Okulár v Keplerovom ďalekohľade je zbiehavá šošovka. keplerov ďalekohľad

Zvedavosť a túžba robiť nové objavy veľkého vedca G. Galilea dali svetu úžasný vynález, bez ktorého si nemožno predstaviť modernú astronómiu - toto ďalekohľad. Taliansky vynálezca, ktorý pokračoval vo výskume holandských vedcov, dosiahol vo veľmi krátkom čase výrazné zväčšenie mierky ďalekohľadu – stalo sa tak len za pár týždňov.

Galileov pozorovací ďalekohľad pripomínali moderné vzorky len vzdialene – išlo o jednoduchú olovenú tyčinku, na ktorej konce profesor umiestnil bikonvexné a bikonkávne šošovky.

Dôležitou črtou a hlavným rozdielom medzi výtvorom Galilea a predtým existujúcimi ďalekohľadmi bola dobrá kvalita obrazu získaná vďaka kvalitnému brúseniu optických šošoviek - profesor sa osobne zaoberal všetkými procesmi, nikomu nedôveroval jemnú prácu. Usilovnosť a odhodlanie vedca priniesli svoje ovocie, hoci na slušný výsledok bolo treba vynaložiť veľa starostí – z 300 šošoviek malo potrebné vlastnosti a kvalitu len málo možností.

Vzorky, ktoré prežili dodnes, sú obdivované mnohými odborníkmi - aj podľa moderných štandardov je kvalita optiky vynikajúca, a to s prihliadnutím na skutočnosť, že šošovky existujú už niekoľko storočí.

Napriek predsudkom, ktoré prevládali v stredoveku, a tendencii považovať pokrokové myšlienky za „diablove machinácie“, si spektroskopia získala zaslúženú obľubu v celej Európe.

Vylepšený vynález umožnil získať tridsaťpäťnásobné zvýšenie, čo je počas životnosti Galilea nemysliteľné. S pomocou svojho ďalekohľadu urobil Galileo množstvo astronomických objavov, ktoré umožnili otvoriť cestu modernej vede a vzbudiť nadšenie a smäd po výskume v mnohých zvedavých a zvedavých hlavách.

Optický systém vynájdený Galileom mal množstvo nedostatkov - najmä podliehal chromatickej aberácii, ale následné vylepšenia vedcov umožnili tento efekt minimalizovať. Stojí za zmienku, že pri stavbe známeho parížskeho observatória boli použité ďalekohľady vybavené Galileovým optickým systémom.

Galileov ďalekohľad alebo ďalekohľad má malý pozorovací uhol - to možno považovať za jeho hlavnú nevýhodu. Podobný optický systém sa v súčasnosti používa v divadelných ďalekohľadoch, čo sú v skutočnosti dva pozorovacie ďalekohľady spojené dohromady.

Moderné divadelné ďalekohľady s centrálnym vnútorným zaostrovacím systémom zvyčajne ponúkajú zväčšenie 2,5-4x, čo je dostatočné na pozorovanie nielen divadelných predstavení, ale aj športových a koncertných podujatí, vhodné na poznávacie výlety spojené s podrobnou prehliadkou pamiatok.

Malé rozmery a elegantný dizajn moderných divadelných ďalekohľadov z nich robí nielen pohodlný optický prístroj, ale aj originálny doplnok.

Pozorovací ďalekohľad je optický prístroj určený na pozorovanie veľmi vzdialených predmetov okom. Podobne ako mikroskop sa skladá z objektívu a okuláru; oba sú viac či menej zložité optické systémy, aj keď nie také zložité ako v prípade mikroskopu; schematicky ich však znázorníme tenkými šošovkami. V ďalekohľadoch sú šošovka a okulár usporiadané tak, že zadné ohnisko šošovky sa takmer zhoduje s predným ohniskom okuláru (obr. 253). Objektív vytvára skutočne zmenšený inverzný obraz nekonečne vzdialeného objektu v jeho zadnej ohniskovej rovine; tento obraz sa pozerá cez okulár, ako cez lupu. Ak sa predné ohnisko okuláru zhoduje so zadným ohniskom objektívu, potom pri pozorovaní vzdialeného objektu vychádzajú z okuláru lúče paralelných lúčov, čo je vhodné na pozorovanie normálnym okom v pokojnom stave (bez akomodácie) ( pozri § 114). Ale ak je videnie pozorovateľa trochu odlišné od normálneho, potom sa okulár posunie a nastaví ho „podľa očí“. Pohybom okuláru sa ďalekohľad „nasmeruje“ aj pri pozorovaní objektov nachádzajúcich sa v rôznych nie príliš veľkých vzdialenostiach od pozorovateľa.

Ryža. 253. Umiestnenie šošovky a okuláru v ďalekohľade: zadné ohnisko. Objektív sa zhoduje s predným ohniskom okuláru

Objektív ďalekohľadu musí byť vždy konvergujúci systém, zatiaľ čo okulár môže byť buď zbiehajúci sa alebo rozbiehavý. Pozorovací ďalekohľad so zberným (kladným) okulárom sa nazýva Keplerov tubus (obr. 254, a), tubus s divergujúcim (negatívnym) okulárom sa nazýva Galileov tubus (obr. 254, b). Objektív 1 ďalekohľadu poskytuje skutočný inverzný obraz vzdialeného objektu v jeho ohniskovej rovine. Rozbiehajúci sa zväzok lúčov z bodu dopadá na okulár 2; keďže tieto lúče vychádzajú z bodu v ohniskovej rovine okuláru, vychádza z neho lúč rovnobežný s vedľajšou optickou osou okuláru pod uhlom k hlavnej osi. Keď sa tieto lúče dostanú do oka, zbiehajú sa na jeho sietnici a poskytujú skutočný obraz zdroja.

Ryža. 254. Priebeh lúčov v ďalekohľade: a) Keplerova trubica; b) Galileiho fajka

Ryža. 255. Dráha lúčov v ďalekohľade hranolového poľa (a) a jej vzhľad (b). Zmena smeru šípky označuje „obrátenie“ obrazu po prechode lúčov časťou systému

(V prípade Galileovho tubusu (b) oko nie je zobrazené, aby obraz neprekrýval.) Uhol - uhol, ktorý zvierajú lúče dopadajúce na šošovku s osou.

Galileova trubica, často používaná v bežných divadelných ďalekohľadoch, poskytuje priamy obraz objektu, Keplerov trubica - prevrátená. Výsledkom je, že ak má Keplerov tubus slúžiť na pozemské pozorovania, potom je vybavený otočným systémom (prídavná šošovka alebo sústava hranolov), v dôsledku čoho sa obraz stáva rovným. Príkladom takéhoto zariadenia je hranolový ďalekohľad (obr. 255). Výhodou Keplerovho tubusu je, že má skutočný medziobraz, v rovine ktorého je možné umiestniť meraciu stupnicu, fotografickú dosku na fotenie a pod.. Výsledkom je, že v astronómii a vo všetkých prípadoch súvisiacich s meraniami , používa sa Keplerova trubica.

Práca na kurze

disciplína: Aplikovaná optika

K téme: Výpočet Keplerovej trubice

Úvod

Teleskopické optické systémy

1 Aberácie optických systémov

2 Sférická aberácia

3 Chromatická aberácia

4 Komatická aberácia (kóma)

5 Astigmatizmus

6 Zakrivenie obrazového poľa

7 Skreslenie (skreslenie)

Rozmerový výpočet optickej sústavy

Záver

Literatúra

Aplikácie

Úvod

Teleskopy sú astronomické optické prístroje určené na pozorovanie nebeských telies. Teleskopy sa používajú s použitím rôznych prijímačov žiarenia na vizuálne, fotografické, spektrálne, fotoelektrické pozorovania nebeských telies.

Vizuálne teleskopy majú šošovku a okulár a sú takzvaným teleskopickým optickým systémom: premieňajú paralelný lúč lúčov vstupujúcich do šošovky na paralelný lúč opúšťajúci okulár. V takomto systéme sa zadné ohnisko objektívu zhoduje s predným ohniskom okuláru. Jeho hlavné optické vlastnosti sú: zdanlivé zväčšenie Г, uhlové zorné pole 2W, priemer výstupnej pupily D, rozlíšenie a penetračná sila.

Zdanlivé zväčšenie optického systému je pomer uhla, pod ktorým je obraz daný optickým systémom zariadenia pozorovaný, k uhlovej veľkosti objektu pri priamom pohľade okom. Zjavné zväčšenie teleskopického systému:

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

kde f "ob a f" ok sú ohniskové vzdialenosti šošovky a okuláru,

D - vstupný priemer,

D" - výstupná pupila. Zväčšením ohniskovej vzdialenosti objektívu alebo zmenšením ohniskovej vzdialenosti okuláru možno dosiahnuť veľké zväčšenia. Čím väčšie je však zväčšenie ďalekohľadu, tým menšie je jeho zorné pole a väčšie skreslenie obrázkov objektov v dôsledku nedokonalosti optiky systému.

Výstupná pupila je najmenšia časť svetelného lúča opúšťajúceho ďalekohľad. Počas pozorovaní je zrenica oka zarovnaná s výstupnou pupilou systému; preto by nemala byť väčšia ako zrenica oka pozorovateľa. V opačnom prípade sa časť svetla zozbieraného šošovkou nedostane do oka a stratí sa. Priemer vstupnej pupily (rámu šošovky) je zvyčajne oveľa väčší ako zrenica oka a bodové zdroje svetla, najmä hviezdy, sa pri pohľade cez ďalekohľad javia oveľa jasnejšie. Ich zdanlivá jasnosť je úmerná druhej mocnine priemeru vstupnej pupily ďalekohľadu. Nevýrazné hviezdy, ktoré nie sú viditeľné voľným okom, možno jasne vidieť v ďalekohľade s veľkou vstupnou zrenicou. Počet hviezd viditeľných ďalekohľadom je oveľa väčší ako počet hviezd pozorovaných priamo okom.

ďalekohľad optická aberácia astronomický

1. Teleskopické optické systémy

1 Aberácie optických systémov

Aberácie optických sústav (lat. - odchýlka) - skreslenia, chyby obrazu spôsobené nedokonalosťou optickej sústavy. Aberáciám v rôznej miere podliehajú akékoľvek šošovky, dokonca aj tie najdrahšie. Predpokladá sa, že čím väčší je rozsah ohniskových vzdialeností šošovky, tým vyššia je úroveň jej aberácií.

Najbežnejšie typy aberácií sú uvedené nižšie.

2 Sférická aberácia

Väčšina šošoviek je konštruovaná pomocou šošoviek so sférickým povrchom. Výroba takýchto šošoviek je jednoduchá, ale sférický tvar šošoviek nie je ideálny na vytváranie ostrého obrazu. Efekt sférickej aberácie sa prejavuje zjemnením kontrastu a rozostrením detailov, takzvaným „mydlom“.

Ako sa to stane? Paralelné svetelné lúče prechádzajúce sférickou šošovkou sa lámu, lúče prechádzajúce okrajom šošovky sa spájajú v ohnisku bližšie k šošovke ako svetelné lúče prechádzajúce stredom šošovky. Inými slovami, okraje šošovky majú kratšiu ohniskovú vzdialenosť ako stred. Obrázok nižšie jasne ukazuje, ako lúč svetla prechádza cez sférickú šošovku a kvôli čomu vznikajú sférické aberácie.

Svetelné lúče prechádzajúce šošovkou blízko optickej osi (bližšie k stredu) sú zaostrené v oblasti B, ďalej od šošovky. Svetelné lúče prechádzajúce okrajovými zónami šošovky sú zaostrené v oblasti A, bližšie k šošovke.

3 Chromatická aberácia

Chromatická aberácia (CA) je jav spôsobený rozptylom svetla prechádzajúceho cez šošovku, t.j. rozkladá lúč svetla na jeho zložky. Lúče s rôznymi vlnovými dĺžkami (rôzne farby) sa lámu v rôznych uhloch, takže z bieleho lúča vzniká dúha.

Chromatické aberácie vedú k zníženiu jasnosti obrazu a výskytu farebných „praskov“, najmä na kontrastných objektoch.

Na boj proti chromatickým aberáciám sa používajú špeciálne apochromatické šošovky vyrobené z nízkodisperzného skla, ktoré nerozkladajú svetelné lúče na vlny.

1.4 Komatická aberácia (kóma)

Kóma alebo kómová aberácia je jav pozorovaný na okraji obrazu, ktorý je vytvorený šošovkou korigovanou na sférickú aberáciu a spôsobuje, že svetelné lúče vstupujúce do okraja šošovky pod určitým uhlom sa zbiehajú do kométy a nie do požadovaného bodu. Odtiaľ pochádza jeho názov.

Tvar kométy je orientovaný radiálne, pričom jej chvost smeruje buď k stredu snímky, alebo od nej. Výsledné rozmazanie na okrajoch obrazu sa nazýva odlesk v kóme. Kóma, ktorá sa môže vyskytnúť aj u šošoviek, ktoré presne reprodukujú bod ako bod na optickej osi, je spôsobená rozdielom lomu medzi svetelnými lúčmi z bodu umiestneného mimo optickej osi a prechádzajúcich okrajmi šošovky a hlavný svetelný lúč z toho istého bodu prechádzajúci stredom šošovky.

Kóma sa zvyšuje so zväčšujúcim sa uhlom hlavného lúča a vedie k zníženiu kontrastu na okrajoch obrazu. Určitý stupeň zlepšenia možno dosiahnuť zastavením šošovky. Kóma môže tiež spôsobiť vyfúknutie rozmazaných oblastí obrazu, čo vytvára nepríjemný efekt.

Eliminácia sférickej aberácie aj kómy pre objekt nachádzajúci sa v určitej vzdialenosti snímania sa nazýva aplanatizmus a takto korigovaná šošovka sa nazýva aplanatizmus.

5 Astigmatizmus

S objektívom korigovaným na sférickú a komatickú aberáciu bude bod objektu na optickej osi presne reprodukovaný ako bod na obrázku, ale bod objektu mimo optickej osi sa nezobrazí ako bod na obrázku, ale skôr ako bod. tieň alebo čiara. Tento typ aberácie sa nazýva astigmatizmus.

Tento jav môžete pozorovať na okrajoch obrazu, ak mierne posuniete ohnisko šošovky do polohy, v ktorej je bod objektu ostro znázornený ako čiara orientovaná v radiálnom smere od stredu obrazu, a opäť posuniete zaostrenie do inej polohy, v ktorej je bod objektu ostro znázornený ako čiara orientovaná v smere sústredného kruhu. (Vzdialenosť medzi týmito dvoma polohami zaostrenia sa nazýva astigmatický rozdiel.)

Inými slovami, svetelné lúče v poludníkovej rovine a svetelné lúče v sagitálnej rovine sú v rôznych polohách, takže tieto dve skupiny lúčov sa nespájajú v rovnakom bode. Keď je šošovka nastavená do optimálnej ohniskovej polohy pre poludníkovú rovinu, svetelné lúče v sagitálnej rovine sú zarovnané v smere sústredného kruhu (táto poloha sa nazýva poludníkové ohnisko).

Podobne, keď je šošovka nastavená do optimálnej ohniskovej polohy pre sagitálnu rovinu, svetelné lúče v poludníkovej rovine tvoria priamku orientovanú v radiálnom smere (táto poloha sa nazýva sagitálne ohnisko).

Pri tomto type skreslenia vyzerajú objekty na obrázku zakrivené, miestami rozmazané, rovné čiary sú zakrivené a je možné stmavenie. Ak šošovka trpí astigmatizmom, potom sú povolené náhradné diely, pretože tento jav nemožno vyliečiť.

6 Zakrivenie obrazového poľa

Pri tomto type aberácie je rovina obrazu zakrivená, takže ak je stred obrazu zaostrený, okraje obrazu sú neostré a naopak, ak sú okraje zaostrené, stred je mimo. zamerania.

1.7 Skreslenie (skreslenie)

Tento typ aberácie sa prejavuje skreslením priamych čiar. Ak sú priame čiary konkávne, skreslenie sa nazýva poduškovité, ak je konvexné - súdkovité. Objektívy so zoomom zvyčajne vytvárajú súdkové skreslenie pri širokouhlom zábere (minimálne priblíženie) a poduškovité skreslenie pri teleobjektíve (maximálne priblíženie).

2. Rozmerový výpočet optickej sústavy

Počiatočné údaje:

Na určenie ohniskových vzdialeností objektívu a okuláru riešime nasledovný systém:

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;

Priemer vstupnej pupily sa vypočíta podľa vzorca D \u003d D'G

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

Lineárne zorné pole okuláru sa zistí podľa vzorca:

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

Uhlové zorné pole okuláru sa zistí podľa vzorca:

Výpočet hranolového systému

D 1 -vstupná plocha prvého hranola;

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

D 1 \u003d 21,163781 mm;

Dĺžka lúča prvého hranolu =*2=21,163781*2=42,327562;

D 2 - vstupná plocha druhého hranola (odvodenie vzorca v prílohe 3);

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

D 2 \u003d 18,91 mm;

Dĺžka lúčov druhého hranolu =*2=18,91*2=37,82;

Pri výpočte optickej sústavy sa vzdialenosť medzi hranolmi volí v rozmedzí 0,5-2 mm;

Na výpočet prizmatického systému je potrebné ho vyniesť do vzduchu.

Skrátime dĺžku dráhy lúčov hranolov do vzduchu:

l 01 - dĺžka prvého hranola zredukovaná na vzduch

n=1,5688 (index lomu skla BK10)

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

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

Určenie veľkosti pohybu okuláru na zabezpečenie zaostrenia v rozmedzí ± 5 dioptrií

najprv musíte vypočítať cenu jednej dioptrie f ’ ok 2 / 1000 \u003d 0,384764 (cena jednej dioptrie.)

Pohybom okuláru dosiahnete požadované zaostrenie: mm

Kontrola potreby nanesenia reflexnej vrstvy na reflexné plochy:

(prípustný uhol odchýlky od axiálneho lúča, keď ešte nie je porušená podmienka úplného vnútorného odrazu)

(medzný uhol dopadu lúčov na vstupnú plochu hranola, pri ktorom nie je potrebné nanášať reflexnú vrstvu) . Preto: reflexný náter nie je potrebný.

Výpočet okuláru:

Keďže 2ω’ = 34,9, požadovaný typ okuláru je symetrický.

f’ ok = 19,6154 mm (vypočítaná ohnisková vzdialenosť);

Kp \u003d S ' F / f ' ok \u003d 0,75 (konverzný faktor)

S 'F \u003d K p * f ' v poriadku

S 'F = 0,75* f' ok (hodnota zadnej ohniskovej vzdialenosti)

Odstránenie výstupnej pupily sa určuje podľa vzorca: S’ p = S’ F + z’ p

z’ p sa zistí podľa Newtonovho vzorca: z’ p = -f’ ok 2 / z p kde z p je vzdialenosť od predného ohniska okulára k apertúrnej clone. V pozorovacích ďalekohľadoch so systémom obklopujúcim hranol je apertúrnou clonou zvyčajne tubus objektívu. Ako prvú aproximáciu môžeme vziať zp rovnú ohniskovej vzdialenosti šošovky so znamienkom mínus, teda:

zp = -235,3846 mm

Odstránenie výstupnej pupily sa rovná:

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

Výpočet aberácie komponentov optického systému.

Výpočet aberácie zahŕňa výpočet aberácií okuláru a hranola pre tri vlnové dĺžky.

Výpočet aberácie okuláru:

Výpočet aberácií okuláru sa vykonáva v opačnom smere lúčov pomocou softvérového balíka ROSA.

δy' ok \u003d 0,0243

Výpočet aberácií hranolového systému:

Aberácie odrazových hranolov sa vypočítajú pomocou vzorcov pre odchýlky tretieho rádu ekvivalentnej planparalelnej dosky. Pre sklo BK10 (n=1,5688).

Pozdĺžna sférická aberácia:

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

b'=arctg(D/2*f'ob)=3,64627 o

d = 2Di + 2D2 = 80,15 mm

dS' pr \u003d 0,061337586

Polohový chromatizmus:

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

Meridiánová kóma:

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

δy" = -0,001606181

Výpočet aberácie objektívu:

Pozdĺžna sférická aberácia δS'sf:

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

Polohový chromatizmus:

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

Meridiánová kóma:

δy’ to = δy’ ok - δy’ pr

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

Definícia konštrukčných prvkov šošovky.

Aberácie tenkého optického systému sú určené tromi hlavnými parametrami P, W, C. Približný vzorec prof. G.G. Slyusareva spája hlavné parametre P a W:

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

Výpočet dvojšošoviek lepených šošoviek sa redukuje na nájdenie určitej kombinácie okuliarov s danými hodnotami P 0 a C.

Výpočet dvojšošoviek podľa metódy prof. G.G. Slyusareva:

) Na základe hodnôt aberácií šošovky δS’ xp, δS’ sf, δy’ k. získaných z podmienok na kompenzáciu aberácií hranolového systému a okuláru sa zistia súčty aberácií:

SI xp = 5S' xp = -0,42673442

S I \u003d 2 * δS 'sf / (tgb ') 2

SI = 6,516521291

S II \u003d 2 * δy až '/(tgb') 2 *tgω

SII = 172,7915624

) Na základe súčtov sa zistia systémové parametre:

S I xp / f 'ob

S II / f'ob

) P 0 sa vypočíta:

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

) Podľa grafu-nomogramu čiara pretína 20. bunku. Pozrime sa na kombinácie okuliarov K8F1 a KF4TF12:

) Z tabuľky sú hodnoty P 0,φ k a Q 0 zodpovedajúce špecifikovanej hodnote pre K8F1 (nevhodné)

φk = 2,1845528

pre KF4TF12 (vhodné)

) Po nájdení P 0 ,φ k a Q 0 sa Q vypočíta podľa vzorca:

) Po nájdení Q sa určia hodnoty a 2 a a 3 prvého nulového lúča (a 1 \u003d 0, pretože objekt je v nekonečne a 4 \u003d 1 - z podmienky normalizácie):

) Hodnoty ai určujú polomery zakrivenia tenkých šošoviek:

Tenké šošovky Radius:

) Po výpočte polomerov tenkých šošoviek sa hrúbky šošoviek vyberú z nasledujúcich konštrukčných úvah. Hrúbka pozdĺž osi kladnej šošovky d1 je súčtom absolútnych hodnôt šípok L1, L2 a hrúbky pozdĺž okraja, ktorá musí byť najmenej 0,05 D.

h=D v /2

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

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

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

) Podľa získaných hrúbok vypočítajte výšky:

h 1 \u003d f približne \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

) Polomery zakrivenia šošovky s konečnou hrúbkou:

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)

Kontrola výsledkov sa vykonáva výpočtom na počítači pomocou programu "ROSA":

porovnanie aberácie objektívu

Získané a vypočítané aberácie sú si svojimi hodnotami blízke.

zarovnanie aberácie ďalekohľadu

Rozloženie spočíva v určení vzdialenosti hranolového systému od objektívu a okuláru. Vzdialenosť medzi objektívom a okulárom je definovaná ako (S’ F ’ ob + S’ F ’ ok + Δ). Táto vzdialenosť je súčtom vzdialenosti medzi šošovkou a prvým hranolom, ktorý sa rovná polovici ohniskovej vzdialenosti šošovky, dráha lúča v prvom hranole, vzdialenosť medzi hranolmi, dráha lúča v druhom hranole, vzdialenosť od posledného povrchu druhého hranolu k ohniskovej rovine a vzdialenosť od tejto roviny k okuláru.

692+81.15+41.381+14.777=255

Záver

V prípade astronomických šošoviek je rozlíšenie určené najmenšou uhlovou vzdialenosťou medzi dvoma hviezdami, ktorú možno v ďalekohľade samostatne vidieť. Teoreticky možno rozlišovaciu schopnosť zrakového ďalekohľadu (v oblúkových sekundách) pre žltozelené lúče, na ktoré je oko najcitlivejšie, odhadnúť výrazom 120/D, kde D je priemer vstupnej pupily ďalekohľadu, vyjadrené v milimetroch.

Prenikavá sila teleskopu je limitná hviezdna veľkosť hviezdy, ktorú možno pozorovať týmto ďalekohľadom za dobrých atmosférických podmienok. Zlá kvalita obrazu v dôsledku chvenia, absorpcie a rozptylu lúčov zemskou atmosférou znižuje maximálnu magnitúdu skutočne pozorovaných hviezd, čím sa znižuje koncentrácia svetelnej energie na sietnici, fotografickej platni alebo inom prijímači žiarenia v ďalekohľade. Množstvo svetla zozbieraného vstupnou pupilkou ďalekohľadu rastie úmerne k jej ploche; zároveň sa zvyšuje aj penetračná sila ďalekohľadu. Pre ďalekohľad s priemerom objektívu D milimetrov je penetračná sila vyjadrená v hviezdnych magnitúdach pre vizuálne pozorovanie určená vzorcom:

mvis = 2,0 + 5 lgD.

V závislosti od optickej sústavy sa teleskopy delia na šošovkové (refraktory), zrkadlové (reflektory) a zrkadlovo-šošovkové. Ak má systém teleskopických šošoviek pozitívny (zberný) objektív a negatívny (difúzny) okulár, potom sa nazýva Galileovský systém. Systém teleskopických šošoviek Kepler má pozitívny objektív a pozitívny okulár.

Systém Galileo poskytuje priamy virtuálny obraz, má malé zorné pole a malú svietivosť (veľký priemer výstupnej pupily). Jednoduchosť dizajnu, krátka dĺžka systému a možnosť získania priameho obrazu sú jeho hlavnými výhodami. Ale zorné pole tohto systému je relatívne malé a absencia skutočného obrazu objektu medzi šošovkou a okulárom neumožňuje použitie nitkového kríža. Galileov systém preto nemožno použiť na merania v ohniskovej rovine. V súčasnosti sa používa najmä v divadelných ďalekohľadoch, kde nie je potrebné veľké zväčšenie a zorné pole.

Systém Kepler poskytuje skutočný a prevrátený obraz objektu. Pri pozorovaní nebeských telies však posledná okolnosť nie je až taká dôležitá, a preto sa v ďalekohľadoch najčastejšie vyskytuje Keplerov systém. Dĺžka tubusu ďalekohľadu sa v tomto prípade rovná súčtu ohniskových vzdialeností objektívu a okuláru:

L \u003d f "ob + f" cca.

Systém Kepler je možné vybaviť zámerným krížom v podobe planparalelnej dosky so stupnicou a nitkovým krížom. Tento systém je široko používaný v kombinácii s hranolovým systémom, ktorý umožňuje priame zobrazovanie šošoviek. Keplerove systémy sa používajú hlavne pre vizuálne teleskopy.

Okrem oka, ktoré je prijímačom žiarenia vo vizuálnych ďalekohľadoch, možno na fotografickú emulziu zaznamenať obrazy nebeských objektov (takéto teleskopy sa nazývajú astrografy); fotonásobič a elektrónovo-optický prevodník umožňujú mnohonásobne zosilniť slabý svetelný signál z hviezd vzdialených na veľké vzdialenosti; obrázky je možné premietať na tubus televízneho teleskopu. Obraz objektu možno poslať aj do astrospektrografu alebo astrofotometra.

Na nasmerovanie tubusu ďalekohľadu na požadovaný nebeský objekt sa používa montáž teleskopu (statív). Poskytuje možnosť otáčania potrubia okolo dvoch vzájomne kolmých osí. Základňa montáže nesie os, okolo ktorej sa môže otáčať druhá os s tubusom teleskopu, ktorý sa okolo nej otáča. V závislosti od orientácie osí v priestore sa držiaky delia na niekoľko typov.

V altazimutových (alebo horizontálnych) montážach je jedna os vertikálna (os azimutu) a druhá (os vzdialenosti zenitu) je horizontálna. Hlavnou nevýhodou altazimutovej montáže je potreba otáčať teleskop okolo dvoch osí na sledovanie pohybu nebeského objektu v dôsledku zjavnej dennej rotácie nebeskej sféry. Altazimutové držiaky sú dodávané s mnohými astrometrickými prístrojmi: univerzálne prístroje, tranzitné a meridiánové kruhy.

Takmer všetky moderné veľké teleskopy majú rovníkovú (alebo paralaktickú) montáž, v ktorej hlavná os - polárna alebo hodinová - smeruje k nebeskému pólu a druhá - deklinačná os - je na ňu kolmá a leží v rovine rovník. Výhodou paralaxovej montáže je, že na sledovanie denného pohybu hviezdy stačí otočiť teleskop iba okolo jednej polárnej osi.

Literatúra

1. Digitálna technológia. / Ed. E.V. Evreinovej. - M.: Rozhlas a komunikácia, 2010. - 464 s.

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

Skvortsov G.I. Počítačové inžinierstvo. - MTUCI M. 2007 - 40 s.

Príloha 1

Ohnisková vzdialenosť 19,615 mm

Relatívna clona 1:8

Uhol pohľadu

Posuňte okulár o 1 dioptriu. 0,4 mm

Konštrukčné prvky

19.615; =14.755;

Axiálny nosník

Hlavné svetlo

Meridiálny rez šikmého lúča

Výmenné objektívy pre fotoaparáty s objektívmi Vario Sonnar

Namiesto úvodu navrhujem pozrieť sa na výsledky lovu ľadových motýľov pomocou fotopištole vyššie. Pištoľ je kamera Casio QV4000 s optickým nástavcom tubusového typu Kepler, zložená z šošovky Helios-44 ako okuláru a šošovky Pentacon 2,8 / 135.

Všeobecne sa verí, že zariadenia s pevným objektívom majú podstatne menšie schopnosti ako zariadenia s vymeniteľnými objektívmi. Vo všeobecnosti to určite platí, klasické systémy s vymeniteľnou optikou však zďaleka nie sú také ideálne, ako by sa na prvý pohľad mohlo zdať. A pri troche šťastia sa stáva, že čiastočná výmena optiky (optických nástavcov) nie je o nič menej efektívna ako úplná výmena optiky. Mimochodom, tento prístup je veľmi obľúbený u filmových kamier. Viac-menej bezbolestná výmena optiky s ľubovoľnou ohniskovou vzdialenosťou je možná len pre diaľkomerové zariadenia s ohniskovou clonou, ale v tomto prípade máme len veľmi približnú predstavu o tom, čo zariadenie skutočne vidí. Tento problém riešia zrkadlové zariadenia, ktoré umožňujú vidieť na matnom skle obraz tvorený presne tou šošovkou, ktorá je práve vložená do fotoaparátu. Tu sa ukazuje, zdá sa, ideálna situácia, ale iba pre teleobjektívy. Akonáhle začneme používať širokouhlé objektívy so zrkadlovkami, okamžite sa ukáže, že každý z týchto objektívov má ďalšie šošovky, ktorých úlohou je poskytnúť možnosť umiestniť zrkadlo medzi objektív a film. V skutočnosti by bolo možné vyrobiť fotoaparát, v ktorom by prvok zodpovedný za možnosť umiestnenia zrkadla bol nevymeniteľný a menili by sa len predné komponenty objektívu. Ideovo podobný prístup sa používa aj v reflexných hľadáčikoch filmových kamier. Keďže dráha lúčov je medzi teleskopickým nástavcom a hlavným objektívom rovnobežná, možno medzi ne pod uhlom 45 stupňov umiestniť hranol-kocku na rozdeľovanie lúčov alebo priesvitnú dosku. Jeden z dvoch hlavných typov objektívov so zoomom, objektív so zoomom, tiež kombinuje objektív s pevnou ohniskovou vzdialenosťou a afokálny systém. Zmena ohniskovej vzdialenosti v objektívoch so zoomom sa vykonáva zmenou zväčšenia afokálneho nástavca, dosiahnutého pohybom jeho komponentov.

Bohužiaľ, všestrannosť málokedy vedie k dobrým výsledkom. Viac či menej úspešná korekcia aberácií sa dosiahne len výberom všetkých optických prvkov systému. Odporúčam každému, aby si prečítal preklad článku „“ od Erwina Putsa. Toto všetko som napísal len preto, aby som zdôraznil, že v princípe objektívy zrkadlovky nie sú o nič lepšie ako vstavané objektívy s optickými nástavcami. Problémom je, že konštruktér optických nástavcov sa môže spoľahnúť len na vlastné prvky a nemôže zasahovať do dizajnu objektívu. Preto je úspešná prevádzka objektívu s nástavcom oveľa menej bežná ako dobre fungujúci objektív navrhnutý výlučne jedným dizajnérom, aj keď má predĺženú zadnú pracovnú vzdialenosť. Kombinácia hotových optických prvkov, ktoré spolu vytvárajú prijateľné aberácie, je zriedkavá, ale stáva sa to. Typicky sú afokálnymi prílohami galileovský pozorovací ďalekohľad. Dajú sa však postaviť aj podľa optickej schémy Keplerovho tubusu.

Optické usporiadanie Keplerovho tubusu.

V tomto prípade budeme mať obrátený obraz, no áno, fotografom to nie je cudzie. Niektoré digitálne zariadenia majú schopnosť prevrátiť obraz na obrazovke. Chcel by som mať takúto príležitosť pre všetky digitálne fotoaparáty, pretože oplotenie optického systému na otáčanie obrazu v digitálnych fotoaparátoch sa mi zdá zbytočné. Najjednoduchší systém zrkadla pripevneného k obrazovke pod uhlom 45 stupňov je však možné postaviť za pár minút.

Podarilo sa mi teda nájsť kombináciu štandardných optických prvkov použiteľných v spojení s dnes najbežnejším objektívom digitálneho fotoaparátu s ohniskovou vzdialenosťou 7-21 mm. Sony tento objektív nazýva Vario Sonnar, dizajnovo podobné objektívy sú inštalované vo fotoaparátoch Canon (G1, G2), Casio (QV3000, QV3500, QV4000), Epson PC 3000Z, Toshiba PDR-M70, Sony (S70, S75, S85). Tubus Kepler, ktorý som dostal, vykazuje dobré výsledky a umožňuje vám vo svojom dizajne používať rôzne vymeniteľné šošovky. Systém je navrhnutý tak, aby fungoval, keď je štandardná šošovka nastavená na maximálnu ohniskovú vzdialenosť 21 mm a je k nej pripevnená šošovka Jupiter-3 alebo Helios-44 ako okulár ďalekohľadu, potom predlžovací mech a ľubovoľná šošovka s je nainštalovaná ohnisková vzdialenosť väčšia ako 50 mm.

Optické schémy šošoviek používaných ako okuláre teleskopického systému.

Šťastím bolo, že ak umiestnite šošovku Jupiter-3 so vstupnou pupilou k šošovke prístroja a výstupnou pupilou do mechu, potom sa aberácie na okrajoch rámu ukážu ako veľmi mierne. Ak použijeme šošovku Pentacon 135 ako šošovku a šošovku Jupiter 3 ako okulár, tak okom, nech okulárom otáčame akokoľvek, obraz sa v skutočnosti nemení, máme tubus s 2,5-násobným zväčšením. Ak namiesto oka použijeme šošovku prístroja, potom sa obraz dramaticky zmení a je vhodnejšie použiť šošovku Jupiter-3 otočenú vstupnou pupilou k šošovke fotoaparátu.

Casio QV3000 + Jupiter-3 + Pentacon 135

Ak použijete Jupiter-3 ako okulár a Helios-44 ako šošovku, alebo vytvoríte sústavu dvoch šošoviek Helios-44, potom sa ohnisková vzdialenosť výsledného systému v skutočnosti nemení, avšak pomocou naťahovania kožušiny môže strieľať takmer z akejkoľvek vzdialenosti.

Na obrázku je fotografia poštovej známky zhotovená systémom zloženým z fotoaparátu Casio QV4000 a dvoch objektívov Helios-44. Svetelnosť objektívu fotoaparátu 1:8. Veľkosť obrazu v ráme je 31 mm. Zobrazia sa fragmenty zodpovedajúce stredu a rohu rámu. Na samom okraji sa kvalita obrazu prudko zhoršuje v rozlíšení a klesá osvetlenie. Pri použití takejto schémy má zmysel použiť časť obrázka, ktorá zaberá asi 3/4 plochy rámu. Zo 4 megapixelov vyrobíme 3 a z 3 megapixelov 2,3 - a všetko je veľmi cool

Ak použijeme šošovky s dlhým ohniskom, potom sa zväčšenie systému bude rovnať pomeru ohniskových vzdialeností okuláru a šošovky a vzhľadom na to, že ohnisková vzdialenosť Jupitera-3 je 50 mm, ľahko vytvoríme tryska s 3-násobným zväčšením ohniskovej vzdialenosti. Nevýhodou takéhoto systému je vinetácia rohov rámu. Keďže okraj poľa je dosť malý, akýkoľvek otvor tubusovej šošovky vedie k tomu, že vidíme obraz vpísaný do kruhu umiestneného v strede rámu. Okrem toho je to dobré v strede rámu, ale môže sa ukázať, že nie je ani v strede, čo znamená, že systém nemá dostatočnú mechanickú tuhosť a šošovka sa vlastnou váhou posunula z optickej os. Pri použití objektívov pre stredoformátové fotoaparáty a zväčšovače je vinetácia snímky menej viditeľná. Najlepšie výsledky v tomto parametri vykázal systém objektívov Ortagoz f=135 mm z fotoaparátu.
Okulár - Jupiter-3, šošovka - Ortagoz f=135 mm,

V tomto prípade sú však požiadavky na zosúladenie systému veľmi, veľmi prísne. Najmenší posun systému povedie k vinetácii jedného z rohov. Ak chcete skontrolovať, ako dobre je váš systém zarovnaný, môžete zatvoriť clonu šošovky Ortagoz a zistiť, ako je vycentrovaný výsledný kruh. Fotografovanie sa vždy vykonáva s úplne otvorenou clonou objektívu a okuláru a clona je ovládaná clonou vstavaného objektívu fotoaparátu. Vo väčšine prípadov sa zaostrovanie vykonáva zmenou dĺžky vlnovca. Ak majú šošovky použité v teleskopickom systéme vlastné pohyby, presné zaostrenie sa dosiahne ich otáčaním. A nakoniec, dodatočné zaostrovanie je možné vykonať pohybom objektívu fotoaparátu. A pri dobrom svetle funguje dokonca aj systém automatického zaostrovania. Ohnisková vzdialenosť výsledného systému je príliš veľká na portrétne fotenie, no na posúdenie kvality sa celkom hodí fragment záberu tváre.

Bez zaostrenia na nekonečno sa prácu objektívu hodnotiť nedá a hoci počasie k takýmto snímkam jednoznačne neprispelo, prinášam ich tiež.

Môžete nasadiť šošovku s kratšou ohniskovou vzdialenosťou ako má okulár, a tak sa aj stane. Ide však skôr o kuriozitu ako o spôsob praktickej aplikácie.

Niekoľko slov o konkrétnej implementácii inštalácie

Vyššie uvedené spôsoby pripevnenia optických prvkov na fotoaparát nie sú návodom na akciu, ale informáciou na zamyslenie. Pri práci s kamerami Casio QV4000 a QV3500 sa navrhuje použiť natívny krúžok adaptéra LU-35A so závitom 58 mm a naň potom nasadiť všetky ostatné optické prvky. Pri práci s Casio QV 3000 som použil dizajn nástavca so závitom 46 mm opísaný v článku Casio QV-3000 Camera Refinement. Pre montáž objektívu Helios-44 bol na jeho zadnú časť nasadený prázdny rám pre svetelné filtre so závitom 49 mm a zalisovaný maticou so závitom M42. Maticu som získal odpílením časti predlžovacieho krúžku adaptéra. Ďalej som použil ovíjací krúžok adaptéra Jolos zo závitov M49 na M59. Na druhej strane bol na objektív naskrutkovaný ovíjací krúžok pre makrofotografiu M49 × 0,75-M42 × 1, potom objímka M42, tiež vyrobená z píleného predlžovacieho krúžku, a potom štandardné vlnovce a šošovky so závitom M42. Existuje veľké množstvo adaptérových krúžkov so závitom M42. Použil som adaptérové ​​krúžky pre montáž B alebo C, alebo adaptérový krúžok pre závit M39. Na montáž šošovky Jupiter-3 ako okuláru sa do závitu pre filter naskrutkoval adaptérový zväčšovací krúžok zo závitu M40,5 na M49 mm, následne sa použil ovíjací krúžok Jolos od M49 do M58 a následne sa tento systém pripojený k zariadeniu. Na druhú stranu objektívu sa naskrutkovala spojka so závitom M39, potom krúžok adaptéra z M39 na M42 a potom podobne ako systém s objektívom Helios-44.

Výsledky testovania výsledných optických systémov umiestnené v samostatnom súbore. Obsahuje fotografie testovaných optických systémov a momentky sveta umiestnené v strede v rohu rámu. Tu uvádzam iba konečnú tabuľku maximálnych hodnôt rozlíšenia v strede a v rohu rámu pre testované návrhy. Rozlíšenie je vyjadrené v ťahoch/pixeloch. Čiernobiele čiary - 2 ťahy.

Záver

Schéma je vhodná pre prácu na akúkoľvek vzdialenosť, ale výsledky sú obzvlášť pôsobivé pri makrofotografii, pretože prítomnosť mechov v systéme uľahčuje zaostrenie na blízke objekty. Hoci v niektorých kombináciách poskytuje Jupiter-3 vyššie rozlíšenie, ale väčšie ako Helios-44, vinetácia ho robí menej atraktívnym ako trvalý okulár pre systém výmenných šošoviek.

Želám firmám, ktoré vyrábajú všetky druhy krúžkov a príslušenstva pre kamery, aby vyrábali spojku so závitom M42 a adaptačné krúžky zo závitu M42 na závit filtra, s vnútorným závitom M42 a vonkajším pre filter.

Domnievam sa, že ak nejaká optická továreň vyrobí špecializovaný okulár teleskopického systému na použitie s digitálnymi fotoaparátmi a ľubovoľnými objektívmi, potom bude takýto produkt určitý dopyt. Prirodzene, takáto optická konštrukcia musí byť vybavená adaptérovým krúžkom na pripevnenie k fotoaparátu a závitom alebo objímkou ​​pre existujúce objektívy,

To je vlastne všetko. Ukázal som, čo som urobil a vy sami posúďte, či vám táto kvalita vyhovuje alebo nie. A ďalej. Keďže existovala jedna úspešná kombinácia, pravdepodobne existujú ďalšie. Pozri, možno budeš mať šťastie.

V týchto dňoch oslavujeme 400. výročie vzniku optického teleskopu – najjednoduchšieho a najefektívnejšieho vedeckého prístroja, ktorý ľudstvu otvoril dvere do Vesmíru. Pocta vytvoriť prvé teleskopy právom patrí Galileovi.

Ako viete, Galileo Galilei začal experimentovať so šošovkami v polovici roku 1609, keď sa dozvedel, že v Holandsku bol vynájdený ďalekohľad pre potreby navigácie. Vyrobili ho v roku 1608, možno nezávisle, holandskí optik Hans Lippershey, Jacob Metius a Zacharias Jansen. Len za šesť mesiacov sa Galileovi podarilo tento vynález výrazne vylepšiť, vytvoriť na jeho princípe výkonný astronomický prístroj a urobiť množstvo úžasných objavov.

Galileov úspech vo vylepšovaní ďalekohľadu nemožno považovať za náhodný. Talianski sklárski majstri sa už vtedy dôkladne preslávili: ešte v 13. storočí. vynašli okuliare. A práve v Taliansku bola teoretická optika najlepšia. Prostredníctvom diel Leonarda da Vinciho sa z geometrie stala praktickou vedou. „Vyrobte si okuliare pre oči, aby ste videli mesiac vo veľkom,“ napísal na konci 15. storočia. Možno, aj keď na to neexistujú žiadne priame dôkazy, Leonardovi sa podarilo zaviesť teleskopický systém.

Pôvodný výskum optiky sa uskutočnil v polovici 16. storočia. Talian Francesco Mavrolik (1494-1575). Jeho krajan Giovanni Battista de la Porta (1535-1615) venoval optike dve veľkolepé diela: „Prírodná mágia“ a „O lomu“. V tom druhom dokonca uvádza optickú schému ďalekohľadu a tvrdí, že bol schopný vidieť malé objekty na veľkú vzdialenosť. V roku 1609 sa snaží obhájiť prioritu vo vynáleze ďalekohľadu, ale skutočné dôkazy na to nestačili. Nech je to akokoľvek, Galileova práca v tejto oblasti začala na dobre pripravenej pôde. Ale vzdávajúc hold predchodcom Galilea, pamätajme, že to bol on, kto vytvoril funkčný astronomický prístroj zo zábavnej hračky.

Galileo začal svoje experimenty s jednoduchou kombináciou pozitívnej šošovky ako objektívu a negatívnej šošovky ako okuláru, čo dáva trojnásobné zväčšenie. Teraz sa tento dizajn nazýva divadelný ďalekohľad. Toto je po okuliaroch najobľúbenejší optický prístroj. Samozrejme, v moderných divadelných ďalekohľadoch sa ako objektív a okulár používajú kvalitné potiahnuté šošovky, niekedy aj zložité, zložené z niekoľkých skiel. Poskytujú široké zorné pole a vynikajúcu kvalitu obrazu. Galileo používal jednoduché šošovky pre objektív aj okulár. Jeho teleskopy trpeli najsilnejšími chromatickými a sférickými aberáciami, t.j. poskytla obraz, ktorý bol na okrajoch rozmazaný a neostrý v rôznych farbách.

Galileo sa však nezastavil ako holandskí majstri pri „divadelnom ďalekohľade“, ale pokračoval v experimentoch so šošovkami a do januára 1610 vytvoril niekoľko nástrojov so zväčšením od 20 do 33-krát. Práve s ich pomocou urobil svoje pozoruhodné objavy: objavil satelity Jupitera, hory a krátery na Mesiaci, nespočetné množstvo hviezd v Mliečnej dráhe atď. Galileova práca bola publikovaná „The Starry Messenger“, kde boli opísané tieto prvé objavy teleskopickej astronómie. V septembri 1610 vedec objaví fázy Venuše a v novembri objaví známky prstenca pri Saturne, hoci si neuvedomuje skutočný význam svojho objavu („Pozoroval som najvyššiu planétu v trojici,“ píše v knihe anagram, snažiac sa zabezpečiť prioritu objavovania). Snáď ani jeden ďalekohľad v nasledujúcich storočiach nepriniesol taký prínos pre vedu ako prvý ďalekohľad Galileo.

Tí milovníci astronómie, ktorí sa pokúšali zostaviť teleskopy z okuliarov, sú však často prekvapení nízkymi schopnosťami ich návrhov, ktoré sú z hľadiska „pozorovacích schopností“ jednoznačne horšie ako Galileov remeselný ďalekohľad. Moderná „Galilea“ často nedokáže rozpoznať ani satelity Jupitera, nehovoriac o fázach Venuše.

Vo Florencii sa v Múzeu histórie vedy (vedľa slávnej obrazovej galérie Uffizi) nachádzajú dva z prvých ďalekohľadov, ktoré postavil Galileo. Je tu aj zlomená šošovka tretieho ďalekohľadu. Túto šošovku použil Galileo na mnohé pozorovania v rokoch 1609-1610. a bol ním odovzdaný veľkovojvodovi Ferdinandovi II. Objektív sa neskôr nešťastne zlomil. Po smrti Galilea (1642) si tento objektív ponechal princ Leopold Medicejský a po jeho smrti (1675) bol pridaný do zbierky Mediciovcov v galérii Uffizi. V roku 1793 bola zbierka prevedená do Múzea histórie vedy.

Veľmi zaujímavý je ozdobný figurálny rám zo slonoviny vyrobený pre galilejský objektív rytcom Vittoriom Krostenom. Bohatá a bizarná kvetinová výzdoba je popretkávaná obrázkami vedeckých prístrojov; do vzoru je organicky zakomponovaných niekoľko latinských nápisov. Na vrchu bývala stuha, teraz stratená, s nápisom „MEDICEA SIDERA“ („Medici Stars“). Centrálnu časť kompozície korunuje obraz Jupitera s dráhami 4 jeho satelitov, obklopený textom „CLARA DEUM SOBOLES MAGNUM IOVIS INCREMENTUM“ („Slávna [mladá] generácia bohov, veľké potomstvo Jupitera“) . Vľavo a vpravo - alegorické tváre Slnka a Mesiaca. Nápis na stuhe opletajúcej veniec okolo šošovky znie: „HIC ET PRIMUS RETEXIT MACULAS PHEBI ET IOVIS ASTRA“ („Ako prvý objavil škvrny Phoeba (t. j. Slnka) aj hviezdy Jupitera“). Na kartuši pod textom: „COELUM LINCEAE GALILEI MENTI APERTUM VITREA PRIMA HAC MOLE NON DUM VISA OSTENDIT SYDERA MEDICEA IURE AB INVENTORE DICTA SAPIENS NEMPE DOMINATUR ET ASTRIS“ doteraz neviditeľný, právom nazývaný aj Medicean svojimi objaviteľmi hviezdy.

Informácie o exponáte sú dostupné na webovej stránke Múzea histórie vedy: link č. 100101; referenčné číslo 404001.

Začiatkom 20. storočia sa skúmali Galileove teleskopy uložené vo Florentskom múzeu (pozri tabuľku). Dokonca sa s nimi robili aj astronomické pozorovania.

Optické charakteristiky prvých objektívov a okulárov Galileových ďalekohľadov (rozmery v mm)

Ukázalo sa, že prvá elektrónka mala rozlíšenie 20" a zorné pole 15". A druhý, respektíve 10 "a 15". Nárast v prvej skúmavke bol 14-násobný a v druhej 20-násobný. Zlomená šošovka tretieho tubusu s okulármi z prvých dvoch tubusov by poskytla 18- a 35-násobné zväčšenia. Mohol teda Galileo urobiť svoje úžasné objavy s takými nedokonalými nástrojmi?

historický experiment

Práve túto otázku si položil Angličan Stephen Ringwood a aby zistil odpoveď, vytvoril presnú kópiu najlepšieho Galileovho ďalekohľadu (Ringwood S. D. A Galilean telescope // The Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, 1994, roč. 35, 1, strany 43-50). V októbri 1992 Steve Ringwood znovu vytvoril návrh tretieho Galileovho teleskopu a rok s ním robil najrôznejšie pozorovania. Šošovka jeho teleskopu mala priemer 58 mm a ohniskovú vzdialenosť 1650 mm. Rovnako ako Galileo, aj Ringwood zastavil svoju šošovku na priemer clony D = 38 mm, aby získal lepšiu kvalitu obrazu s relatívne malou stratou penetračnej sily. Okulárom bola negatívna šošovka s ohniskovou vzdialenosťou -50 mm, ktorá poskytovala 33-násobné zväčšenie. Keďže pri tejto konštrukcii ďalekohľadu je okulár umiestnený pred ohniskovou rovinou objektívu, celková dĺžka tubusu bola 1440 mm.

Ringwood považuje za najväčšiu nevýhodu ďalekohľadu Galileo jeho malé zorné pole - iba 10 ", čiže tretinu mesačného disku. Navyše na okraji zorného poľa je kvalita obrazu veľmi nízka. Použitie jednoduchého Rayleighovo kritérium, ktoré popisuje difrakčný limit rozlíšenia objektívu, by sa dalo očakávať kvalitné obrázky v 3,5-4,0". Chromatická aberácia ju však znížila na 10-20". Prieniková sila ďalekohľadu, odhadnutá jednoduchým vzorcom (2 + 5lg D), sa očakávalo okolo +9,9 m . V skutočnosti však nebolo možné odhaliť hviezdy slabšie ako +8 m.

Pri pozorovaní Mesiaca sa teleskopu darilo dobre. Podarilo sa mu vidieť ešte viac detailov, ako nakreslil Galileo na svojich prvých lunárnych mapách. "Možno bol Galileo nedôležitý kreslič, alebo sa veľmi nezaujímal o detaily mesačného povrchu?" Ringwood sa čuduje. Alebo možno Galileiho skúsenosti s výrobou ďalekohľadov a pozorovaním s nimi stále neboli dostatočne veľké? Myslíme si, že toto je dôvod. Kvalita okuliarov, vyleštených vlastnými rukami Galilea, nemohla konkurovať moderným šošovkám. A samozrejme, Galileo sa nenaučil okamžite pozerať cez ďalekohľad: vizuálne pozorovania si vyžadujú značné skúsenosti.

Mimochodom, prečo tvorcovia prvých pozorovacích ďalekohľadov – Holanďania – neurobili astronomické objavy? Po pozorovaní divadelným ďalekohľadom (2,5-3,5-násobné zväčšenie) a poľným sklom (7-8-násobné zväčšenie) si všimnete, že medzi ich schopnosťami je priepasť. Moderné vysokokvalitné 3x ďalekohľady umožňujú (pri pozorovaní jedným okom!) takmer nevšimnúť najväčšie mesačné krátery; je zrejmé, že holandská fajka s rovnakým zväčšením, no nižšej kvality, by toto ani nedokázala. Poľné ďalekohľady, ktoré poskytujú približne rovnaké možnosti ako prvé Galileove teleskopy, nám ukazujú Mesiac v celej jeho kráse s množstvom kráterov. Po vylepšení holandskej fajky, dosiahnutím niekoľkonásobne vyššieho zväčšenia, Galileo prekročil „prah objavov“. Odvtedy v experimentálnej vede tento princíp nezlyhal: ak sa vám niekoľkokrát podarí zlepšiť vedúci parameter zariadenia, určite urobíte objav.

Zďaleka najpozoruhodnejším objavom Galilea bol objav štyroch satelitov Jupitera a disku samotnej planéty. Na rozdiel od očakávaní nízka kvalita ďalekohľadu veľmi neprekážala pri pozorovaniach satelitného systému Jupiter. Ringwood jasne videl všetky štyri satelity a bol schopný, podobne ako Galileo, každú noc zaznamenať ich pohyb vzhľadom na planétu. Pravda, nie vždy bolo možné dobre zaostriť obraz planéty a satelitu súčasne: chromatická aberácia šošovky bola veľmi rušivá.

Ale čo sa týka samotného Jupitera, Ringwood, podobne ako Galileo, nedokázal zistiť žiadne detaily na disku planéty. Slabo kontrastné pásy pretínajúce Jupiter pozdĺž rovníka boli v dôsledku aberácie úplne vyblednuté.

Veľmi zaujímavý výsledok dosiahol Ringwood pri pozorovaní Saturnu. Rovnako ako Galileo, pri 33-násobnom zväčšení, videl len slabé opuchy („záhadné prívesky“, ako napísal Galileo) na stranách planéty, ktoré veľký Talian, samozrejme, nemohol interpretovať ako prsteň. Ďalšie experimenty Ringwooda však ukázali, že pri použití iných okulárov s vysokým zväčšením bolo stále možné rozpoznať jasnejšie rysy prsteňa. Ak by to Galileo urobil včas, objavenie prstencov Saturna by sa uskutočnilo takmer o pol storočia skôr a nepatrilo by Huygensovi (1656).

Pozorovania Venuše však dokázali, že Galileo sa rýchlo stal skúseným astronómom. Ukázalo sa, že fázy Venuše nie sú viditeľné pri najväčšom predĺžení, pretože jej uhlová veľkosť je príliš malá. A až keď sa Venuša priblížila k Zemi a vo fáze 0,25 jej uhlový priemer dosiahol 45", začal sa prejavovať jej tvar polmesiaca. V tom čase už jej uhlová vzdialenosť od Slnka nebola taká veľká a pozorovania boli náročné.

Najkurióznejšou vecou na Ringwoodovom historickom výskume bolo snáď odhalenie starej mylnej predstavy o Galileových pozorovaniach Slnka. Doteraz sa všeobecne uznávalo, že nie je možné pozorovať Slnko v Galileovom ďalekohľade premietaním jeho obrazu na obrazovku, pretože negatívna šošovka okuláru nedokáže vytvoriť skutočný obraz objektu. Umožnil to až o niečo neskôr vynájdený ďalekohľad systému Kepler z dvoch pozitívnych šošoviek. Verilo sa, že prvý, kto pozoroval Slnko na obrazovke umiestnenej za okulárom, bol nemecký astronóm Christoph Scheiner (1575-1650). Súčasne a nezávisle od Keplera vytvoril v roku 1613 ďalekohľad podobnej konštrukcie. Ako Galileo pozoroval Slnko? Bol to predsa on, kto objavil slnečné škvrny. Dlho panoval názor, že Galileo pozoroval denné svetlo okom cez okulár, využíval oblaky ako svetelné filtre alebo pozoroval Slnko v hmle nízko nad obzorom. Verilo sa, že Galileovu stratu zraku v starobe čiastočne vyvolali jeho pozorovania Slnka.

Ringwood však zistil, že aj Galileov teleskop dokáže vytvoriť celkom slušnú projekciu slnečného obrazu na obrazovku, pričom slnečné škvrny sú viditeľné veľmi jasne. Neskôr v jednom z Galileových listov Ringwood objavil podrobný popis pozorovaní Slnka premietaním jeho obrazu na obrazovku. Je zvláštne, že táto okolnosť nebola zaznamenaná skôr.

Myslím si, že každý amatér astronómie si neodoprie potešenie „stať sa Galileom“ na pár večerov. Aby ste to dosiahli, stačí urobiť Galileovský ďalekohľad a pokúsiť sa zopakovať objavy veľkého Taliana. Jeden z autorov tejto poznámky ako dieťa vyrábal Keplerove trubice z okuliarov. A už v dospelosti neodolal a zostrojil prístroj podobný Galileovmu ďalekohľadu. Použitou šošovkou bola nasadzovacia šošovka s priemerom 43 mm s výkonom +2 dioptrie a okulár s ohniskovou vzdialenosťou asi -45 mm bol prevzatý zo starého divadelného ďalekohľadu. Ďalekohľad sa ukázal ako málo výkonný, len 11-násobné zväčšenie, no mal tiež malé zorné pole, asi 50 "v priemere a kvalita obrazu bola nerovnomerná, smerom k okraju sa výrazne zhoršovala. obrázky sa stali oveľa lepšími, keď sa šošovka otvorila na priemer 22 mm, a ešte lepšia - až 11 mm Jas obrázkov sa samozrejme znížil, ale pozorovania Mesiaca z toho dokonca profitovali.

Ako sa dalo očakávať, pri pozorovaní Slnka premietaného na bielu obrazovku tento ďalekohľad skutočne vytvoril obraz slnečného disku. Negatívny okulár niekoľkonásobne zväčšil ekvivalentnú ohniskovú vzdialenosť objektívu (princíp teleobjektívu). Keďže nie sú informácie o tom, na aký statív Galileo namontoval svoj teleskop, autor pozoroval fajku v rukách a ako oporu pre ruky použil kmeň stromu, plot alebo otvorený rám okna. Pri 11x to stačilo, ale pri 30x by Galileo samozrejme mohol mať problémy.

Môžeme predpokladať, že historický experiment na obnovenie prvého ďalekohľadu bol úspešný. Teraz vieme, že Galileov teleskop bol z pohľadu modernej astronómie dosť nepohodlným a zlým prístrojom. Vo všetkých ohľadoch bola podradená aj súčasným amatérskym nástrojom. Mal jedinú výhodu – bol prvý a jeho tvorca Galileo z jeho nástroja „vyžmýkal“ všetko, čo sa dalo. Za to ctíme Galilea a jeho prvý ďalekohľad.

Buď Galileo

Tento rok 2009 bol vyhlásený za Medzinárodný rok astronómie na počesť 400. výročia zrodu ďalekohľadu. V počítačovej sieti sa okrem existujúcich objavilo mnoho nových úžasných lokalít s úžasnými obrázkami astronomických objektov.

Ale bez ohľadu na to, aké zaujímavé informácie boli internetové stránky, hlavným cieľom MGA bolo ukázať všetkým skutočný vesmír. Preto medzi prioritné projekty patrila výroba lacných ďalekohľadov dostupných pre kohokoľvek. Najhmotnejší bol „galileoskop“ – malý refraktor navrhnutý vysoko profesionálnymi astronómami-optikmi. Toto nie je presná kópia Galileovho teleskopu, ale skôr jeho moderná reinkarnácia. „Galileoskop“ má dvojšošovkovú sklenenú achromatickú šošovku s priemerom 50mm a ohniskovou vzdialenosťou 500mm. 4-šošovkový plastový okulár poskytuje zväčšenie 25x a 2x Barlow až 50x. Zorné pole ďalekohľadu je 1,5 o (alebo 0,75 o s Barlowovou šošovkou). S takýmto nástrojom môžete jednoducho „zopakovať“ všetky objavy Galilea.

Sám Galileo s takýmto ďalekohľadom by ich však urobil oveľa väčšími. Cenovka nástroja 15-20 dolárov ho robí skutočne dostupným pre verejnosť. Je zvláštne, že so štandardným pozitívnym okulárom (dokonca aj s Barlowovou šošovkou) je „galileoskop“ v skutočnosti Keplerova trubica, ale keď sa používa ako okulár len s Barlowovou šošovkou, zodpovedá svojmu názvu a stáva sa 17x Galileovou trubicou. Zopakovať objavy veľkého Taliana v takejto (originálnej!) konfigurácii nie je ľahká úloha.

Jedná sa o veľmi pohodlný a pomerne masový nástroj, vhodný pre školy a začiatočníkov v astronómii. Jeho cena je výrazne nižšia ako u predchádzajúcich ďalekohľadov s podobnými schopnosťami. Bolo by veľmi žiaduce zakúpiť takéto nástroje pre naše školy.