Het oculair in de kepler-telescoop is een convergerende lens. kepler telescoop

De nieuwsgierigheid en het verlangen om nieuwe ontdekkingen te doen van de grote wetenschapper G. Galileo gaf de wereld een prachtige uitvinding, zonder welke het onmogelijk is om moderne astronomie voor te stellen - dit telescoop. Door het onderzoek van Nederlandse wetenschappers voort te zetten, bereikte de Italiaanse uitvinder in zeer korte tijd een aanzienlijke schaalvergroting van de telescoop - dit gebeurde in slechts een paar weken.

De telescoop van Galileo leken slechts op afstand op moderne monsters - het was een eenvoudige loden stok, aan de uiteinden waarvan de professor biconvexe en biconcave lenzen plaatste.

Een belangrijk kenmerk en het belangrijkste verschil tussen de creatie van Galileo en de eerder bestaande telescopen was de goede beeldkwaliteit die werd verkregen door het hoogwaardige slijpen van optische lenzen - de professor nam persoonlijk alle processen voor zijn rekening, vertrouwde niemand delicaat werk toe. De toewijding en vastberadenheid van de wetenschapper wierpen hun vruchten af, hoewel er veel nauwgezet werk moest worden verzet om een ​​fatsoenlijk resultaat te bereiken - van de 300 lenzen hadden slechts enkele opties de benodigde eigenschappen en kwaliteit.

De monsters die tot op de dag van vandaag bewaard zijn gebleven, worden door veel experts bewonderd - zelfs naar moderne maatstaven is de kwaliteit van de optica uitstekend, en dit rekening houdend met het feit dat de lenzen al enkele eeuwen bestaan.

Ondanks de vooroordelen die tijdens de middeleeuwen heersten en de neiging om progressieve ideeën als "de machinaties van de duivel" te beschouwen, kreeg de spotting scope een welverdiende populariteit in heel Europa.

Een verbeterde uitvinding maakte het mogelijk om een ​​vijfendertigvoudige toename te verkrijgen, ondenkbaar voor de levensduur van Galileo. Met behulp van zijn telescoop deed Galileo veel astronomische ontdekkingen, die het mogelijk maakten om de weg vrij te maken voor de moderne wetenschap en enthousiasme en dorst naar onderzoek op te wekken bij veel nieuwsgierige en onderzoekende geesten.

Het door Galileo uitgevonden optische systeem had een aantal nadelen - met name was het onderhevig aan chromatische aberratie, maar latere verbeteringen door wetenschappers maakten het mogelijk om dit effect te minimaliseren. Het is vermeldenswaard dat tijdens de bouw van het beroemde observatorium van Parijs telescopen werden gebruikt die waren uitgerust met het optische systeem van Galileo.

De verrekijker of verrekijker van Galileo heeft een kleine kijkhoek - dit kan als het grootste nadeel worden beschouwd. Een soortgelijk optisch systeem wordt momenteel gebruikt in bioscoopverrekijkers, die in feite twee met elkaar verbonden spotting scopes zijn.

Moderne theaterverrekijkers met een centraal intern scherpstelsysteem bieden meestal een vergroting van 2,5-4x, wat voldoende is voor het observeren van niet alleen theatervoorstellingen, maar ook sport- en concertevenementen, geschikt voor sightseeingtrips in verband met gedetailleerde sightseeing.

Het kleine formaat en het elegante ontwerp van moderne theaterverrekijkers maken ze niet alleen een handig optisch instrument, maar ook een origineel accessoire.

De spotting scope is een optisch instrument dat is ontworpen om met het oog naar verre objecten te kijken. Net als een microscoop bestaat hij uit een objectief en een oculair; beide zijn min of meer complexe optische systemen, hoewel niet zo complex als in het geval van een microscoop; we zullen ze echter schematisch weergeven met dunne lenzen. In de telescopen zijn de lens en het oculair zo gerangschikt dat de backfocus van de lens bijna samenvalt met de frontfocus van het oculair (Fig. 253). De lens geeft een echt gereduceerd omgekeerd beeld van een oneindig ver object in het achterste brandvlak; dit beeld wordt bekeken door het oculair, als door een vergrootglas. Als de frontfocus van het oculair samenvalt met de backfocus van het objectief, komen er bij het bekijken van een object in de verte stralen van parallelle stralen uit het oculair, wat handig is om met een normaal oog in een rustige toestand (zonder accommodatie) te observeren ( zie § 114). Maar als het zicht van de waarnemer enigszins afwijkt van normaal, wordt het oculair verplaatst en ingesteld "volgens de ogen". Door het oculair te bewegen, wordt de telescoop ook "gericht" bij het bekijken van objecten die zich op verschillende niet erg grote afstanden van de waarnemer bevinden.

Rijst. 253. De locatie van de lens en het oculair in de telescoop: backfocus. Objectief valt samen met de frontfocus van het oculair

Het telescoopobjectief moet altijd een convergerend systeem zijn, terwijl het oculair zowel een convergerend als een divergerend systeem kan zijn. Een spotting scope met een verzamelend (positief) oculair wordt een Kepler-buis genoemd (afb. 254, a), een buis met een divergerend (negatief) oculair wordt een Galileïsche buis genoemd (afb. 254, b). Het telescoopobjectief 1 geeft een werkelijk omgekeerd beeld van een object in de verte in zijn brandvlak. Een divergerende bundel stralen vanaf een punt valt op oculair 2; aangezien deze stralen afkomstig zijn van een punt in het brandpuntsvlak van het oculair, komt er een bundel uit evenwijdig aan de secundaire optische as van het oculair onder een hoek met de hoofdas. Eenmaal in het oog komen deze stralen samen op het netvlies en geven een echt beeld van de bron.

Rijst. 254. Het verloop van de stralen in de telescoop: a) Keplerbuis; b) De pijp van Galileo

Rijst. 255. Het pad van de stralen in de prismaveldverrekijker (a) en het uiterlijk (b). De verandering in de richting van de pijl geeft de "omkering" van het beeld aan nadat de stralen door een deel van het systeem zijn gegaan

(In het geval van de Galileïsche buis (b) wordt het oog niet getoond om het beeld niet te vertroebelen.) Hoek - de hoek die de stralen die op de lens vallen, maken met de as.

De buis van Galileo, vaak gebruikt in gewone theaterverrekijkers, geeft een direct beeld van het object, de buis van Kepler - omgekeerd. Als gevolg hiervan, als de Keplerbuis dient voor aardse waarnemingen, dan is deze uitgerust met een draaisysteem (een extra lens of een systeem van prisma's), waardoor het beeld recht wordt. Een voorbeeld van zo'n apparaat is een prisma-verrekijker (Fig. 255). Het voordeel van de Kepler-buis is dat deze een echt tussenbeeld heeft, in het vlak waarvan een meetschaal, een fotografische plaat voor het maken van foto's enz. kan worden geplaatst.Hierdoor, in de astronomie en in alle gevallen gerelateerd aan metingen , wordt de Kepler-buis gebruikt.

cursus werk

discipline: Toegepaste optica

Over het onderwerp: Berekening van de Kepler-buis

Invoering

Telescopische optische systemen

1 Aberraties van optische systemen

2 Sferische aberratie

3 Chromatische aberratie

4 Comatische aberratie (coma)

5 Astigmatisme

6 Beeldveldkromming

7 Vervorming (vervorming)

Dimensionale berekening van het optische systeem

Gevolgtrekking

Literatuur

Toepassingen

Invoering

Telescopen zijn astronomische optische instrumenten die zijn ontworpen om hemellichamen te observeren. Telescopen worden gebruikt met het gebruik van verschillende stralingsontvangers voor visuele, fotografische, spectrale, foto-elektrische waarnemingen van hemellichamen.

Visuele telescopen hebben een lens en een oculair en zijn een zogenaamd telescopisch optisch systeem: ze zetten een parallelle bundel stralen die de lens binnenkomen om in een parallelle bundel die het oculair verlaat. In een dergelijk systeem valt de backfocus van het objectief samen met de frontfocus van het oculair. De belangrijkste optische kenmerken zijn: schijnbare vergroting Г, gezichtsveld 2W, diameter van de uittredepupil D", resolutie en doordringend vermogen.

De schijnbare vergroting van het optische systeem is de verhouding van de hoek waaronder het beeld gegeven door het optische systeem van het apparaat wordt waargenomen tot de hoekgrootte van het object wanneer het rechtstreeks door het oog wordt bekeken. Schijnbare vergroting van het telescopische systeem:

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

waarbij f "ob en f" ok zijn de brandpuntsafstanden van de lens en het oculair,

D - inlaatdiameter,

D" - de uittredepupil. Dus door de brandpuntsafstand van het objectief te vergroten of de brandpuntsafstand van het oculair te verkleinen, kunnen grote vergrotingen worden bereikt. Hoe groter de vergroting van de telescoop, hoe kleiner het gezichtsveld en de groter de vervorming van objectbeelden als gevolg van de imperfectie van de optica van het systeem.

De uittredepupil is het kleinste deel van de lichtstraal die de telescoop verlaat. Tijdens observaties wordt de pupil van het oog uitgelijnd met de uittredepupil van het systeem; daarom mag het niet groter zijn dan de pupil van het oog van de waarnemer. Anders komt een deel van het door de lens opgevangen licht niet in het oog en gaat het verloren. Meestal is de diameter van de intreepupil (lensframe) veel groter dan de pupil van het oog, en puntbronnen van licht, met name sterren, lijken veel helderder wanneer ze door een telescoop worden bekeken. Hun schijnbare helderheid is evenredig met het kwadraat van de intreepupildiameter van de telescoop. Vage sterren die met het blote oog niet zichtbaar zijn, zijn duidelijk te zien in een telescoop met een grote intreepupil. Het aantal sterren dat door een telescoop zichtbaar is, is veel groter dan wat direct met het oog wordt waargenomen.

telescoop optische aberratie astronomisch

1. Telescopische optische systemen

1 Aberraties van optische systemen

Aberraties van optische systemen (lat. - afwijking) - vervormingen, beeldfouten veroorzaakt door de imperfectie van het optische systeem. Aberraties, in verschillende mate, zijn onderhevig aan alle lenzen, zelfs de duurste. Er wordt aangenomen dat hoe groter het bereik van de brandpuntsafstanden van de lens, hoe hoger het niveau van de aberraties.

De meest voorkomende soorten afwijkingen staan ​​hieronder.

2 Sferische aberratie

De meeste lenzen zijn gemaakt van lenzen met sferische oppervlakken. Dergelijke lenzen zijn eenvoudig te vervaardigen, maar de bolvorm van de lenzen is niet ideaal om een ​​scherp beeld te produceren. Het effect van sferische aberratie komt tot uiting in de verzachting van contrast en vervaging van details, de zogenaamde "soap".

Hoe gebeurde dit? Parallelle lichtstralen die door een sferische lens gaan, worden gebroken, stralen die door de rand van de lens gaan, komen samen in een brandpunt dichter bij de lens dan lichtstralen die door het midden van de lens gaan. Met andere woorden, de randen van de lens hebben een kortere brandpuntsafstand dan het midden. Op onderstaande afbeelding is duidelijk te zien hoe een lichtstraal door een sferische lens gaat en waardoor sferische aberraties ontstaan.

Lichtstralen die door de lens gaan nabij de optische as (dichter bij het midden) worden gefocust in gebied B, verder van de lens. Lichtstralen die door de randzones van de lens gaan, worden gefocusseerd in gebied A, dichter bij de lens.

3 Chromatische aberratie

Chromatische aberratie (CA) is een fenomeen dat wordt veroorzaakt door de verstrooiing van licht dat door de lens gaat, d.w.z. een lichtstraal opsplitsen in zijn componenten. Stralen met verschillende golflengten (verschillende kleuren) worden onder verschillende hoeken gebroken, dus een regenboog wordt gevormd uit een witte straal.

Chromatische aberraties leiden tot een afname van de beeldhelderheid en het verschijnen van kleurranden, vooral bij contrasterende objecten.

Om chromatische aberraties tegen te gaan, worden speciale apochromatische lenzen van glas met een lage dispersie gebruikt, die lichtstralen niet in golven afbreken.

1.4 Coma aberratie (coma)

Coma of coma-aberratie is een fenomeen dat wordt waargenomen aan de rand van een afbeelding dat wordt gecreëerd door een lens die is gecorrigeerd voor sferische aberratie en ervoor zorgt dat lichtstralen die de rand van de lens binnenkomen onder een bepaalde hoek convergeren in een komeet in plaats van in het gewenste punt. Vandaar de naam.

De vorm van de komeet is radiaal georiënteerd, waarbij zijn staart naar of van het midden van de afbeelding wijst. De resulterende vervaging aan de randen van een afbeelding wordt coma flare genoemd. Coma, dat zelfs kan optreden bij lenzen die het punt nauwkeurig weergeven als een punt op de optische as, wordt veroorzaakt door het verschil in breking tussen lichtstralen van een punt dat zich buiten de optische as bevindt en door de randen van de lens gaat, en de hoofdlichtstraal van hetzelfde punt die door het midden van de lens gaat.

De coma neemt toe naarmate de hoek van het grootlicht groter wordt en leidt tot een afname van het contrast aan de randen van het beeld. Een zekere mate van verbetering kan worden bereikt door de lens te stoppen. Coma kan er ook voor zorgen dat wazige delen van het beeld uitwaaieren, waardoor een onaangenaam effect ontstaat.

Het elimineren van zowel sferische aberratie als coma voor een object dat zich op een bepaalde opnameafstand bevindt, wordt aplanatisme genoemd, en een lens die op deze manier is gecorrigeerd, wordt aplanatisme genoemd.

5 Astigmatisme

Met een lens die is gecorrigeerd voor sferische en comatische aberratie, wordt een objectpunt op de optische as nauwkeurig weergegeven als een punt in het beeld, maar een objectpunt buiten de optische as verschijnt niet als een punt in het beeld, maar eerder als een schaduw of lijn. Dit type aberratie wordt astigmatisme genoemd.

U kunt dit fenomeen aan de randen van het beeld waarnemen als u de focus van de lens iets verschuift naar een positie waarin het objectpunt scherp wordt weergegeven als een lijn in radiale richting vanuit het midden van het beeld, en opnieuw de focus op een andere positie waarin het objectpunt scherp wordt weergegeven als een lijn in de richting van de concentrische cirkel. (De afstand tussen deze twee focusposities wordt het astigmatische verschil genoemd.)

Met andere woorden, de lichtstralen in het meridionale vlak en de lichtstralen in het sagittale vlak bevinden zich in verschillende posities, dus deze twee groepen stralen verbinden niet op hetzelfde punt. Wanneer de lens is ingesteld op de optimale brandpuntspositie voor het meridionale vlak, worden de lichtstralen in het sagittale vlak uitgelijnd in de richting van de concentrische cirkel (deze positie wordt de meridionale focus genoemd).

Evenzo, wanneer de lens is ingesteld op de optimale brandpuntspositie voor het sagittale vlak, vormen de lichtstralen in het meridionale vlak een lijn die is georiënteerd in de radiale richting (deze positie wordt de sagittale focus genoemd).

Bij dit soort vervorming zien objecten in de afbeelding er gebogen uit, zijn ze op sommige plaatsen wazig, zien rechte lijnen er gebogen uit en is verduistering mogelijk. Als de lens last heeft van astigmatisme, zijn reserveonderdelen toegestaan, omdat dit fenomeen niet kan worden genezen.

6 Beeldveldkromming

Bij dit type aberratie wordt het beeldvlak gekromd, dus als het midden van het beeld scherp is, zijn de randen van het beeld onscherp en omgekeerd, als de randen scherp zijn, is het midden buiten beeld van focus.

1.7 Vervorming (vervorming)

Dit type aberratie manifesteert zich in de vervorming van rechte lijnen. Als rechte lijnen concaaf zijn, wordt de vervorming speldenkussen genoemd, indien convex - tonvormig. Zoomlenzen produceren typisch tonvormige vervorming bij groothoek (minimale zoom) en kussenvormige vervorming bij telefoto (maximale zoom).

2. Dimensionale berekening van het optische systeem

Initiële data:

Om de brandpuntsafstanden van de lens en het oculair te bepalen, lossen we het volgende systeem op:

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;

De diameter van de intreepupil wordt berekend met de formule D \u003d D'G

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

Het lineaire gezichtsveld van het oculair wordt gevonden door de formule:

; y' = 235,3846*1,5o; y'=6.163781 mm;

Het hoekige gezichtsveld van het oculair wordt gevonden door de formule:

Prisma systeem berekening

D 1 -invoervlak van het eerste prisma;

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

D 1 \u003d 21.163781 mm;

Straallengte van het eerste prisma =*2=21.163781*2=42.327562;

D 2 - het invoervlak van het tweede prisma (de afleiding van de formule in aanhangsel 3);

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

D 2 \u003d 18,91 mm;

De lengte van de stralen van het tweede prisma =*2=18,91*2=37,82;

Bij het berekenen van het optische systeem wordt de afstand tussen de prisma's gekozen in het bereik van 0,5-2 mm;

Om het prismatische systeem te berekenen, is het noodzakelijk om het in de lucht te brengen.

Laten we de padlengte van de stralen van prisma's naar lucht verkleinen:

l 01 - de lengte van het eerste prisma teruggebracht tot lucht

n=1.5688 (glasbrekingsindex BK10)

l 01 \u003d l 1 / n \u003d 26.981 mm

l 02 \u003d l 2 / n \u003d 24.108 mm

Bepaling van de hoeveelheid oculairbeweging om te zorgen voor scherpstelling binnen ± 5 dioptrieën

eerst moet je de prijs van één dioptrie berekenen f ’ ok 2 / 1000 \u003d 0.384764 (de prijs van één dioptrie.)

Het oculair verplaatsen om de gewenste focus te bereiken: mm

Controleren of het nodig is om een ​​reflecterende coating op de reflecterende vlakken aan te brengen:

(toegestane afwijkingshoek van afwijking van de axiale bundel, wanneer de voorwaarde van totale interne reflectie nog niet is geschonden)

(beperkende invalshoek van stralen op het ingangsvlak van het prisma, waarbij het niet nodig is om een ​​reflecterende coating aan te brengen). Daarom: een reflecterende coating is niet nodig.

Oculairberekening:

Aangezien 2ω’ = 34,9 is het benodigde type oculair symmetrisch.

f’ ok =19,6154 mm (berekende brandpuntsafstand);

K p \u003d S ’ F / f ’ ok \u003d 0,75 (conversiefactor)

S ’ F \u003d K p * f ’ ok

S ’ F =0,75* f’ ok (waarde brandpuntsafstand terug)

De verwijdering van de uittredepupil wordt bepaald door de formule: S’ p = S’ F + z’ p

z' p wordt gevonden door de formule van Newton: z' p = -f' ok 2 / z p waarbij z p de afstand is van de frontfocus van het oculair tot het diafragma. Bij telescopen met een prisma-omhullend systeem is het diafragma meestal de lenscilinder. Als eerste benadering kunnen we z p nemen gelijk aan de brandpuntsafstand van de lens met een minteken, dus:

zp = -235,3846 mm

De verwijdering van de uittredepupil is gelijk aan:

S’ p = 14,71155+1,634618=16.346168 mm

Aberratieberekening van optische systeemcomponenten.

De aberratieberekening omvat de berekening van oculair- en prisma-aberraties voor drie golflengten.

Oculair aberratie berekening:

De berekening van de oculair aberraties wordt uitgevoerd in het omgekeerde verloop van de stralen, met behulp van het ROSA softwarepakket.

y' oke \u003d 0.0243

Berekening van aberraties van het prismasysteem:

De aberraties van de reflecterende prisma's worden berekend met behulp van de formules voor de derde orde aberraties van een equivalente planparallelle plaat. Voor BK10 glas (n=1.5688).

Longitudinale sferische aberratie:

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

Positie chromatisme:

(S' f - S' c) pr \u003d 0.33054442

Meridiaan coma:

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

δy" = -0,001606181

Lens aberratie berekening:

Longitudinale sferische aberratie δS' sf:

δS’ sf \u003d - (δS ’ pr + δS ’ ok) \u003d -0.013231586

Positie chromatisme:

(S’ f - S’ c) rev \u003d δS’ xp = - ((S’ f - S’ c) pr + (S’ f - S’ c) ok) \u003d -0.42673442

Meridiaan coma:

δy’ to = δy’ ok - δy’ pr

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

Definitie van structurele elementen van de lens.

Aberraties van een dun optisch systeem worden bepaald door drie hoofdparameters P, W, C. Geschatte formule prof. G.G. Slyusareva verbindt de belangrijkste parameters P en W:

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

De berekening van een gelijmde lens met twee lenzen wordt teruggebracht tot het vinden van een bepaalde combinatie van brillen met gegeven waarden van P 0 en C.

Berekening van een lens met twee lenzen volgens de methode van prof. GG Slyusareva:

) Volgens de waarden van de lensafwijkingen δS' xp, δS' sf, δy' k., verkregen uit de voorwaarden voor het compenseren van de aberraties van het prismasysteem en het oculair, worden de aberratiesommen gevonden:

S I xp = δS’ xp = -0,42673442

S I \u003d 2 * δS 'sf / (tgb ') 2

S ik =6.516521291

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

SII =172.7915624

) Op basis van de sommen worden de systeemparameters gevonden:

S I xp / f 'ob

S II / f'ob

) P 0 wordt berekend:

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

) Volgens het grafennomogram kruist de lijn de 20e cel. Laten we de combinaties van glazen K8F1 en KF4TF12 eens bekijken:

) Uit de tabel komen de waarden van P 0 ,φ k en Q 0 overeen met de opgegeven waarde voor K8F1 (niet geschikt)

φk = 2.1845528

voor KF4TF12 (geschikt)

) Na het vinden van P 0 , φ k en Q 0, wordt Q berekend met de formule:

) Na het vinden van Q worden de waarden a 2 en a 3 van de eerste nulstraal bepaald (a 1 \u003d 0, aangezien het object op oneindig is, en 4 \u003d 1 - van de normalisatietoestand):

) De waarden van a i bepalen de krommingsstralen van dunne lenzen:

Straal dunne lenzen:

) Na het berekenen van de stralen van een dunne lens, worden de lensdiktes gekozen uit de volgende ontwerpoverwegingen. De dikte langs de as van de positieve lens d1 is de som van de absolute waarden van de pijlen L1, L2 en de dikte langs de rand, die minimaal 0,05D moet zijn.

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

) Bereken volgens de verkregen diktes de hoogtes:

h 1 \u003d f over \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

) Lenskrommingsstralen met eindige diktes:

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)

De controle van de resultaten wordt uitgevoerd door berekening op een computer met behulp van het programma "ROSA":

lens aberratie vergelijking

De verkregen en berekende aberraties liggen dicht bij hun waarden.

telescoop aberratie uitlijning

De lay-out bestaat uit het bepalen van de afstand tot het prismasysteem van het objectief en het oculair. De afstand tussen het objectief en het oculair wordt gedefinieerd als (S’ F ’ ob + S’ F ’ ok + Δ). Deze afstand is de som van de afstand tussen de lens en het eerste prisma, gelijk aan de helft van de brandpuntsafstand van de lens, de stralengang in het eerste prisma, de afstand tussen de prisma's, de stralengang in het tweede prisma, de afstand van het laatste oppervlak van het tweede prisma tot het brandvlak en de afstand van dit vlak tot het oculair.

692+81.15+41.381+14.777=255

Gevolgtrekking

Bij astronomische lenzen wordt de resolutie bepaald door de kleinste hoekafstand tussen twee sterren die afzonderlijk in een telescoop te zien is. Theoretisch kan het oplossend vermogen van een visuele telescoop (in boogseconden) voor de geelgroene stralen waarvoor het oog het meest gevoelig is geschat worden met de uitdrukking 120/D, waarbij D de diameter is van de intreepupil van de telescoop, uitgedrukt in millimeters.

Het doordringend vermogen van een telescoop is de beperkende stellaire magnitude van een ster die met deze telescoop onder goede atmosferische omstandigheden kan worden waargenomen. Een slechte beeldkwaliteit, als gevolg van jitter, absorptie en verstrooiing van stralen door de atmosfeer van de aarde, vermindert de maximale magnitude van werkelijk waargenomen sterren, waardoor de concentratie van lichtenergie op het netvlies, de fotografische plaat of andere stralingsontvanger in de telescoop afneemt. De hoeveelheid licht die door de ingangspupil van een telescoop wordt opgevangen, groeit evenredig met zijn oppervlakte; tegelijkertijd neemt ook het doordringend vermogen van de telescoop toe. Voor een telescoop met een objectiefdiameter van D millimeter wordt het doordringend vermogen, uitgedrukt in stellaire magnitudes voor visuele waarnemingen, bepaald door de formule:

mvis=2,0+5 lgD.

Afhankelijk van het optische systeem worden telescopen onderverdeeld in lens (refractors), spiegel (reflectoren) en spiegellens telescopen. Als een telescopisch lenzenstelsel een positief (verzamel) objectief en een negatief (diffuus) oculair heeft, dan wordt het een Galileisch systeem genoemd. Het Kepler telescopisch lenssysteem heeft een positief objectief en een positief oculair.

Het systeem van Galileo geeft een direct virtueel beeld, heeft een klein gezichtsveld en een kleine lichtsterkte (grote diameter van de uittredepupil). De eenvoud van het ontwerp, de korte lengte van het systeem en de mogelijkheid om een ​​direct beeld te verkrijgen zijn de belangrijkste voordelen. Maar het gezichtsveld van dit systeem is relatief klein en de afwezigheid van een echt beeld van het object tussen de lens en het oculair maakt het gebruik van een dradenkruis niet mogelijk. Daarom kan het Galilese systeem niet worden gebruikt voor metingen in het brandvlak. Op dit moment wordt het voornamelijk gebruikt in theaterverrekijkers, waar geen hoge vergroting en gezichtsveld vereist zijn.

Het Kepler-systeem geeft een reëel en omgekeerd beeld van een object. Bij het observeren van hemellichamen is de laatste omstandigheid echter niet zo belangrijk, en daarom komt het Kepler-systeem het meest voor in telescopen. De lengte van de telescoopbuis is in dit geval gelijk aan de som van de brandpuntsafstanden van het objectief en het oculair:

L \u003d f "ob + f" ongeveer.

Het Kepler-systeem kan worden uitgerust met een dradenkruis in de vorm van een planparallelle plaat met schaalverdeling en dradenkruis. Dit systeem wordt veel gebruikt in combinatie met een prismasysteem dat directe beeldvorming van lenzen mogelijk maakt. Kepler-systemen worden voornamelijk gebruikt voor visuele telescopen.

Naast het oog, dat de straling van visuele telescopen is, kunnen beelden van hemellichamen worden vastgelegd op fotografische emulsie (dergelijke telescopen worden astrografen genoemd); een fotomultiplier en een elektron-optische omzetter maken het mogelijk om een ​​zwak lichtsignaal van verre sterren op grote afstand vele malen te versterken; beelden kunnen op een televisietelescoopbuis worden geprojecteerd. Een afbeelding van een object kan ook naar een astrospectrograaf of een astrofotometer worden gestuurd.

Om de telescoopbuis op het gewenste hemellichaam te richten, wordt een telescoopmontage (statief) gebruikt. Het biedt de mogelijkheid om de pijp rond twee onderling loodrechte assen te roteren. De basis van de montering draagt ​​een as, waaromheen de tweede as kan draaien met de telescoopbuis eromheen. Afhankelijk van de oriëntatie van de assen in de ruimte, zijn houders onderverdeeld in verschillende typen.

In altazimut (of horizontale) montages is één as verticaal (de azimut-as) en de andere (de zenit-afstandsas) horizontaal. Het belangrijkste nadeel van een altazimuth-montage is de noodzaak om de telescoop rond twee assen te draaien om een ​​hemellichaam te volgen dat beweegt als gevolg van de schijnbare dagelijkse rotatie van de hemelbol. Altazimuth-montages worden geleverd met veel astrometrische instrumenten: universele instrumenten, transit- en meridiaancirkels.

Bijna alle moderne grote telescopen hebben een equatoriale (of parallactische) montering, waarbij de hoofdas - polair of per uur - naar de hemelpool is gericht, en de tweede - de declinatie-as - er loodrecht op staat en in het vlak van de evenaar. Het voordeel van een parallax-montage is dat om de dagelijkse beweging van een ster te volgen, het voldoende is om de telescoop rond één poolas te draaien.

Literatuur

1. Digitale technologie. / red. EV Evreinova. - M.: Radio en communicatie, 2010. - 464 p.

Kagan BM Optiek. - M.: Enerngoatomizdat, 2009. - 592 d.

Skvortsov G.I. Computertechniek. - MTUCI M. 2007 - 40 p.

bijlage 1

Brandpuntsafstand 19.615 mm

Relatief diafragma 1:8

Kijkhoek

Verplaats het oculair met 1 dioptrie. 0,4 mm

Structurele elementen

19.615; =14.755;

Axiale straal:

Hoofdstraal

Meridionale doorsnede van een schuine balk

Verwisselbare lenzen voor camera's met Vario Sonnar-lenzen

In plaats van een introductie, stel ik voor om te kijken naar de resultaten van de jacht op ijsvlinders met behulp van de bovenstaande fotogun. Het pistool is een Casio QV4000-camera met een optische bevestiging van het Kepler-buistype, bestaande uit een Helios-44-lens als oculair en een Pentacon 2.8 / 135-lens.

Algemeen wordt aangenomen dat apparaten met een vaste lens aanzienlijk minder mogelijkheden hebben dan apparaten met verwisselbare lenzen. Over het algemeen is dit zeker waar, maar klassieke systemen met verwisselbare optica zijn lang niet zo ideaal als het op het eerste gezicht lijkt. En met een beetje geluk komt het voor dat een gedeeltelijke vervanging van optiek (optische opzetstukken) niet minder effectief is dan het geheel vervangen van de optiek. Overigens is deze aanpak erg populair bij filmcamera's. Het min of meer pijnloos wisselen van optica met een willekeurige brandpuntsafstand is alleen mogelijk voor meetzoekerapparaten met een spleetgordijnsluiter, maar in dit geval hebben we slechts een zeer benaderend idee van wat het apparaat daadwerkelijk ziet. Dit probleem wordt opgelost in spiegelapparaten, waarmee u op het matglas het beeld kunt zien dat wordt gevormd door precies de lens die momenteel in de camera is geplaatst. Hier blijkt het, zo lijkt het, een ideale situatie, maar alleen voor telelenzen. Zodra we groothoeklenzen gaan gebruiken bij spiegelreflexcamera's, blijkt meteen dat elk van deze lenzen extra lenzen heeft, die de mogelijkheid moeten bieden om een ​​spiegel tussen de lens en de film te plaatsen. In feite zou het mogelijk zijn om een ​​camera te maken waarin het element dat verantwoordelijk is voor de mogelijkheid om een ​​spiegel te plaatsen niet vervangbaar zou zijn, en alleen de voorste componenten van de lens zouden veranderen. Een ideologisch vergelijkbare benadering wordt gebruikt in reflexzoekers van filmcamera's. Omdat de baan van de bundels evenwijdig is tussen de telescopische bevestiging en het hoofdobjectief, kan er een bundelsplitsende prismakubus of een doorschijnende plaat tussen geplaatst worden in een hoek van 45 graden. Een van de twee belangrijkste soorten zoomlenzen, de zoomlens, combineert ook een lens met een vaste brandpuntsafstand en een afocaal systeem. Het wijzigen van de brandpuntsafstand in zoomlenzen wordt uitgevoerd door de vergroting van de afocale bevestiging te wijzigen, bereikt door de componenten ervan te verplaatsen.

Helaas leidt veelzijdigheid zelden tot goede resultaten. Een min of meer succesvolle correctie van aberraties wordt alleen bereikt door alle optische elementen van het systeem te selecteren. Ik raad iedereen aan de vertaling van het artikel "" door Erwin Puts te lezen. Ik schreef dit alles alleen om te benadrukken dat de lenzen van een spiegelreflexcamera in principe niet beter zijn dan ingebouwde lenzen met optische opzetstukken. Het probleem is dat de ontwerper van optische hulpstukken alleen op zijn eigen elementen kan vertrouwen en niet kan interfereren met het ontwerp van de lens. Daarom is de succesvolle bediening van een lens met een opzetstuk veel minder gebruikelijk dan een goed functionerende lens die volledig door één ontwerper is ontworpen, zelfs als deze een grotere werkafstand aan de achterkant heeft. Een combinatie van afgewerkte optische elementen die samen acceptabele aberraties opleveren, is zeldzaam, maar het gebeurt wel. Meestal zijn afocale bijlagen een Galilese spotting scope. Ze kunnen echter ook worden gebouwd volgens het optische schema van de Kepler-buis.

Optische lay-out van de Kepler-buis.

In dit geval hebben we een omgekeerd beeld, nou ja, fotografen zijn hier geen vreemden voor. Sommige digitale apparaten hebben de mogelijkheid om de afbeelding op het scherm te spiegelen. Ik zou graag zo'n mogelijkheid hebben voor alle digitale camera's, omdat het zonde lijkt om het optische systeem af te schermen om het beeld in digitale camera's te roteren. Het eenvoudigste systeem van een spiegel die onder een hoek van 45 graden ten opzichte van het scherm is bevestigd, kan echter in een paar minuten worden gebouwd.

Ik heb dus een combinatie van standaard optische elementen gevonden die kan worden gebruikt in combinatie met de meest gangbare digitale cameralens van tegenwoordig met een brandpuntsafstand van 7-21 mm. Sony noemt deze lens Vario Sonnar, lenzen met een vergelijkbaar ontwerp zijn geïnstalleerd in Canon (G1, G2), Casio (QV3000, QV3500, QV4000), Epson PC 3000Z, Toshiba PDR-M70, Sony (S70, S75, S85) camera's. De Kepler-buis die ik heb gekregen, laat goede resultaten zien en stelt je in staat om verschillende verwisselbare lenzen in je ontwerp te gebruiken. Het systeem is ontworpen om te werken wanneer de standaardlens is ingesteld op een maximale brandpuntsafstand van 21 mm en een Jupiter-3- of Helios-44-lens eraan is bevestigd als oculair van de telescoop, vervolgens een verlengbalg en een willekeurige lens met een brandpuntsafstand groter dan 50 mm zijn geïnstalleerd.

Optische schema's van lenzen die worden gebruikt als oculairs van het telescopische systeem.

Het geluk was dat als je de Jupiter-3-lens met de intreepupil op de lens van het apparaat plaatst en de uittredepupil op de balg, de aberraties aan de randen van het frame erg matig blijken te zijn. Als we een Pentacon 135 lens als lens gebruiken en een Jupiter 3 lens als oculair, dan op het oog, hoe we het oculair ook draaien, het beeld verandert eigenlijk niet, we hebben een buis met een vergroting van 2,5x. Als we in plaats van het oog de lens van het apparaat gebruiken, verandert het beeld drastisch en verdient het gebruik van de Jupiter-3-lens, die door de intreepupil naar de cameralens wordt gedraaid, de voorkeur.

Casio QV3000 + Jupiter-3 + Pentacon 135

Als je Jupiter-3 als oculair gebruikt en Helios-44 als lens, of een systeem van twee Helios-44-lenzen maakt, dan verandert de brandpuntsafstand van het resulterende systeem niet echt, maar met behulp van pelsrekking kunnen we kan van bijna elke afstand schieten.

Afgebeeld is een foto van een postzegel gemaakt door een systeem dat bestaat uit een Casio QV4000-camera en twee Helios-44-lenzen. Cameralens diafragma 1:8. De afmeting van de afbeelding in de lijst is 31 mm. Fragmenten die overeenkomen met het midden en de hoek van het frame worden weergegeven. Helemaal aan de rand gaat de beeldkwaliteit sterk achteruit in resolutie en neemt de verlichting af. Bij gebruik van een dergelijk schema is het logisch om een ​​deel van de afbeelding te gebruiken dat ongeveer 3/4 van het framegebied in beslag neemt. Van 4 megapixels maken we er 3, en van 3 megapixels maken we 2.3 - en alles is erg gaaf

Als we longfocuslenzen gebruiken, dan is de vergroting van het systeem gelijk aan de verhouding van de brandpuntsafstanden van het oculair en de lens, en aangezien de brandpuntsafstand van Jupiter-3 50 mm is, kunnen we gemakkelijk een mondstuk met een 3-voudige toename van de brandpuntsafstand. Het ongemak van een dergelijk systeem is de lichtafval van de hoeken van het frame. Omdat de veldmarge vrij klein is, leidt elke opening van de buislens ertoe dat we een afbeelding zien die is ingeschreven in een cirkel in het midden van het frame. Bovendien is dit goed in het midden van het frame, maar het kan zijn dat het ook niet in het midden zit, waardoor het systeem niet voldoende mechanische stijfheid heeft en de lens door zijn eigen gewicht is verschoven van het optische as. Lichtafval van het frame valt minder op wanneer lenzen voor middenformaat camera's en vergroters worden gebruikt. De beste resultaten in deze parameter werden getoond door het Ortagoz f=135 mm lenssysteem van de camera.
Oculair - Jupiter-3, lens - Ortagoz f=135 mm,

In dit geval zijn de vereisten voor de uitlijning van het systeem echter zeer, zeer streng. De minste verschuiving van het systeem zal leiden tot lichtafval van een van de hoeken. Om te controleren hoe goed uw systeem is uitgelijnd, kunt u het diafragma van de Ortagoz-lens sluiten en zien hoe gecentreerd de resulterende cirkel is. Er wordt altijd gefotografeerd met het diafragma van de lens en het oculair volledig open, en het diafragma wordt geregeld door het diafragma van de ingebouwde lens van de camera. In de meeste gevallen wordt scherpstellen gedaan door de lengte van de balg te veranderen. Als de lenzen die in het telescopische systeem worden gebruikt, hun eigen bewegingen hebben, wordt nauwkeurig scherpstellen bereikt door ze te draaien. En tot slot kan er extra scherpgesteld worden door de cameralens te bewegen. En bij goed licht werkt zelfs het autofocussysteem. De brandpuntsafstand van het resulterende systeem is te groot voor portretfotografie, maar een fragment van een gezichtsopname is heel geschikt om de kwaliteit te beoordelen.

Het is onmogelijk om het werk van de lens te beoordelen zonder scherp te stellen op oneindig, en hoewel het weer duidelijk niet heeft bijgedragen aan dergelijke foto's, neem ik ze ook mee.

Je kunt een lens plaatsen met een kortere brandpuntsafstand dan het oculair, en dat is wat er gebeurt. Dit is echter meer een curiositeit dan een methode van praktische toepassing.

Een paar woorden over de specifieke installatie-implementatie

De bovenstaande methoden voor het bevestigen van optische elementen aan de camera zijn geen richtlijn voor actie, maar informatie voor reflectie. Bij het werken met de Casio QV4000 en QV3500 camera's wordt voorgesteld om de native LU-35A adapterring met een 58 mm schroefdraad te gebruiken en daar vervolgens alle andere optische elementen aan te bevestigen. Bij het werken met de Casio QV 3000 heb ik het bevestigingsontwerp met schroefdraad van 46 mm gebruikt dat wordt beschreven in het artikel Casio QV-3000 Camera Refinement. Om de Helios-44-lens te monteren, werd een leeg frame voor lichtfilters met een schroefdraad van 49 mm op het staartgedeelte geplaatst en aangedrukt met een moer met een M42-schroefdraad. Ik kreeg de moer door een deel van de adapterverlengring af te zagen. Vervolgens gebruikte ik een Jolos-adapterwikkelring van M49 naar M59-schroefdraad. Aan de andere kant werd een wikkelring voor macrofotografie M49 × 0.75-M42 × 1 op de lens geschroefd, vervolgens een M42-huls, ook gemaakt van een gezaagde verlengring, en vervolgens standaard balgen en lenzen met een M42-schroefdraad. Er zijn heel veel adapterringen met M42 schroefdraad. Ik gebruikte adapterringen voor B- of C-montage, of een adapterring voor M39-schroefdraad. Om de Jupiter-3 lens als oculair te monteren werd er een adapter vergrotingsring van de M40.5 schroefdraad naar M49 mm in de schroefdraad voor het filter geschroefd, vervolgens werd de Jolos wikkelring van M49 naar M58 gebruikt, en toen werd dit systeem aan het apparaat bevestigd. Aan de andere kant van de lens werd een koppeling met een M39 schroefdraad geschroefd, daarna een adapterring van M39 naar M42, en dan gelijkaardig aan het systeem met de Helios-44 lens.

Resultaten van het testen van de resulterende optische systemen in een apart bestand geplaatst. Het bevat foto's van de geteste optische systemen en snapshots van de wereld, in het midden in de hoek van het frame. Hier geef ik alleen de laatste tabel met maximale resolutiewaarden in het midden en in de hoek van het frame voor de geteste ontwerpen. Resolutie wordt uitgedrukt in streek/pixel. Zwart-witte lijnen - 2 slagen.

Gevolgtrekking

Het schema is geschikt voor werk op elke afstand, maar de resultaten zijn vooral indrukwekkend voor macrofotografie, omdat de aanwezigheid van balgen in het systeem het gemakkelijk maakt om scherp te stellen op objecten in de buurt. Hoewel Jupiter-3 in sommige combinaties een hogere resolutie geeft, maar groter dan Helios-44, maakt lichtafval het minder aantrekkelijk als permanent oculair voor een systeem met verwisselbare lenzen.

Ik zou bedrijven die allerlei ringen en accessoires voor camera's produceren willen wensen dat ze een koppeling maken met een M42-schroefdraad en adapterringen van een M42-schroefdraad naar een filterschroefdraad, met een M42-schroefdraad inwendig en een uitwendig schroefdraad voor het filter.

Ik geloof dat als een of andere optische fabriek een gespecialiseerd oculair van een telescopisch systeem maakt voor gebruik met digitale camera's en willekeurige lenzen, er enige vraag naar zo'n product zal zijn. Uiteraard moet zo'n optisch ontwerp zijn voorzien van een adapterring voor bevestiging aan de camera en een schroefdraad of vatting voor bestaande lenzen,

Dat is eigenlijk alles. Ik liet zien wat ik deed, en je beoordeelt zelf of deze kwaliteit bij je past of niet. En verder. Aangezien er één succesvolle combinatie was, zijn er waarschijnlijk andere. Kijk, misschien heb je geluk.

Deze dagen vieren we de 400e verjaardag van de oprichting van de optische telescoop - het eenvoudigste en meest efficiënte wetenschappelijke instrument dat de deur naar het heelal voor de mensheid opende. De eer om de eerste telescopen te maken behoort met recht toe aan Galileo.

Zoals u weet, begon Galileo Galilei midden 1609 te experimenteren met lenzen, nadat hij vernam dat er in Nederland een telescoop was uitgevonden voor de behoeften van navigatie. Het werd in 1608 gemaakt, mogelijk onafhankelijk door de Nederlandse opticiens Hans Lippershey, Jacob Metius en Zacharias Jansen. In slechts zes maanden tijd slaagde Galileo erin om deze uitvinding aanzienlijk te verbeteren, een krachtig astronomisch instrument te creëren op basis van zijn principe, en een aantal verbazingwekkende ontdekkingen te doen.

Het succes van Galileo bij het verbeteren van de telescoop kan niet als toeval worden beschouwd. De Italiaanse meesters van glas waren toen al door en door beroemd geworden: in de 13e eeuw. ze hebben een bril uitgevonden. En het was in Italië dat de theoretische optica op zijn best was. Door de werken van Leonardo da Vinci veranderde het van een deel van de geometrie in een praktische wetenschap. "Maak een bril voor je ogen om de maan groot te zien", schreef hij aan het einde van de 15e eeuw. Misschien, hoewel er geen direct bewijs voor is, slaagde Leonardo erin een telescopisch systeem te implementeren.

Oorspronkelijk onderzoek naar optica werd uitgevoerd in het midden van de 16e eeuw. Italiaanse Francesco Mavrolik (1494-1575). Zijn landgenoot Giovanni Battista de la Porta (1535-1615) wijdde twee prachtige werken aan optica: "Natural Magic" en "On Refraction". In het laatste geeft hij zelfs het optische schema van de telescoop en beweert dat hij kleine objecten op grote afstand kon zien. In 1609 probeert hij de prioriteit bij de uitvinding van de telescoop te verdedigen, maar het feitelijke bewijs hiervoor was niet genoeg. Hoe het ook zij, Galileo's werk op dit gebied begon op goed voorbereide grond. Maar, als eerbetoon aan de voorgangers van Galileo, laten we niet vergeten dat hij het was die een werkbaar astronomisch instrument maakte van grappig speelgoed.

Galileo begon zijn experimenten met een eenvoudige combinatie van een positieve lens als objectief en een negatieve lens als oculair, wat een drievoudige vergroting opleverde. Nu wordt dit ontwerp een theatrale verrekijker genoemd. Dit is het meest populaire optische apparaat na een bril. Natuurlijk worden in moderne theaterverrekijkers hoogwaardige gecoate lenzen, soms zelfs complexe, bestaande uit meerdere glazen, gebruikt als objectief en oculair. Ze geven een breed gezichtsveld en een uitstekende beeldkwaliteit. Galileo gebruikte eenvoudige lenzen voor zowel het objectief als het oculair. Zijn telescopen leden aan de sterkste chromatische en sferische aberraties, d.w.z. gaf een beeld dat wazig was aan de randen en onscherp in verschillende kleuren.

Galileo stopte echter niet, zoals de Nederlandse meesters, bij de "theatrale verrekijker", maar ging door met experimenten met lenzen en in januari 1610 had hij verschillende instrumenten gemaakt met vergrotingen van 20 tot 33 keer. Met hun hulp deed hij zijn opmerkelijke ontdekkingen: hij ontdekte de satellieten van Jupiter, bergen en kraters op de maan, ontelbare sterren in de Melkweg, enz. Al medio maart 1610 in Venetië in het Latijn, 550 exemplaren van Het werk van Galileo werd gepubliceerd "The Starry Messenger", waar deze eerste ontdekkingen van telescopische astronomie werden beschreven. In september 1610 ontdekt de wetenschapper de fasen van Venus, en in november ontdekt hij tekenen van een ring in de buurt van Saturnus, hoewel hij de ware betekenis van zijn ontdekking niet beseft ("Ik heb de hoogste planeet in triplet waargenomen", schrijft hij in een anagram, in een poging de prioriteit van ontdekking veilig te stellen). Misschien heeft geen enkele telescoop van de volgende eeuwen zo'n bijdrage aan de wetenschap geleverd als de eerste telescoop van Galileo.

Liefhebbers van astronomie die telescopen probeerden te maken uit brillenglazen, zijn echter vaak verbaasd over de lage capaciteiten van hun ontwerpen, die duidelijk inferieur zijn in termen van "observatiemogelijkheden" aan de ambachtelijke telescoop van Galileo. Vaak kan het moderne "Galilea" zelfs de satellieten van Jupiter niet detecteren, om nog maar te zwijgen van de fasen van Venus.

In Florence herbergt het Museum van de Geschiedenis van de Wetenschap (naast de beroemde Uffizi Picture Gallery) twee van de eerste telescopen die door Galileo zijn gebouwd. Er is ook een gebroken lens van de derde telescoop. Deze lens werd in 1609-1610 door Galileo voor veel waarnemingen gebruikt. en werd door hem aangeboden aan de groothertog Ferdinand II. De lens werd later per ongeluk gebroken. Na de dood van Galileo (1642) werd deze lens bewaard door prins Leopold de Medici en na zijn dood (1675) werd hij toegevoegd aan de Medici-collectie in de Galleria degli Uffizi. In 1793 werd de collectie overgedragen aan het Museum van de Geschiedenis van de Wetenschappen.

Zeer interessant is het decoratief gevormde ivoren montuur dat voor de Galileïsche lens is gemaakt door de graveur Vittorio Krosten. Rijke en bizarre bloemenversieringen worden afgewisseld met afbeeldingen van wetenschappelijke instrumenten; verschillende Latijnse inscripties zijn organisch in het patroon verwerkt. Aan de bovenkant zat vroeger een lint, nu verloren, met het opschrift "MEDICEA SIDERA" ("Medici Stars"). Het centrale deel van de compositie wordt bekroond door het beeld van Jupiter met de banen van 4 van zijn satellieten, omgeven door de tekst "CLARA DEUM SOBOLES MAGNUM IOVIS INCREMENTUM" ("Glorieuze [jonge] generatie van goden, grote nakomelingen van Jupiter") . Links en rechts - allegorische gezichten van de zon en de maan. De inscriptie op het lint dat de krans rond de lens verstrengelt, luidt: "HIC ET PRIMUS RETEXIT MACULAS PHEBI ET IOVIS ASTRA" ("Hij was de eerste die zowel de vlekken van Phoebus (d.w.z. de zon) als de sterren van Jupiter ontdekte"). Op de cartouche daaronder de 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" tot nu toe onzichtbaar, door hun leeftijdsgenoot terecht ook wel Medicean genoemd de sterren.

Informatie over de tentoonstelling is beschikbaar op de website van het Museum of the History of Science: link nr. 100101; referentie nr. 404001.

Aan het begin van de 20e eeuw werden de telescopen van Galileo, opgeslagen in het Florentijnse museum, bestudeerd (zie tabel). Er zijn zelfs astronomische waarnemingen mee gedaan.

Optische kenmerken van de eerste objectieven en oculairs van Galileïsche telescopen (afmetingen in mm)

Het bleek dat de eerste buis een resolutie had van 20" en een gezichtsveld van 15". En de tweede, respectievelijk, 10 "en 15". De toename in de eerste buis was 14-voudig en de tweede 20-voudig. De gebroken lens van de derde buis met de oculairs van de eerste twee buizen zou een vergroting geven van 18 en 35 keer. Dus, zou Galileo zijn verbazingwekkende ontdekkingen hebben gedaan met zulke onvolmaakte gereedschappen?

historisch experiment

Het was deze vraag die de Engelsman Stephen Ringwood stelde en om het antwoord te vinden, maakte hij een exacte kopie van de beste Galilean-telescoop (Ringwood SD A Galilean telescope // The Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, 1994, vol 35, 1, blz. 43-50) . In oktober 1992 maakte Steve Ringwood het ontwerp van Galileo's derde telescoop na en deed er een jaar lang allerlei waarnemingen mee. De lens van zijn telescoop had een diameter van 58 mm en een brandpuntsafstand van 1650 mm. Net als Galileo stopte Ringwood zijn lens tot een diafragmadiameter van D = 38 mm om een ​​betere beeldkwaliteit te verkrijgen met een relatief klein verlies aan doordringend vermogen. Het oculair was een negatieve lens met een brandpuntsafstand van -50 mm, een vergroting van 33 keer. Omdat bij dit ontwerp van de telescoop het oculair voor het brandvlak van het objectief is geplaatst, was de totale lengte van de buis 1440 mm.

Ringwood beschouwt het grootste nadeel van de Galileo-telescoop als het kleine gezichtsveld - slechts 10", oftewel een derde van de maanschijf. Bovendien is de beeldkwaliteit aan de rand van het gezichtsveld erg laag. Rayleigh-criterium dat de diffractielimiet van de resolutie van de lens beschrijft, zou men kwaliteitsbeelden verwachten in 3,5-4,0". Echter, chromatische aberratie verminderde het tot 10-20". Het doordringende vermogen van de telescoop, geschat met een eenvoudige formule (2 + 5lg D), werd rond de +9,9 m verwacht. In werkelijkheid was het echter niet mogelijk om sterren te detecteren die zwakker waren dan +8 m.

Bij het observeren van de maan presteerde de telescoop goed. Het slaagde erin nog meer details te zien dan Galileo op zijn eerste maankaarten had getekend. "Misschien was Galileo een onbelangrijk tekenaar, of was hij niet erg geïnteresseerd in de details van het maanoppervlak?" Ringwood vraagt ​​zich af. Of misschien was Galileo's ervaring met het maken van telescopen en het observeren ermee nog niet groot genoeg? Wij denken dat dit de reden is. De kwaliteit van de glazen, gepolijst door Galileo's eigen handen, kon niet concurreren met moderne glazen. En natuurlijk leerde Galileo niet meteen door een telescoop kijken: visuele waarnemingen vereisen veel ervaring.

Trouwens, waarom deden de makers van de eerste telescopen - de Nederlanders - geen astronomische ontdekkingen? Na waarnemingen met een theaterverrekijker (2,5-3,5 keer vergroting) en met verrekijkers (7-8 keer vergroting), zul je merken dat er een afgrond ligt tussen hun mogelijkheden. Moderne hoogwaardige 3x verrekijkers maken het mogelijk (bij observatie met één oog!) de grootste maankraters nauwelijks op te merken; het is duidelijk dat een Nederlandse pijp met dezelfde vergroting, maar van mindere kwaliteit, dit niet eens zou kunnen. Veldverrekijkers, die ongeveer dezelfde mogelijkheden bieden als de eerste telescopen van Galileo, tonen ons de maan in al zijn glorie, met veel kraters. Nadat hij de Nederlandse pijp had verbeterd en een meerdere malen hogere vergroting had bereikt, stapte Galileo over de "drempel van ontdekkingen". Sindsdien heeft dit principe in de experimentele wetenschap niet gefaald: als het je lukt om de leidende parameter van het apparaat meerdere keren te verbeteren, zul je zeker een ontdekking doen.

Verreweg de meest opmerkelijke ontdekking van Galileo was de ontdekking van de vier satellieten van Jupiter en de schijf van de planeet zelf. In tegenstelling tot de verwachtingen, had de lage kwaliteit van de telescoop niet veel invloed op de waarnemingen van het Jupiter-satellietsysteem. Ringwood zag duidelijk alle vier de satellieten en kon, net als Galileo, elke nacht hun beweging ten opzichte van de planeet waarnemen. Toegegeven, het was niet altijd mogelijk om het beeld van de planeet en de satelliet tegelijkertijd goed te focussen: de chromatische aberratie van de lens was erg storend.

Maar wat Jupiter zelf betreft, Ringwood kon, net als Galileo, geen details op de schijf van de planeet ontdekken. Zwak contrasterende breedtebanden die Jupiter langs de evenaar kruisten, werden volledig weggespoeld als gevolg van aberratie.

Een zeer interessant resultaat werd verkregen door Ringwood bij het observeren van Saturnus. Net als Galileo zag hij bij een vergroting van 33 keer alleen zwakke zwellingen ("mysterieuze aanhangsels", zoals Galileo schreef) aan de zijkanten van de planeet, die de grote Italiaan natuurlijk niet als een ring kon interpreteren. Verdere experimenten van Ringwood toonden echter aan dat bij gebruik van andere oculairs met een hoge vergroting, nog steeds duidelijkere kenmerken van de ring konden worden onderscheiden. Als Galileo dit tijdig had gedaan, zou de ontdekking van de ringen van Saturnus bijna een halve eeuw eerder hebben plaatsgevonden en niet aan Huygens hebben toebehoord (1656).

Waarnemingen van Venus toonden echter aan dat Galileo al snel een bekwaam astronoom werd. Het bleek dat de fasen van Venus niet zichtbaar zijn bij de grootste elongatie, omdat de hoekmaat te klein is. En pas toen Venus de aarde naderde en in fase 0.25 haar hoekdiameter 45 " bereikte, werd de halvemaanvorm merkbaar. Op dat moment was de hoekafstand van de zon niet meer zo groot en waren waarnemingen moeilijk.

Het meest merkwaardige in Ringwoods historisch onderzoek was misschien wel de ontmaskering van een oude misvatting over Galileo's waarnemingen van de zon. Tot nu toe werd algemeen aangenomen dat het onmogelijk was om de zon waar te nemen met een Galilese telescoop door het beeld ervan op een scherm te projecteren, omdat de negatieve lens van het oculair geen echt beeld van het object kan vormen. Alleen de telescoop van het Kepler-systeem van twee positieve lenzen, iets later uitgevonden, maakte het mogelijk. Men geloofde dat de Duitse astronoom Christoph Scheiner (1575-1650) de eerste was die de zon observeerde op een scherm achter het oculair. Tegelijkertijd en onafhankelijk van Kepler creëerde hij in 1613 een telescoop met een soortgelijk ontwerp. Hoe observeerde Galileo de zon? Hij was tenslotte degene die zonnevlekken ontdekte. Lange tijd was er de overtuiging dat Galileo het daglicht observeerde met zijn oog door het oculair, de wolken als lichtfilters gebruikte of naar de zon keek in de mist laag boven de horizon. Men geloofde dat Galileo's verlies van gezichtsvermogen op hoge leeftijd gedeeltelijk werd veroorzaakt door zijn waarnemingen van de zon.

Ringwood ontdekte echter dat zelfs Galileo's telescoop een behoorlijk behoorlijke projectie van het zonnebeeld op het scherm kon produceren, waarbij zonnevlekken heel duidelijk zichtbaar waren. Later, in een van Galileo's brieven, ontdekte Ringwood een gedetailleerde beschrijving van waarnemingen van de zon door zijn beeld op een scherm te projecteren. Het is vreemd dat deze omstandigheid niet eerder is opgemerkt.

Ik denk dat elke amateur van astronomie zichzelf het plezier niet zal ontzeggen om een ​​paar avonden "Galilea te worden". Om dit te doen, hoef je alleen maar een Galilese telescoop te maken en de ontdekkingen van de grote Italiaan te herhalen. Als kind maakte een van de auteurs van deze notitie Kepler-buisjes van brillenglazen. En al op volwassen leeftijd kon hij het niet laten en bouwde een instrument vergelijkbaar met de telescoop van Galileo. De gebruikte lens was een bevestigingslens met een diameter van 43 mm en een sterkte van +2 dioptrie, en een oculair met een brandpuntsafstand van ongeveer -45 mm werd genomen uit een oude theaterverrekijker. De telescoop bleek niet erg krachtig te zijn, met een vergroting van slechts 11 keer, maar hij had ook een klein gezichtsveld, ongeveer 50 "in diameter, en de beeldkwaliteit was ongelijk en verslechterde aanzienlijk naar de rand toe. beelden werden veel beter toen de lens werd geopend tot een diameter van 22 mm, en zelfs beter - tot 11 mm. De helderheid van de beelden nam natuurlijk af, maar de waarnemingen van de maan profiteerden hier zelfs van.

Zoals verwacht produceerde deze telescoop bij het bekijken van de zon geprojecteerd op een wit scherm inderdaad een afbeelding van de zonneschijf. Het negatieve oculair vergroot de equivalente brandpuntsafstand van de lens meerdere malen (teleprincipe). Omdat er geen informatie is op welk statief Galileo zijn telescoop heeft gemonteerd, observeerde de auteur terwijl hij de pijp in zijn handen hield en een boomstam, een hek of een open raamkozijn als steun voor zijn handen gebruikte. Bij 11x was dit genoeg, maar bij 30x kon Galileo natuurlijk problemen krijgen.

We kunnen aannemen dat het historische experiment om de eerste telescoop na te maken een succes was. Nu weten we dat de telescoop van Galileo een nogal onhandig en slecht instrument was vanuit het oogpunt van de moderne astronomie. In alle opzichten was het zelfs inferieur aan de huidige amateurinstrumenten. Hij had maar één voordeel: hij was de eerste, en zijn schepper Galileo "perste" alles uit zijn instrument wat mogelijk was. Hiervoor eren we Galileo en zijn eerste telescoop.

Wees Galileo

Dit jaar is 2009 uitgeroepen tot het Internationale Jaar van de Sterrenkunde ter ere van de 400e verjaardag van de geboorte van de telescoop. In het computernetwerk zijn, naast de bestaande, veel nieuwe prachtige sites verschenen met verbazingwekkende afbeeldingen van astronomische objecten.

Maar hoe vol interessante informatie internetsites ook waren, het belangrijkste doel van de MGA was om aan iedereen het echte universum te demonstreren. Daarom was een van de prioritaire projecten de productie van goedkope telescopen die voor iedereen beschikbaar waren. De meest massieve was de "galileoscoop" - een kleine refractor ontworpen door zeer professionele astronomen-optica. Dit is geen exacte kopie van Galileo's telescoop, maar eerder zijn moderne reïncarnatie. De "galileoscoop" heeft een achromatische lens met twee lenzen met een diameter van 50 mm en een brandpuntsafstand van 500 mm. Het kunststof oculair met 4 lenzen geeft een vergroting van 25x en de 2x Barlow brengt deze tot 50x. Het gezichtsveld van de telescoop is 1,5 o (of 0,75 o met een Barlow-lens). Met zo'n tool kun je gemakkelijk alle ontdekkingen van Galileo "herhalen".

Galileo zelf zou ze met zo'n telescoop echter veel groter hebben gemaakt. Het prijskaartje van $ 15-20 aan de tool maakt het echt toegankelijk voor het publiek. Vreemd genoeg, met een standaard positief oculair (zelfs met een Barlow-lens), is de "galileoscoop" eigenlijk een Kepler-buis, maar wanneer gebruikt als een oculair met alleen een Barlow-lens, doet het zijn naam eer aan en wordt het een 17x Galileïsche buis. De ontdekkingen van de grote Italiaan herhalen in zo'n (originele!) configuratie is geen gemakkelijke opgave.

Dit is een zeer handig en vrij massaal hulpmiddel, geschikt voor scholen en beginners in de astronomie. De prijs is aanzienlijk lager dan eerdere telescopen met vergelijkbare mogelijkheden. Het zou zeer wenselijk zijn om dergelijke instrumenten voor onze scholen aan te schaffen.