tuskin huomata suurimpia kuun kraattereita; on selvää, että hollantilainen putki samalla suurennuksella, mutta huonompilaatuisella, ei edes pystyisi tähän. Kenttäkiikarit, jotka tarjoavat suunnilleen samat ominaisuudet kuin Galileon ensimmäiset kaukoputket, näyttävät meille kuun kaikessa loistossaan ja monine kraattereineen. Parannettuaan hollantilaista putkea ja saavuttanut useita kertoja suuremman suurennuksen, Galileo astui "löytöjen kynnyksen" yli. Siitä lähtien kokeellisessa tieteessä tämä periaate ei ole epäonnistunut: jos onnistut parantamaan laitteen johtavaa parametria useita kertoja, teet varmasti löydön.

Ylivoimaisesti Galileon merkittävin löytö oli Jupiterin neljän kuun ja itse planeetan kiekon löytäminen. Vastoin odotuksia kaukoputken heikko laatu ei suuresti häirinnyt Jupiter-satelliittijärjestelmän havaintoja. Ringwood näki selvästi kaikki neljä satelliittia ja pystyi Galileon tavoin havaitsemaan niiden liikkeen planeetan suhteen joka yö. Totta, planeetan ja satelliitin kuvaa ei aina pystytty tarkentamaan hyvin samanaikaisesti: linssin kromaattinen aberraatio oli erittäin häiritsevää.

Mutta mitä tulee itse Jupiteriin, Ringwood, kuten Galileo, ei pystynyt havaitsemaan mitään yksityiskohtia planeetan levyltä. Heikosti kontrastiset leveysvyöhykkeet, jotka ylittivät Jupiterin päiväntasaajaa pitkin, huuhtoutuivat kokonaan pois aberraation seurauksena.

Ringwood sai erittäin mielenkiintoisen tuloksen tarkkaillessaan Saturnusta. Kuten Galileo, 33-kertaisella suurennuksella hän näki vain heikkoja turvotuksia ("salaperäisiä lisäyksiä", kuten Galileo kirjoitti) planeetan sivuilla, joita suuri italialainen ei tietenkään voinut tulkita renkaaksi. Ringwoodin lisäkokeet osoittivat kuitenkin, että käytettäessä muita suuren suurennoksia okulaareja renkaan selkeämpiä piirteitä voitiin silti havaita. Jos Galileo olisi tehnyt tämän ajoissa, Saturnuksen renkaiden löytö olisi tapahtunut lähes puoli vuosisataa aikaisemmin eikä se olisi kuulunut Huygensille (1656).

Venuksen havainnot osoittivat kuitenkin, että Galileosta tuli nopeasti taitava tähtitieteilijä. Kävi ilmi, että Venuksen vaiheet eivät näy suurimmalla venymällä, koska sen kulmakoko on liian pieni. Ja vasta kun Venus lähestyi Maata ja vaiheessa 0,25 sen kulmahalkaisija saavutti 45 ", sen puolikuun muoto tuli havaittavaksi. Tuolloin sen kulmaetäisyys Auringosta ei ollut enää niin suuri, ja havainnot olivat vaikeita.

Kaikkein mielenkiintoisin asia Ringwoodin historiallisessa tutkimuksessa oli ehkä vanhan väärinkäsityksen paljastaminen Galileon Auringon havainnoista. Tähän asti oli yleisesti hyväksytty, että Aurinkoa ei voi tarkkailla Galilean kaukoputkella projisoimalla sen kuva näytölle, koska okulaarin negatiivinen linssi ei pysty rakentamaan todellista kuvaa kohteesta. Vain hieman myöhemmin keksitty kahden positiivisen linssin Kepler-järjestelmän kaukoputki mahdollisti sen. Uskottiin, että saksalainen tähtitieteilijä Christoph Scheiner (1575-1650) oli ensimmäinen, joka havaitsi aurinkoa okulaarin taakse sijoitetulta näytöltä. Hän loi samanaikaisesti ja Kepleristä riippumatta vuonna 1613 samankaltaisen kaukoputken. Kuinka Galileo havaitsi auringon? Loppujen lopuksi hän oli se, joka löysi auringonpilkkuja. Pitkään uskottiin, että Galileo tarkkaili päivänvaloa silmällään okulaarin läpi käyttämällä pilviä valonsuodattimina tai katsoen aurinkoa sumussa matalalla horisontin yläpuolella. Uskottiin, että Galileon näönmenetys vanhuudessa johtui osittain hänen havainnoistaan ​​Auringosta.

Ringwood kuitenkin havaitsi, että jopa Galileon kaukoputki pystyi tuottamaan varsin kunnollisen projisoinnin auringon kuvasta ruudulle, jolloin auringonpilkut näkyvät erittäin selvästi. Myöhemmin, yhdessä Galileon kirjeistä, Ringwood löysi yksityiskohtaisen kuvauksen Auringon havainnoista projisoimalla sen kuvan näytölle. On outoa, ettei tätä seikkaa ole huomioitu aiemmin.

Luulen, että jokainen tähtitieteen amatööri ei kiellä itseltään iloa "tulevan Galileoksi" muutaman illan ajaksi. Tätä varten sinun tarvitsee vain tehdä Galilean kaukoputki ja yrittää toistaa suuren italialaisen löydöt. Lapsena yksi tämän muistiinpanon tekijöistä teki Keplerian-putkia silmälaseista. Ja jo aikuisiässä hän ei voinut vastustaa ja rakensi Galileon kaukoputken kaltaisen instrumentin. Objektiivina käytettiin halkaisijaltaan 43 mm:n kiinnityslinssiä, jonka teho oli +2 dioptria, ja okulaari, jonka polttoväli oli noin -45 mm, otettiin vanhasta teatterikiikasta. Teleskooppi ei osoittautunut kovin tehokkaaksi, vain 11-kertaisella suurennuksella, mutta sillä oli myös pieni näkökenttä, halkaisijaltaan noin 50 ", ja kuvanlaatu oli epätasainen ja heikkeni huomattavasti reunaa kohti. kuvat paranivat huomattavasti, kun objektiivin halkaisija oli 22 mm, ja vielä parempi - jopa 11 mm Kuvien kirkkaus tietysti heikkeni, mutta Kuun havainnot jopa hyötyivät tästä.

Kuten odotettiin, katsottaessa aurinkoa projisoituna valkoiselle näytölle, tämä teleskooppi todellakin tuotti kuvan aurinkolevystä. Negatiivinen okulaari lisäsi objektiivin vastaavaa polttoväliä useita kertoja (telekuvausperiaate). Koska ei ole tietoa, mille jalustalle Galileo asensi kaukoputkensa, kirjoittaja havainnoi pitäessään putkea käsissään ja käytti puunrunkoa, aitaa tai avointa ikkunakehystä käsiensä tukena. 11x tämä riitti, mutta 30x Galileolla voi ilmeisesti olla ongelmia.

Voimme olettaa, että historiallinen kokeilu ensimmäisen kaukoputken uudelleenluomiseksi oli menestys. Nyt tiedämme, että Galileon kaukoputki oli melko hankala ja huono väline nykyajan tähtitieteen näkökulmasta. Se oli kaikilta osin huonompi kuin nykyiset amatöörisoittimet. Hänellä oli vain yksi etu - hän oli ensimmäinen, ja hänen luojansa Galileo "puristi" kaiken mahdollisen hänen instrumentistaan. Tästä kunnioitamme Galileota ja hänen ensimmäistä teleskooppiaan.

Ole Galileo

Tämä vuosi 2009 on julistettu kansainväliseksi tähtitieteen vuodeksi kaukoputken syntymän 400-vuotispäivän kunniaksi. Tietokoneverkossa on olemassa olevien lisäksi monia uusia upeita sivustoja, joissa on upeita kuvia tähtitieteellisistä kohteista.

Mutta vaikka Internet-sivustot olivat kuinka täynnä mielenkiintoista tietoa, MGA:n päätavoitteena oli näyttää kaikille todellinen maailmankaikkeus. Tästä syystä ensisijaisten hankkeiden joukossa oli kaikkien saatavilla olevien edullisien kaukoputkien tuotanto. Massiivisin oli "galileoskooppi" - erittäin ammattimaisten tähtitieteilijöiden-optiikan suunnittelema pieni refraktori. Tämä ei ole tarkka kopio Galileon kaukoputkesta, vaan pikemminkin sen moderni reinkarnaatio. "Galileoskoopissa" on kaksilinsinen lasiakromaattinen linssi, jonka halkaisija on 50 mm ja polttoväli 500 mm. 4-linsinen muoviokulaari antaa 25-kertaisen suurennuksen ja 2x Barlow nostaa sen jopa 50-kertaiseksi. Teleskoopin näkökenttä on 1,5 o (tai 0,75 o Barlow-linssillä). Tällaisella työkalulla voit helposti "toistaa" kaikki Galileon löydöt.

Kuitenkin Galileo itse tällaisella kaukoputkella olisi tehnyt niistä paljon suurempia. Työkalun 15-20 dollarin hintalappu tekee siitä todella yleisön saatavilla. Kummallista kyllä, tavallisella positiivisella okulaarilla (jopa Barlow-linssillä) "galileoskooppi" on itse asiassa Kepler-putki, mutta kun sitä käytetään okulaarina pelkän Barlow-linssin kanssa, se täyttää nimensä ja siitä tulee 17x Galilean putki. Suuren italialaisen löytöjen toistaminen tällaisessa (alkuperäisessä!) kokoonpanossa ei ole helppo tehtävä.

Tämä on erittäin kätevä ja melko massiivinen työkalu, joka sopii kouluille ja aloittelijoille tähtitiedeessä. Sen hinta on huomattavasti alhaisempi kuin aikaisemmat kaukoputket, joilla on samanlaiset ominaisuudet. Olisi erittäin toivottavaa ostaa tällaisia ​​soittimia kouluillemme.