Thị kính trong kính thiên văn kepler là một thấu kính hội tụ. kính thiên văn kepler

Sự tò mò và khát khao khám phá những khám phá mới của nhà bác học vĩ đại G. Galileo đã mang đến cho thế giới một phát minh tuyệt vời, nếu thiếu nó, không thể không hình dung ra thiên văn học hiện đại - điều này. kính viễn vọng. Tiếp tục nghiên cứu của các nhà khoa học Hà Lan, nhà phát minh người Ý đã đạt được sự gia tăng đáng kể về quy mô của kính thiên văn trong một thời gian rất ngắn - điều này xảy ra chỉ trong vài tuần.

Phạm vi đốm của Galileo giống như các mẫu hiện đại chỉ làm từ xa - đó là một thanh chì đơn giản, ở hai đầu mà giáo sư đặt các thấu kính hai mặt lồi và hai mặt lõm.

Một tính năng quan trọng và sự khác biệt chính giữa sáng tạo của Galileo và các ống kính đốm hiện có trước đây là chất lượng hình ảnh tốt thu được nhờ quá trình mài thấu kính quang học chất lượng cao - vị giáo sư đã tự mình xử lý tất cả các quy trình, không tin tưởng giao việc tế nhị cho bất kỳ ai. Sự siêng năng và quyết tâm của nhà khoa học đã mang lại kết quả, mặc dù phải thực hiện rất nhiều công việc cực nhọc để đạt được kết quả tốt - trong số 300 thấu kính, chỉ có một số lựa chọn có các đặc tính và chất lượng cần thiết.

Các mẫu còn tồn tại cho đến ngày nay được nhiều chuyên gia ngưỡng mộ - ngay cả theo các tiêu chuẩn hiện đại, chất lượng quang học là tuyệt vời, và điều này có tính đến thực tế là các thấu kính đã có từ vài thế kỷ trước.

Bất chấp thành kiến ​​thịnh hành trong thời Trung cổ và xu hướng coi những ý tưởng tiến bộ là "mưu đồ của ma quỷ", phạm vi đốm đã trở nên nổi tiếng khắp châu Âu.

Một phát minh được cải tiến khiến nó có thể đạt được mức tăng gấp ba mươi lăm lần, không thể tưởng tượng được trong suốt thời gian tồn tại của Galileo. Với sự trợ giúp của kính thiên văn, Galileo đã có rất nhiều khám phá thiên văn, giúp mở đường cho khoa học hiện đại và khơi dậy lòng nhiệt tình, khát khao nghiên cứu ở nhiều bộ óc ham học hỏi và ham học hỏi.

Hệ thống quang học do Galileo phát minh có một số hạn chế - cụ thể là nó có thể bị quang sai màu, nhưng những cải tiến sau đó của các nhà khoa học đã giúp giảm thiểu hiệu ứng này. Điều đáng chú ý là trong quá trình xây dựng Đài thiên văn Paris nổi tiếng, các kính thiên văn được trang bị hệ thống quang học của Galileo đã được sử dụng.

Kính gián điệp hay kính gián điệp của Galileo có góc nhìn nhỏ - đây có thể coi là nhược điểm chính của nó. Một hệ thống quang học tương tự hiện đang được sử dụng trong ống nhòm sân khấu, trên thực tế, đó là hai ống ngắm đốm được kết nối với nhau.

Ống nhòm nhà hát hiện đại với hệ thống lấy nét bên trong trung tâm thường cung cấp độ phóng đại 2,5-4 lần, đủ để quan sát không chỉ các buổi biểu diễn sân khấu mà còn cả các sự kiện thể thao và hòa nhạc, thích hợp cho các chuyến đi tham quan kết hợp với tham quan chi tiết.

Kích thước nhỏ và thiết kế trang nhã của ống nhòm rạp hát hiện đại khiến chúng không chỉ là một công cụ quang học tiện lợi mà còn là một phụ kiện ban đầu.

Ống ngắm là một dụng cụ quang học được thiết kế để xem các vật thể ở rất xa bằng mắt. Giống như một kính hiển vi, nó bao gồm một vật kính và một thị kính; cả hai đều là những hệ thống quang học ít nhiều phức tạp, mặc dù không phức tạp như trong trường hợp của kính hiển vi; tuy nhiên, chúng tôi sẽ biểu diễn chúng theo giản đồ bằng thấu kính mỏng. Trong kính thiên văn, thấu kính và thị kính được bố trí sao cho tiêu điểm sau của thấu kính gần như trùng với tiêu điểm trước của thị kính (Hình 253). Thấu kính tạo ra hình ảnh nghịch đảo giảm thực sự của một vật thể ở xa vô hạn trong mặt phẳng tiêu cự phía sau của nó; hình ảnh này được xem qua thị kính, như qua kính lúp. Nếu tiêu điểm trước của thị kính trùng với tiêu điểm sau của vật kính thì khi quan sát vật ở xa sẽ xuất hiện chùm tia song song ra khỏi thị kính, thuận lợi cho việc quan sát bằng mắt thường ở trạng thái tĩnh (không có chỗ ở) ( xem § 114). Nhưng nếu tầm nhìn của người quan sát hơi khác so với bình thường, thì thị kính sẽ được di chuyển, đặt nó "theo mắt". Bằng cách di chuyển thị kính, kính thiên văn cũng “hướng” khi quan sát các vật thể nằm ở những khoảng cách không quá lớn so với người quan sát.

Cơm. 253. Vị trí của thấu kính và thị kính trong kính thiên văn: tiêu cự ngược. Vật kính trùng với tiêu điểm trước của thị kính.

Vật kính của kính thiên văn luôn phải là một hệ thống hội tụ, trong khi thị kính có thể là một hệ thống hội tụ hoặc phân kỳ. Một ống soi có thị kính thu (dương) được gọi là ống Kepler (Hình 254, a), ống có thị kính phân kỳ (âm) được gọi là ống Galilean (Hình 254, b). Vật kính 1 của kính thiên văn cho hình ảnh ngược thực của một vật ở xa trong tiêu diện của nó. Một chùm tia phân kì từ một điểm rơi trên thị kính 2; Vì các tia này xuất phát từ một điểm trong tiêu diện của thị kính nên một chùm tia ló ra khỏi nó song song với trục chính phụ của thị kính một góc với trục chính. Khi vào mắt, các tia này hội tụ trên võng mạc của nó và cho hình ảnh thực của nguồn.

Cơm. 254. Đường đi của các tia trong kính thiên văn: a) Ống Kepler; b) Đường ống của Galileo

Cơm. 255. Đường đi của các tia trong ống nhòm trường lăng kính (a) và hình dạng của nó (b). Sự thay đổi hướng của mũi tên chỉ ra sự "đảo ngược" của hình ảnh sau khi các tia đi qua một phần của hệ thống

(Trong trường hợp của ống Galilean (b), mắt không được hiển thị để không làm ảnh lộn xộn.) Angle - góc mà tia tới trên thấu kính tạo với trục.

Ống của Galileo, thường được sử dụng trong ống nhòm sân khấu thông thường, cho hình ảnh trực tiếp của vật thể, ống của Kepler - ngược. Do đó, nếu ống Kepler là để phục vụ cho việc quan sát trên mặt đất, thì nó được trang bị một hệ thống quay (một thấu kính bổ sung hoặc một hệ thống lăng kính), nhờ đó hình ảnh trở nên thẳng. Một ví dụ về một thiết bị như vậy là ống nhòm lăng kính (Hình. 255). Ưu điểm của ống Kepler là có hình ảnh trung gian thực, trên mặt phẳng có thể đặt thang đo, tấm chụp ảnh để chụp ảnh, ... Kết quả là trong thiên văn học và mọi trường hợp liên quan đến phép đo , ống Kepler được sử dụng.

Khóa học làm việc

kỷ luật: Quang học ứng dụng

Về chủ đề: Tính toán ống Kepler

Giới thiệu

Hệ thống quang học kính thiên văn

1 Sự sai lệch của hệ thống quang học

2 Quang sai hình cầu

3 Quang sai màu

4 Quang sai tĩnh (hôn mê)

5 Loạn thị

6 Độ cong trường ảnh

7 Độ méo (biến dạng)

Tính toán kích thước của hệ thống quang học

Sự kết luận

Văn chương

Các ứng dụng

Giới thiệu

Kính thiên văn là dụng cụ quang học thiên văn được thiết kế để quan sát các thiên thể. Kính thiên văn được sử dụng với việc sử dụng các máy thu bức xạ khác nhau để quan sát bằng mắt, ảnh, quang phổ, quang điện của các thiên thể.

Kính thiên văn thị giác có một thấu kính và một thị kính và được gọi là hệ thống quang học của kính thiên văn: chúng biến đổi một chùm tia song song đi vào thấu kính thành một chùm tia song song rời khỏi thị kính. Trong một hệ thống như vậy, tiêu điểm sau của vật kính trùng với tiêu điểm trước của thị kính. Các đặc điểm quang học chính của nó là: độ phóng đại biểu kiến ​​Г, trường quan sát góc 2W, đường kính đồng tử lối ra D ", độ phân giải và công suất xuyên thấu.

Độ phóng đại biểu kiến ​​của quang hệ là tỉ số giữa góc mà ảnh do hệ quang của thiết bị cho trước với kích thước góc của vật khi nhìn trực tiếp bằng mắt. Độ phóng đại biểu kiến ​​của hệ thống kính thiên văn:

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

trong đó f "ob và f" ok là tiêu cự của thấu kính và thị kính,

D - đường kính đầu vào,

D "- con ngươi thoát ra. Do đó, bằng cách tăng tiêu cự của vật kính hoặc giảm tiêu cự của thị kính, có thể đạt được độ phóng đại lớn. Tuy nhiên, độ phóng đại của kính thiên văn càng lớn thì trường nhìn của nó càng nhỏ và sự biến dạng lớn hơn của hình ảnh đối tượng do sự không hoàn hảo của quang học của hệ thống.

Con ngươi thoát ra là phần nhỏ nhất của chùm tia sáng rời khỏi kính thiên văn. Trong khi quan sát, đồng tử của mắt thẳng hàng với đồng tử lối ra của hệ thống; do đó, nó không được lớn hơn con ngươi của mắt người quan sát. Nếu không, một số ánh sáng được thấu kính thu thập sẽ không đi vào mắt và bị mất. Thông thường, đường kính của đồng tử lối vào (khung thấu kính) lớn hơn nhiều so với đồng tử của mắt, và các nguồn ánh sáng điểm, đặc biệt là các ngôi sao, trông sáng hơn nhiều khi nhìn qua kính thiên văn. Độ sáng biểu kiến ​​của chúng tỷ lệ với bình phương đường kính đồng tử lối vào của kính thiên văn. Có thể nhìn thấy rõ những ngôi sao mờ nhạt không thể nhìn thấy bằng mắt thường trong một kính thiên văn có cửa vào lớn. Số lượng các ngôi sao có thể nhìn thấy qua kính thiên văn lớn hơn nhiều so với những gì được quan sát trực tiếp bằng mắt.

kính thiên văn quang sai thiên văn

1. Hệ thống quang học kính thiên văn

1 Quang sai của hệ thống quang học

Quang sai của hệ thống quang học (độ lệch - độ lệch) - sự biến dạng, lỗi hình ảnh gây ra bởi sự không hoàn hảo của hệ thống quang học. Quang sai, ở các mức độ khác nhau, có thể phụ thuộc vào bất kỳ ống kính nào, ngay cả những ống kính đắt tiền nhất. Người ta tin rằng phạm vi tiêu cự của ống kính càng lớn thì mức độ quang sai của nó càng cao.

Dưới đây là các loại quang sai phổ biến nhất.

2 Quang sai hình cầu

Hầu hết các thấu kính được cấu tạo bằng cách sử dụng thấu kính có bề mặt hình cầu. Những thấu kính như vậy rất dễ sản xuất, nhưng hình dạng hình cầu của thấu kính không phải là lý tưởng để tạo ra hình ảnh sắc nét. Hiệu ứng của quang sai cầu được thể hiện trong việc làm giảm độ tương phản và làm mờ các chi tiết, cái gọi là "xà phòng".

Làm thế nào điều này xảy ra? Tia sáng song song truyền qua thấu kính cầu bị khúc xạ, tia đi qua rìa thấu kính hợp nhất ở tiêu điểm gần thấu kính hơn tia sáng đi qua tâm thấu kính. Nói cách khác, các cạnh của thấu kính có tiêu cự ngắn hơn trung tâm. Hình ảnh dưới đây cho thấy rõ ràng cách một chùm ánh sáng đi qua thấu kính hình cầu và do những gì quang sai hình cầu xuất hiện.

Tia sáng đi qua thấu kính ở gần trục chính (gần quang tâm) thì hội tụ ở vùng B, xa thấu kính hơn. Các tia sáng đi qua các vùng rìa của thấu kính được hội tụ ở vùng A, gần thấu kính hơn.

3 Quang sai màu

Quang sai sắc (CA) là một hiện tượng gây ra bởi sự phân tán của ánh sáng đi qua thấu kính, tức là phá vỡ chùm ánh sáng vào các thành phần của nó. Các tia có bước sóng khác nhau (các màu khác nhau) bị khúc xạ ở các góc khác nhau, do đó, cầu vồng được hình thành từ chùm sáng trắng.

Quang sai màu dẫn đến giảm độ rõ nét của hình ảnh và xuất hiện các "viền" màu, đặc biệt là trên các vật thể tương phản.

Để chống lại hiện tượng quang sai màu, người ta sử dụng thấu kính có màu đặc biệt làm bằng thủy tinh có độ phân tán thấp, không phân hủy tia sáng thành sóng.

1.4 Quang sai tĩnh (hôn mê)

Quang sai hôn mê hoặc hôn mê là hiện tượng được nhìn thấy ở ngoại vi của hình ảnh được tạo ra bởi thấu kính được điều chỉnh quang sai cầu và khiến các tia sáng đi vào rìa thấu kính ở một góc nào đó hội tụ thành một sao chổi chứ không phải điểm mong muốn. Do đó tên của nó.

Hình dạng của sao chổi được định hướng theo hướng tâm, với phần đuôi của nó hướng về phía hoặc ra khỏi trung tâm của hình ảnh. Kết quả làm mờ ở các cạnh của hình ảnh được gọi là hiện tượng lóa sáng hôn mê. Hôn mê, có thể xảy ra ngay cả trong thấu kính tái tạo chính xác điểm như một điểm trên trục quang học, là do sự khác biệt về khúc xạ giữa các tia sáng từ một điểm nằm ngoài trục quang học và đi qua các cạnh của thấu kính, và tia sáng chính từ cùng một điểm đi qua thấu kính.

Độ mờ càng tăng khi góc của chùm sáng chính tăng và dẫn đến giảm độ tương phản ở các cạnh của hình ảnh. Có thể đạt được một mức độ cải thiện nhất định bằng cách dừng ống kính. Hôn mê cũng có thể gây ra các vùng mờ của hình ảnh bị thổi ra, tạo ra hiệu ứng khó chịu.

Việc loại bỏ cả quang sai cầu và hôn mê đối với một vật thể nằm ở một khoảng cách chụp nhất định được gọi là hiện tượng vô hình, và một ống kính được hiệu chỉnh theo cách này được gọi là hiện tượng quang sai cầu.

5 Loạn thị

Với một thấu kính được hiệu chỉnh quang sai cầu và quang sai, một điểm đối tượng trên trục quang học sẽ được tái tạo chính xác thành một điểm trong ảnh, nhưng một điểm đối tượng ngoài trục quang học sẽ không xuất hiện dưới dạng một điểm trong ảnh, mà là một điểm bóng hoặc đường. Loại quang sai này được gọi là loạn thị.

Bạn có thể quan sát hiện tượng này ở các cạnh của hình ảnh nếu bạn hơi dịch chuyển tiêu điểm của thấu kính đến vị trí trong đó điểm đối tượng được mô tả rõ nét như một đường được định hướng theo hướng xuyên tâm từ trung tâm của hình ảnh và lại dịch chuyển lấy nét đến một vị trí khác trong đó điểm đối tượng được mô tả rõ nét như một đường được định hướng theo hướng của đường tròn đồng tâm. (Khoảng cách giữa hai vị trí lấy nét này được gọi là chênh lệch astigmatic.)

Nói cách khác, tia sáng trong mặt phẳng kinh tuyến và tia sáng trong mặt phẳng sagittal ở vị trí khác nhau nên hai nhóm tia này không nối tại cùng một điểm. Khi thấu kính được đặt ở vị trí tiêu cự tối ưu đối với mặt phẳng kinh tuyến, các tia sáng trong mặt phẳng kinh tuyến sẽ thẳng hàng theo hướng của đường tròn đồng tâm (vị trí này được gọi là tiêu điểm kinh tuyến).

Tương tự, khi thấu kính được đặt ở vị trí tiêu cự tối ưu đối với mặt phẳng nghiêng, các tia sáng trong mặt phẳng kinh tuyến sẽ tạo thành một đường thẳng hướng theo hướng xuyên tâm (vị trí này được gọi là tiêu điểm sagittal).

Với kiểu biến dạng này, các đối tượng trong ảnh trông cong, có chỗ bị mờ, các đường thẳng trông cong và có thể bị tối. Nếu ống kính bị loạn thị thì được phép thay thế phụ tùng, vì hiện tượng này không chữa được.

6 Độ cong trường ảnh

Với kiểu quang sai này, mặt phẳng hình ảnh trở nên cong, vì vậy nếu tâm ảnh nằm trong tiêu điểm thì các cạnh của hình ảnh bị mất nét và ngược lại, nếu các cạnh được lấy nét thì tâm ảnh sẽ bị out của tiêu điểm.

1.7 Độ méo (biến dạng)

Loại quang sai này thể hiện ở sự biến dạng của các đường thẳng. Nếu các đường thẳng là lõm, sự biến dạng được gọi là pincushion, nếu lồi - hình thùng. Các ống kính zoom thường tạo ra hiện tượng méo hình thùng ở góc rộng (thu phóng tối thiểu) và biến dạng pincushion ở chụp xa (thu phóng tối đa).

2. Tính toán các chiều của quang hệ

Dữ liệu ban đầu:

Để xác định tiêu cự của thấu kính và thị kính, ta giải hệ thức sau:

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 'được \ u003d 19,6154 mm;

Đường kính của con ngươi lối vào được tính theo công thức D \ u003d D'G

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

Trường quan sát tuyến tính của thị kính được tìm thấy theo công thức:

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

Trường góc của thị kính được tìm thấy theo công thức:

Tính toán hệ thống lăng kính

D 1 - mặt vào của hình lăng trụ thứ nhất;

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

D 1 \ u003d 21,163781 mm;

Độ dài tia của lăng kính thứ nhất = * 2 = 21,163781 * 2 = 42,327562;

D 2 - mặt đầu vào của lăng trụ thứ hai (công thức tính trong Phụ lục 3);

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

D 2 \ u003d 18,91 mm;

Độ dài các tia của lăng trụ thứ hai = * 2 = 18,91 * 2 = 37,82;

Khi tính toán quang hệ, khoảng cách giữa các lăng kính được chọn trong khoảng 0,5-2 mm;

Để tính hệ lăng trụ, cần đưa nó lên không trung.

Để giảm độ dài đường truyền của tia lăng kính tới không khí:

l 01 - chiều dài của hình lăng trụ thứ nhất giảm xuống không khí

n = 1,5688 (chiết suất thủy tinh BK10)

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

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

Xác định lượng chuyển động của thị kính để đảm bảo lấy nét trong phạm vi ± 5 diop

trước tiên, bạn cần tính giá của một diopter f ’ok 2/1000 \ u003d 0,384764 (giá của một diopter.)

Di chuyển thị kính để đạt được tiêu điểm mong muốn: mm

Kiểm tra sự cần thiết phải phủ một lớp phủ phản quang lên các mặt phản chiếu:

(góc lệch cho phép của lệch so với chùm dọc trục, khi chưa vi phạm điều kiện phản xạ toàn phần bên trong)

(giới hạn góc tới của tia trên mặt đầu vào của lăng kính, khi đó không cần phủ một lớp phản xạ). Do đó: không cần lớp phủ phản quang.

Tính toán thị kính:

Vì 2ω ’= 34,9 nên loại thị kính cần dùng là vật đối xứng.

f ’ok = 19,6154 mm (tiêu cự tính toán);

K p \ u003d S ’F / f’ ok \ u003d 0,75 (hệ số chuyển đổi)

S ’F \ u003d K p * f’ được rồi

S ’F = 0,75 * f’ được (giá trị độ dài tiêu cự trở lại)

Việc loại bỏ đồng tử lối ra được xác định theo công thức: S ’p = S’ F + z ’p

z ’p được tìm thấy theo công thức của Newton: z’ p = -f ’ok 2 / z p trong đó z p là khoảng cách từ tiêu điểm phía trước của thị kính đến màng khẩu độ. Trong phạm vi tiêu điểm có hệ thống bao phủ lăng kính, màng khẩu độ thường là ống kính. Như một phép gần đúng đầu tiên, chúng ta có thể lấy z p bằng tiêu cự của thấu kính với một dấu trừ, do đó:

z p = -235,3846 mm

Việc loại bỏ con ngươi lối ra bằng:

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

Tính toán quang sai của các thành phần hệ thống quang học.

Phép tính quang sai bao gồm phép tính quang sai của thị kính và lăng kính cho ba bước sóng.

Tính toán quang sai thị kính:

Việc tính toán quang sai của thị kính được thực hiện theo hướng ngược lại của tia, sử dụng gói phần mềm ROSA.

y 'ok \ u003d 0,0243

Tính quang sai của hệ lăng kính:

Quang sai của lăng kính phản xạ được tính bằng công thức cho quang sai bậc ba của một tấm song song mặt phẳng tương đương. Đối với kính BK10 (n = 1,5688).

Quang sai cầu dọc:

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

Vị trí màu sắc:

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

Hôn mê kinh lạc:

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

δy "= -0,001606181

Tính toán quang sai ống kính:

Quang sai cầu dọc δS ’sf:

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

Vị trí màu sắc:

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

Hôn mê kinh lạc:

δy ’to = δy’ ok - δy ’pr

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

Định nghĩa các thành phần cấu tạo của thấu kính.

Quang sai của một hệ thống quang học mỏng được xác định bởi ba thông số chính P, W, C. Công thức gần đúng prof. G.G. Slyusareva kết nối các thông số chính P và W:

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

Tính tiêu điểm hai thấu kính thu gọn để tìm một tổ hợp kính nào đó có giá trị P 0 và C cho trước.

Tính tiêu cự của thấu kính theo phương pháp profin. G.G. Slyusareva:

) Theo các giá trị của quang sai thấu kính δS 'xp, δS' sf, δy 'k., Thu được từ các điều kiện bù quang sai của hệ lăng kính và thị kính, tổng quang sai được tìm thấy:

S I xp = δS ’xp = -0,42673442

S I \ u003d 2 * δS 'sf / (tgb') 2

S I = 6,516521291

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

SII = 172,7915624

) Dựa trên tổng, các tham số hệ thống được tìm thấy:

S I xp / f 'ob

S II / f'ob

) P 0 được tính:

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

) Theo biểu đồ-nomogram, đường thẳng cắt qua ô thứ 20. Hãy cùng xem sự kết hợp của kính K8F1 và KF4TF12:

) Từ bảng là các giá trị của P 0, φ k và Q 0 tương ứng với giá trị được chỉ định cho K8F1 (không phù hợp)

φk = 2,1845528

cho KF4TF12 (phù hợp)

) Sau khi tìm P 0, φ k và Q 0, Q được tính theo công thức:

) Sau khi tìm thấy Q, các giá trị a 2 và a 3 của tia 0 đầu tiên được xác định (a 1 \ u003d 0, vì đối tượng ở vô cùng và 4 \ u003d 1 - từ điều kiện chuẩn hóa):

) Các giá trị của a i xác định bán kính cong của thấu kính mỏng:

Bán kính Thấu kính mỏng:

) Sau khi tính toán bán kính của một thấu kính mỏng, độ dày thấu kính được chọn từ các cân nhắc thiết kế sau đây. Độ dày dọc theo trục của thấu kính dương d1 là tổng các giá trị tuyệt đối của các mũi tên L1, L2 và độ dày dọc theo cạnh, ít nhất phải bằng 0,05D.

h = D trong / 2

L \ u003ng h 2 / (2 * r 0)

L 1 \ u003d 0.58818 2 \ u003d -1.326112

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

) Theo độ dày thu được, hãy tính chiều cao:

h 1 \ u003d f khoảng \ 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

) Bán kính độ cong của thấu kính với độ dày hữu hạn:

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)

Việc kiểm soát kết quả được thực hiện bằng tính toán trên máy tính sử dụng chương trình "ROSA":

so sánh quang sai ống kính

Các quang sai thu được và tính toán đều gần với giá trị của chúng.

căn chỉnh quang sai kính thiên văn

Cách bố trí bao gồm xác định khoảng cách đến hệ thống lăng kính từ vật kính và thị kính. Khoảng cách giữa vật kính và thị kính được xác định là (S ’F’ ob + S ’F’ ok + Δ). Khoảng cách này là tổng khoảng cách giữa thấu kính và lăng kính thứ nhất, bằng một nửa tiêu cự của thấu kính, đường truyền tia trong lăng kính thứ nhất, khoảng cách giữa các lăng kính, đường truyền tia trong lăng kính thứ hai, khoảng cách từ mặt cuối cùng của lăng kính thứ hai đến tiêu diện và khoảng cách từ mặt phẳng này đến thị kính.

692+81.15+41.381+14.777=255

Sự kết luận

Đối với thấu kính thiên văn, độ phân giải được xác định bằng khoảng cách góc nhỏ nhất giữa hai ngôi sao có thể nhìn thấy riêng biệt trong kính thiên văn. Về mặt lý thuyết, khả năng phân giải của kính thiên văn thị giác (tính bằng giây cung) đối với các tia màu vàng lục mà mắt nhạy cảm nhất có thể được ước tính bằng biểu thức 120 / D, trong đó D là đường kính của đồng tử lối vào của kính thiên văn, được thể hiện bằng milimét.

Sức mạnh xuyên thấu của kính thiên văn là cường độ sao giới hạn của một ngôi sao có thể được quan sát bằng kính thiên văn này trong điều kiện khí quyển tốt. Chất lượng hình ảnh kém, do bầu khí quyển trái đất bị rung, hấp thụ và tán xạ các tia, làm giảm độ lớn tối đa của các ngôi sao thực sự quan sát được, làm giảm nồng độ năng lượng ánh sáng trên võng mạc, tấm ảnh hoặc bộ thu bức xạ khác trong kính thiên văn. Lượng ánh sáng được thu thập bởi con ngươi vào của kính thiên văn tăng tỷ lệ thuận với diện tích của nó; đồng thời, sức xuyên của kính thiên văn cũng tăng lên. Đối với kính thiên văn có đường kính vật kính là D milimét, sức xuyên thấu, được biểu thị bằng độ lớn của sao để quan sát bằng mắt, được xác định theo công thức:

mvis = 2,0 + 5 lgD.

Tùy thuộc vào hệ thống quang học, kính thiên văn được chia thành thấu kính (khúc xạ), gương (phản xạ) và kính thiên văn thấu kính gương. Nếu một hệ thấu kính kính thiên văn có một vật kính dương (thu) và một thị kính âm (khuếch tán), thì nó được gọi là hệ Galilean. Hệ thống thấu kính của kính thiên văn Kepler có vật kính dương và thị kính dương.

Hệ thống của Galileo cho hình ảnh ảo trực tiếp, có trường nhìn nhỏ và độ sáng nhỏ (đường kính đồng tử lối ra lớn). Sự đơn giản của thiết kế, độ dài ngắn của hệ thống và khả năng thu được hình ảnh trực tiếp là những ưu điểm chính của nó. Nhưng trường nhìn của hệ thống này tương đối nhỏ, và việc không có ảnh thật của vật thể giữa thấu kính và thị kính không cho phép sử dụng kẻ ô. Do đó, hệ thống Galilean không thể được sử dụng cho các phép đo trong mặt phẳng tiêu điểm. Hiện tại, nó được sử dụng chủ yếu trong ống nhòm rạp hát, nơi không yêu cầu độ phóng đại và trường nhìn cao.

Hệ thống Kepler cho hình ảnh thực và ngược của một vật thể. Tuy nhiên, khi quan sát các thiên thể, tình huống sau không quá quan trọng, và do đó hệ thống Kepler phổ biến nhất trong các kính thiên văn. Chiều dài của ống kính thiên văn trong trường hợp này bằng tổng tiêu cự của vật kính và thị kính:

Khoảng L \ u003d f "ob + f"

Hệ thống Kepler có thể được trang bị một mặt kẻ ô ở dạng một tấm phẳng song song với một thang chia độ và các sợi lông chéo. Hệ thống này được sử dụng rộng rãi kết hợp với hệ thống lăng kính cho phép chụp ảnh trực tiếp thấu kính. Hệ thống Keplerian chủ yếu được sử dụng cho kính viễn vọng trực quan.

Ngoài mắt, là bộ phận thu nhận bức xạ trong kính thiên văn thị giác, hình ảnh của các thiên thể có thể được ghi lại trên nhũ ảnh (kính thiên văn như vậy được gọi là thiên văn); một bộ nhân quang và một bộ chuyển đổi quang điện tử giúp nó có thể khuếch đại nhiều lần tín hiệu ánh sáng yếu từ các ngôi sao ở khoảng cách xa; hình ảnh có thể được chiếu lên ống kính thiên văn truyền hình. Hình ảnh của một vật thể cũng có thể được gửi đến máy đo kinh thiên văn hoặc máy đo ảnh thiên văn.

Để hướng ống kính thiên văn vào thiên thể mong muốn, một giá đỡ kính thiên văn (giá ba chân) được sử dụng. Nó cung cấp khả năng xoay đường ống quanh hai trục vuông góc với nhau. Cơ sở của giá đỡ mang một trục, trục thứ hai có thể quay cùng với ống kính thiên văn quay xung quanh nó. Tùy thuộc vào định hướng của các trục trong không gian, ngàm được chia thành nhiều loại.

Trong ngàm góc thay thế (hoặc ngang), một trục là thẳng đứng (trục phương vị) và trục kia (trục khoảng cách đỉnh) là nằm ngang. Nhược điểm chính của giá đỡ altazimuth là cần phải xoay kính thiên văn xung quanh hai trục để theo dõi một thiên thể chuyển động do chuyển động quay hàng ngày của thiên cầu. Giá đỡ Altazimuth được cung cấp với nhiều dụng cụ đo thiên văn: dụng cụ phổ quát, chuyển tuyến và vòng kinh tuyến.

Hầu như tất cả các kính thiên văn lớn hiện đại đều có giá đỡ xích đạo (hoặc song song), trong đó trục chính - cực hoặc kim giờ - hướng về cực thiên thể, và trục thứ hai - trục nghiêng - vuông góc với nó và nằm trong mặt phẳng của Đường xích đạo. Ưu điểm của ngàm thị sai là để theo dõi chuyển động hàng ngày của một ngôi sao, chỉ cần xoay kính thiên văn quanh một trục cực là đủ.

Văn chương

1. Công nghệ kỹ thuật số. / Ed. E.V. Evreinova. - M.: Phát thanh và truyền thông, 2010. - 464 tr.

Kagan B.M. Quang học. - M.: Enerngoatomizdat, 2009. - 592 tr.

Skvortsov G.I. Kỹ thuật máy tính. - MTUCI M. 2007 - 40 tr.

phụ lục 1

Tiêu cự 19,615 mm

Khẩu độ tương đối 1: 8

Góc nhìn

Dịch chuyển thị kính 1 điốp. 0,4 mm

Các nguyên tố cấu trúc

19.615; =14.755;

Chùm trục

Dầm chính

Mặt cắt kinh tuyến của một chùm tia xiên

Ống kính có thể hoán đổi cho máy ảnh có ống kính Vario Sonnar

Thay cho lời giới thiệu, tôi đề xuất xem xét kết quả săn bướm băng bằng photogun ở trên. Súng là một máy ảnh Casio QV4000 với phụ kiện quang học kiểu ống Kepler, bao gồm thấu kính Helios-44 làm thị kính và thấu kính Pentacon 2.8 / 135.

Người ta thường tin rằng các thiết bị có ống kính cố định có khả năng kém hơn đáng kể so với các thiết bị có ống kính hoán đổi cho nhau. Nói chung, điều này chắc chắn đúng, tuy nhiên, các hệ thống cổ điển với quang học hoán đổi cho nhau còn lâu mới trở nên lý tưởng như thoạt nhìn. Và với một số may mắn, xảy ra rằng việc thay thế một phần quang học (phụ kiện quang học) cũng không kém hiệu quả hơn so với việc thay thế toàn bộ quang học. Nhân tiện, cách làm này rất phổ biến với máy ảnh phim. Việc thay đổi quang học một cách dễ dàng hoặc ít hơn với độ dài tiêu cự tùy ý chỉ có thể thực hiện được đối với các thiết bị máy đo khoảng cách có màn trập tiêu cự, nhưng trong trường hợp này, chúng tôi chỉ có một ý tưởng rất gần đúng về những gì thiết bị thực sự nhìn thấy. Vấn đề này được giải quyết trong các thiết bị gương, cho phép bạn nhìn trên kính mờ hình ảnh được tạo bởi chính xác thấu kính hiện đang được lắp vào máy ảnh. Ở đây, có vẻ như đây là một tình huống lý tưởng, nhưng chỉ dành cho ống kính tele. Ngay khi chúng tôi bắt đầu sử dụng ống kính góc rộng với máy ảnh SLR, lập tức hóa ra rằng mỗi ống kính này đều có thêm ống kính, vai trò của nó là tạo cơ hội để đặt một tấm gương giữa ống kính và phim. Trên thực tế, có thể tạo ra một chiếc máy ảnh trong đó thành phần chịu trách nhiệm về khả năng đặt gương không thể thay thế được và chỉ các thành phần phía trước của ống kính mới thay đổi được. Một cách tiếp cận tương tự về mặt tư tưởng được sử dụng trong kính ngắm phản xạ của máy ảnh phim. Vì đường đi của chùm tia song song giữa bộ phận gắn kính thiên văn và vật kính chính, một khối lăng kính tách chùm hoặc một tấm mờ có thể được đặt giữa chúng một góc 45 độ. Một trong hai loại ống kính zoom chính, ống kính zoom, cũng kết hợp ống kính tiêu cự cố định và hệ thống tiêu cự. Thay đổi độ dài tiêu cự trong ống kính thu phóng được thực hiện bằng cách thay đổi độ phóng đại của phần đính kèm tiêu cự, đạt được bằng cách di chuyển các thành phần của nó.

Thật không may, tính linh hoạt hiếm khi dẫn đến kết quả tốt. Việc hiệu chỉnh quang sai thành công ít nhiều chỉ đạt được bằng cách chọn tất cả các phần tử quang học của hệ thống. Tôi khuyên mọi người nên đọc bản dịch của bài báo "" của Erwin Puts. Tôi viết tất cả những điều này chỉ để nhấn mạnh rằng, về nguyên tắc, các ống kính của máy ảnh SLR hoàn toàn không tốt hơn các ống kính tích hợp có gắn phụ kiện quang học. Vấn đề là nhà thiết kế phụ kiện quang học chỉ có thể dựa vào các yếu tố của chính họ và không thể can thiệp vào thiết kế của ống kính. Do đó, việc vận hành thành công một ống kính có phần đính kèm ít phổ biến hơn nhiều so với một ống kính hoạt động tốt được thiết kế hoàn toàn bởi một nhà thiết kế, ngay cả khi nó có khoảng cách làm việc phía sau kéo dài. Sự kết hợp của các yếu tố quang học đã hoàn thiện tạo ra quang sai chấp nhận được là rất hiếm, nhưng nó vẫn xảy ra. Thông thường, các tệp đính kèm afocal là một phạm vi phát hiện Galilean. Tuy nhiên, chúng cũng có thể được chế tạo theo sơ đồ quang học của ống Kepler.

Cách bố trí quang học của ống Kepler.

Trong trường hợp này, chúng ta sẽ có một hình ảnh bị đảo ngược, vâng, vâng, các nhiếp ảnh gia không xa lạ gì với điều này. Một số thiết bị kỹ thuật số có khả năng lật hình ảnh trên màn hình. Tôi muốn có một cơ hội như vậy cho tất cả các máy ảnh kỹ thuật số, vì có vẻ lãng phí khi rào hệ thống quang học để xoay hình ảnh trong máy ảnh kỹ thuật số. Tuy nhiên, hệ thống đơn giản nhất của một chiếc gương được gắn ở góc 45 độ so với màn hình có thể được chế tạo trong vài phút.

Vì vậy, tôi đã cố gắng tìm ra sự kết hợp của các yếu tố quang học tiêu chuẩn có thể được sử dụng cùng với ống kính máy ảnh kỹ thuật số phổ biến nhất hiện nay với tiêu cự 7-21 mm. Sony gọi ống kính này là Vario Sonnar, ống kính có thiết kế tương tự được lắp trong máy ảnh Canon (G1, G2), Casio (QV3000, QV3500, QV4000), Epson PC 3000Z, Toshiba PDR-M70, Sony (S70, S75, S85). Ống Kepler mà tôi nhận được cho thấy kết quả tốt và cho phép bạn sử dụng nhiều loại ống kính hoán đổi cho nhau trong thiết kế của mình. Hệ thống được thiết kế để hoạt động khi thấu kính tiêu chuẩn được đặt ở độ dài tiêu cự tối đa là 21 mm và thấu kính Jupiter-3 hoặc Helios-44 được gắn vào nó như một thị kính của kính thiên văn, sau đó ống kính mở rộng và một thấu kính tùy ý với độ dài tiêu cự lớn hơn 50 mm được cài đặt.

Sơ đồ quang học của thấu kính được sử dụng làm thị kính của hệ thống kính thiên văn.

May mắn là nếu bạn đặt thấu kính Jupiter-3 với con ngươi vào thấu kính của thiết bị và con ngươi ra vào ống thổi, thì quang sai ở các cạnh của khung hình sẽ rất vừa phải. Nếu chúng ta sử dụng thấu kính Pentacon 135 làm thấu kính và thấu kính Jupiter 3 làm thị kính, thì bằng mắt thường, dù chúng ta xoay thị kính như thế nào, ảnh thực tế không thay đổi, chúng ta có một ống có độ phóng đại 2,5 lần. Nếu thay vì dùng mắt, chúng ta sử dụng thấu kính của thiết bị, thì hình ảnh sẽ thay đổi đáng kể, và việc sử dụng thấu kính Jupiter-3, được chuyển bởi đồng tử lối vào ống kính máy ảnh, sẽ được ưu tiên hơn.

Casio QV3000 + Jupiter-3 + Pentacon 135

Nếu bạn sử dụng Jupiter-3 làm thị kính và Helios-44 làm thấu kính hoặc tạo thành hệ thống hai thấu kính Helios-44, thì độ dài tiêu cự của hệ thống thu được không thực sự thay đổi, tuy nhiên, bằng cách sử dụng kéo giãn lông, chúng ta có thể bắn từ hầu hết mọi khoảng cách.

Trong ảnh là ảnh tem bưu chính được chụp bởi hệ thống bao gồm một máy ảnh Casio QV4000 và hai ống kính Helios-44. Khẩu độ ống kính máy ảnh 1: 8. Kích thước của ảnh trong khung là 31 mm. Các đoạn tương ứng với tâm và góc của khung hình được hiển thị. Ở phần rìa, chất lượng hình ảnh giảm mạnh về độ phân giải và độ chiếu sáng giảm xuống. Khi sử dụng sơ đồ như vậy, sẽ hợp lý khi sử dụng một phần hình ảnh chiếm khoảng 3/4 diện tích khung hình. Từ 4 megapixel, chúng tôi tạo ra 3 và từ 3 megapixel, chúng tôi tạo ra 2,3 - và mọi thứ đều rất tuyệt

Nếu chúng ta sử dụng thấu kính tiêu cự dài, thì độ phóng đại của hệ sẽ bằng tỷ số tiêu cự của thị kính và thấu kính, và cho rằng tiêu cự của Jupiter-3 là 50 mm, chúng ta có thể dễ dàng tạo ra một vòi phun với tiêu cự tăng gấp 3 lần. Điểm bất tiện của một hệ thống như vậy là làm mờ các góc của khung hình. Vì biên trường khá nhỏ, bất kỳ khẩu độ nào của ống kính ống dẫn đến thực tế là chúng ta nhìn thấy một hình ảnh được ghi trong một vòng tròn nằm ở trung tâm của khung hình. Hơn nữa, điều này tốt ở trung tâm của khung hình, nhưng nó có thể không nằm ở trung tâm, điều đó có nghĩa là hệ thống không có đủ độ cứng cơ học và dưới trọng lượng của chính nó, ống kính đã chuyển khỏi quang học. trục. Làm mờ khung hình trở nên ít đáng chú ý hơn khi sử dụng ống kính cho máy ảnh định dạng trung bình và máy phóng to. Kết quả tốt nhất trong thông số này được hiển thị bằng hệ thống ống kính Ortagoz f = 135 mm từ máy ảnh.
Thị kính - Jupiter-3, thấu kính - Ortagoz f = 135 mm,

Tuy nhiên, trong trường hợp này, các yêu cầu về sự liên kết của hệ thống là rất, rất nghiêm ngặt. Sự thay đổi nhỏ nhất của hệ thống sẽ dẫn đến việc làm mờ một trong các góc. Để kiểm tra xem hệ thống của bạn được căn chỉnh tốt như thế nào, bạn có thể đóng khẩu độ của ống kính Ortagoz và xem cách tâm của vòng tròn kết quả. Việc chụp ảnh luôn được thực hiện với khẩu độ của ống kính và thị kính mở hoàn toàn, và khẩu độ được điều khiển bởi khẩu độ của ống kính tích hợp của máy ảnh. Trong hầu hết các trường hợp, việc lấy nét được thực hiện bằng cách thay đổi độ dài của ống thổi. Nếu các thấu kính được sử dụng trong hệ thống kính thiên văn có chuyển động riêng của chúng, thì khả năng lấy nét chính xác sẽ đạt được bằng cách xoay chúng. Và cuối cùng, việc lấy nét bổ sung có thể được thực hiện bằng cách di chuyển ống kính máy ảnh. Và trong điều kiện ánh sáng tốt, ngay cả hệ thống lấy nét tự động cũng hoạt động. Độ dài tiêu cự của hệ thống thu được quá lớn để chụp ảnh chân dung, nhưng một mảnh của ảnh chụp khuôn mặt khá phù hợp để đánh giá chất lượng.

Không thể đánh giá hoạt động của ống kính mà không lấy nét ở vô cực, và mặc dù thời tiết rõ ràng không góp phần tạo nên những bức ảnh như vậy, nhưng tôi cũng mang theo chúng.

Bạn có thể đặt một thấu kính có tiêu cự ngắn hơn thị kính, và đó là điều sẽ xảy ra. Tuy nhiên, đây là một sự tò mò hơn là một phương pháp ứng dụng thực tế.

Vài lời về việc triển khai cài đặt cụ thể

Các phương pháp gắn các phần tử quang học vào máy ảnh ở trên không phải là hướng dẫn hành động, mà là thông tin để phản ánh. Khi làm việc với máy ảnh Casio QV4000 và QV3500, người ta đề xuất sử dụng vòng bộ điều hợp LU-35A bản địa với sợi 58 mm và sau đó gắn tất cả các phần tử quang học khác vào nó. Khi làm việc với Casio QV 3000, tôi đã sử dụng thiết kế đính kèm ren 46 mm được mô tả trong bài viết Cải tiến máy ảnh Casio QV-3000. Để lắp ống kính Helios-44, một khung trống cho bộ lọc ánh sáng có sợi chỉ 49 mm đã được đặt trên phần đuôi của nó và được ép bằng đai ốc có sợi M42. Tôi đã nhận được đai ốc bằng cách cưa một phần của vòng mở rộng bộ điều hợp. Tiếp theo, tôi sử dụng vòng quấn bộ chuyển đổi Jolos từ các chủ đề M49 đến M59. Mặt khác, một vòng quấn để chụp ảnh macro M49 × 0,75-M42 × 1 được vặn vào ống kính, sau đó là một ống bọc M42, cũng được làm từ một vòng nối dài xẻ, sau đó là ống thổi và ống kính tiêu chuẩn với một sợi M42. Có rất nhiều vòng điều hợp tuyệt vời với chủ đề M42. Tôi đã sử dụng vòng điều hợp cho ngàm B hoặc C hoặc vòng điều hợp cho luồng M39. Để gắn thấu kính Jupiter-3 làm thị kính, một vòng phóng to bộ chuyển đổi từ sợi M40.5 đến M49 mm đã được vặn vào sợi cho bộ lọc, sau đó vòng quấn Jolos từ M49 đến M58 được sử dụng, và sau đó hệ thống này được gắn vào thiết bị. Ở phía bên kia của ống kính, khớp nối với chỉ M39 được vặn vào, sau đó vặn một vòng chuyển đổi từ M39 sang M42, sau đó tương tự với hệ thống với ống kính Helios-44.

Kết quả thử nghiệm các hệ thống quang học thu đượcđược đặt trong một tệp riêng biệt. Nó chứa các bức ảnh chụp hệ thống quang học đã được thử nghiệm và ảnh chụp nhanh của thế giới, nằm ở trung tâm ở góc của khung hình. Ở đây tôi chỉ đưa ra bảng cuối cùng của các giá trị độ phân giải tối đa ở trung tâm và ở góc của khung cho các thiết kế đã thử nghiệm. Độ phân giải được biểu thị bằng nét / pixel. Đường đen trắng - 2 nét.

Sự kết luận

Sơ đồ này phù hợp để làm việc ở mọi khoảng cách, nhưng kết quả đặc biệt ấn tượng đối với chụp ảnh macro, vì sự hiện diện của ống thổi trong hệ thống giúp bạn dễ dàng lấy nét vào các đối tượng gần đó. Mặc dù trong một số kết hợp, Jupiter-3 cho độ phân giải cao hơn, nhưng lớn hơn Helios-44, họa tiết làm cho nó kém hấp dẫn hơn như một thị kính cố định cho hệ thống thấu kính hoán đổi cho nhau.

Tôi xin chúc các công ty sản xuất các loại vòng và phụ kiện cho máy ảnh sản xuất được khớp nối có ren M42 và các vòng chuyển đổi từ ren M42 sang ren bộ lọc, với ren M42 bên trong và một bên ngoài cho bộ lọc.

Tôi tin rằng nếu một nhà máy quang học nào đó sản xuất một thị kính chuyên dụng của hệ thống kính thiên văn để sử dụng cho máy ảnh kỹ thuật số và ống kính tùy ý, thì một số sản phẩm như vậy sẽ có nhu cầu. Đương nhiên, thiết kế quang học như vậy phải được trang bị một vòng điều hợp để gắn vào máy ảnh và một sợi hoặc ngàm cho các ống kính hiện có,

Đó, trên thực tế, là tất cả. Tôi đã cho thấy những gì tôi đã làm, và bạn tự đánh giá xem chất lượng này có phù hợp với bạn hay không. Và xa hơn. Vì có một sự kết hợp thành công, nên có lẽ, có những sự kết hợp khác. Hãy nhìn xem, bạn có thể là người may mắn.

Những ngày này, chúng ta đang kỷ niệm 400 năm ngày ra đời kính thiên văn quang học - công cụ khoa học đơn giản và hiệu quả nhất đã mở ra cánh cửa Vũ trụ cho nhân loại. Galileo đã vinh dự tạo ra những chiếc kính thiên văn đầu tiên.

Như bạn đã biết, Galileo Galilei bắt đầu thử nghiệm với ống kính vào giữa năm 1609, sau khi ông biết rằng một kính thiên văn đã được phát minh ở Hà Lan cho nhu cầu điều hướng. Nó được thực hiện vào năm 1608, có thể là độc lập bởi các nhà nhãn khoa người Hà Lan Hans Lippershey, Jacob Metius và Zacharias Jansen. Chỉ trong sáu tháng, Galileo đã cải tiến đáng kể phát minh này, tạo ra một công cụ thiên văn mạnh mẽ dựa trên nguyên lý của nó và thực hiện một số khám phá đáng kinh ngạc.

Thành công của Galileo trong việc cải tiến kính thiên văn không thể được coi là ngẫu nhiên. Các bậc thầy về thủy tinh người Ý đã hoàn toàn trở nên nổi tiếng vào thời điểm đó: trở lại vào thế kỷ 13. họ đã phát minh ra kính. Và chính ở Ý, quang học lý thuyết đang ở thời kỳ tốt nhất. Thông qua các tác phẩm của Leonardo da Vinci, nó đã biến nó từ một phần của hình học thành một khoa học thực tiễn. Ông viết: “Hãy đeo kính cho đôi mắt của bạn để nhìn thấy mặt trăng to hơn,” vào cuối thế kỷ 15. Có lẽ, mặc dù không có bằng chứng trực tiếp cho điều này, nhưng Leonardo đã cố gắng triển khai một hệ thống kính thiên văn.

Nghiên cứu ban đầu về quang học được thực hiện vào giữa thế kỷ 16. Francesco Mavrolik người Ý (1494-1575). Đồng hương của ông là Giovanni Battista de la Porta (1535-1615) đã cống hiến hai tác phẩm tuyệt vời về quang học: "Phép thuật tự nhiên" và "Phép thuật về khúc xạ". Sau đó, ông thậm chí còn đưa ra sơ đồ quang học của kính thiên văn và tuyên bố rằng ông có thể nhìn thấy các vật thể nhỏ ở khoảng cách rất xa. Năm 1609, ông cố gắng bảo vệ quyền ưu tiên trong việc phát minh ra kính thiên văn, nhưng bằng chứng thực tế cho điều này là không đủ. Dù vậy, công việc của Galileo trong lĩnh vực này bắt đầu trên cơ sở được chuẩn bị kỹ lưỡng. Tuy nhiên, để tri ân những người tiền nhiệm của Galileo, chúng ta hãy nhớ rằng chính ông là người đã tạo ra một công cụ thiên văn khả thi từ một món đồ chơi vui nhộn.

Galileo bắt đầu các thí nghiệm của mình với sự kết hợp đơn giản giữa thấu kính dương làm vật kính và thấu kính âm làm thị kính, tạo ra độ phóng đại gấp ba lần. Bây giờ thiết kế này được gọi là ống nhòm sân khấu. Đây là thiết bị quang học phổ biến nhất sau kính. Tất nhiên, trong ống nhòm rạp hát hiện đại, các thấu kính được tráng phủ chất lượng cao, đôi khi thậm chí là những thấu kính phức tạp, được tạo thành từ một số kính, được sử dụng làm vật kính và thị kính. Chúng cho một trường nhìn rộng và chất lượng hình ảnh tuyệt vời. Galileo đã sử dụng các thấu kính đơn giản cho cả vật kính và thị kính. Kính thiên văn của ông bị quang sai màu và hình cầu mạnh nhất, tức là cho hình ảnh bị mờ ở các cạnh và mất nét với nhiều màu sắc khác nhau.

Tuy nhiên, giống như các bậc thầy người Hà Lan, Galileo không dừng lại ở “ống nhòm sân khấu”, mà tiếp tục các thí nghiệm với thấu kính và đến tháng 1 năm 1610 đã tạo ra một số dụng cụ có độ phóng đại từ 20 đến 33 lần. Với sự giúp đỡ của họ, ông đã có những khám phá đáng chú ý: ông đã phát hiện ra các vệ tinh của Sao Mộc, núi và miệng núi lửa trên Mặt trăng, vô số các ngôi sao trong Dải Ngân hà, v.v. Vào giữa tháng 3 năm 1610 tại Venice bằng tiếng Latinh, 550 bản sao của Tác phẩm của Galileo được xuất bản "Sứ giả đầy sao, nơi những khám phá đầu tiên về thiên văn học qua kính thiên văn được mô tả. Vào tháng 9 năm 1610, nhà khoa học phát hiện ra các giai đoạn của sao Kim, và vào tháng 11, ông phát hiện ra dấu hiệu của một vòng gần sao Thổ, mặc dù ông không nhận ra ý nghĩa thực sự của khám phá của mình (“Tôi đã quan sát hành tinh cao nhất trong bộ ba”, đảo chữ, cố gắng đảm bảo mức độ ưu tiên của việc khám phá). Có lẽ không một kính thiên văn nào trong những thế kỷ sau có đóng góp cho khoa học như kính thiên văn đầu tiên của Galileo.

Tuy nhiên, những người yêu thiên văn học đã cố gắng lắp ráp kính thiên văn từ kính đeo mắt thường ngạc nhiên về khả năng thấp trong thiết kế của họ, rõ ràng là kém hơn về "khả năng quan sát" so với kính thiên văn thủ công của Galileo. Thường thì "Ga-li-lê" hiện đại không thể phát hiện ngay cả các vệ tinh của Sao Mộc, chưa kể đến các pha của Sao Kim.

Ở Florence, Bảo tàng Lịch sử Khoa học (bên cạnh Phòng trưng bày Hình ảnh Uffizi nổi tiếng) là nơi lưu giữ hai trong số những kính thiên văn đầu tiên do Galileo chế tạo. Ngoài ra còn có một thấu kính bị vỡ của kính thiên văn thứ ba. Thấu kính này đã được Galileo sử dụng cho nhiều quan sát vào năm 1609-1610. và được ông tặng cho Đại công tước Ferdinand II. Ống kính sau đó đã vô tình bị vỡ. Sau cái chết của Galileo (1642), ống kính này được Hoàng tử Leopold the Medici lưu giữ, và sau khi ông qua đời (1675), nó được thêm vào bộ sưu tập Medici trong Phòng trưng bày Uffizi. Năm 1793, bộ sưu tập được chuyển đến Bảo tàng Lịch sử Khoa học.

Rất thú vị là chiếc khung trang trí bằng ngà voi được làm cho ống kính Galilean bởi thợ khắc Vittorio Krosten. Trang trí hoa lá phong phú và kỳ lạ được xen kẽ với hình ảnh của các dụng cụ khoa học; một số chữ khắc Latinh được kết hợp một cách hữu cơ vào mẫu. Trên đỉnh từng có một dải ruy băng, nay đã mất, có dòng chữ "MEDICEA SIDERA" ("Những ngôi sao Medici"). Phần trung tâm của bố cục có hình ảnh của Sao Mộc với quỹ đạo của 4 vệ tinh của nó, được bao quanh bởi dòng chữ "CLARA DEUM SOBOLES MAGNUM IOVIS INCREMENTUM" ("Thế hệ [trẻ] vinh quang của các vị thần, con cháu vĩ đại của Sao Mộc") . Trái và phải - khuôn mặt ngụ ngôn của Mặt trời và Mặt trăng. Dòng chữ trên dải băng quấn vòng hoa quanh ống kính có nội dung: "HIC ET PRIMUS RETEXIT MACULAS PHEBI ET IOVIS ASTRA" ("Anh ấy là người đầu tiên phát hiện ra cả những điểm của Phoebus (tức là Mặt trời) và các ngôi sao của Sao Mộc"). Trên vỏ hộp bên dưới có dòng chữ: "COELUM LINCEAE GALILEI MENTI APERTUM VITREA PRIMA HAC MOLE NON DUM VISA OSTENDIT SYDERA MEDICEA IURE AB INVENTORE DICTA SAPIENS NEMPE DOMINATUR ET ASTRIS" cho đến nay vẫn vô hình, được gọi là Medicean đối với khám phá của họ những ngôi sao.

Thông tin về trưng bày có trên trang web của Bảo tàng Lịch sử Khoa học: đường dẫn số 100101; tham chiếu số 404001.

Vào đầu thế kỷ 20, người ta đã nghiên cứu các kính thiên văn của Galileo được lưu trữ trong Bảo tàng Florentine (xem bảng). Các quan sát thiên văn thậm chí còn được thực hiện với chúng.

Đặc điểm quang học của vật kính và thị kính đầu tiên của kính thiên văn Galilean (kích thước tính bằng mm)

Hóa ra là ống đầu tiên có độ phân giải 20 "và trường nhìn là 15". Và thứ hai, lần lượt là 10 "và 15". Ống thứ nhất tăng 14 lần, ống thứ hai tăng 20 lần. Thấu kính của ống thứ ba bị vỡ bằng thị kính của hai ống thứ nhất sẽ cho độ phóng đại lần lượt là 18 và 35 lần. Vì vậy, liệu Galileo có thể đã thực hiện những khám phá tuyệt vời của mình với những công cụ không hoàn hảo như vậy?

thí nghiệm lịch sử

Đó là câu hỏi mà người Anh Stephen Ringwood đã đặt ra và để tìm ra câu trả lời, ông đã tạo ra một bản sao chính xác của kính thiên văn Galilean tốt nhất (Ringwood SD A Galilean telescope // The Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, 1994, vol . 35, 1, tr. 43-50). Vào tháng 10 năm 1992, Steve Ringwood đã tạo lại thiết kế của kính thiên văn thứ ba của Galileo và thực hiện tất cả các loại quan sát với nó trong một năm. Thấu kính của kính thiên văn của ông có đường kính 58 mm và tiêu cự 1650 mm. Giống như Galileo, Ringwood đã dừng ống kính của mình xuống đường kính khẩu độ D = 38 mm để thu được chất lượng hình ảnh tốt hơn với sự mất mát tương đối nhỏ trong khả năng xuyên thấu. Thị kính là thấu kính âm có tiêu cự -50 mm, cho độ phóng đại 33 lần. Vì trong thiết kế này của kính thiên văn, thị kính được đặt trước mặt phẳng tiêu cự của vật kính nên tổng chiều dài của ống là 1440 mm.

Ringwood coi nhược điểm lớn nhất của kính thiên văn Galileo là trường nhìn nhỏ - chỉ 10 inch, tức một phần ba đĩa mặt trăng. Hơn nữa, ở rìa trường nhìn, chất lượng hình ảnh rất thấp. Sử dụng một Tiêu chí Rayleigh mô tả giới hạn nhiễu xạ của độ phân giải của ống kính, người ta sẽ mong đợi hình ảnh chất lượng trong 3.5-4.0 ". Tuy nhiên, hiện tượng quang sai màu đã giảm nó xuống còn 10-20 ". Sức mạnh xuyên thấu của kính thiên văn, được ước tính bằng một công thức đơn giản (2 + 5lg D), dự kiến ​​khoảng +9,9 m. Tuy nhiên, trong thực tế, không thể phát hiện ra những ngôi sao mờ hơn +8 m.

Khi quan sát mặt trăng, kính thiên văn hoạt động tốt. Nó có thể nhìn thấy nhiều chi tiết hơn những gì được Galileo vẽ trên các bản đồ mặt trăng đầu tiên của ông. “Có lẽ Galileo là một người soạn thảo không quan trọng, hoặc ông ấy không quan tâm lắm đến các chi tiết của bề mặt Mặt Trăng?” Ringwood kỳ diệu. Hoặc có thể kinh nghiệm của Galileo trong việc chế tạo kính thiên văn và quan sát với chúng vẫn chưa đủ tuyệt vời? Chúng tôi nghĩ rằng đây là lý do. Chất lượng của kính, được đánh bóng bởi chính tay Galileo, không thể cạnh tranh với các thấu kính hiện đại. Và tất nhiên, Galileo không ngay lập tức học cách nhìn qua kính thiên văn: quan sát bằng mắt thường đòi hỏi kinh nghiệm đáng kể.

Nhân tiện, tại sao những người tạo ra phạm vi phát hiện đầu tiên - người Hà Lan - không thực hiện những khám phá thiên văn? Sau khi quan sát bằng ống nhòm rạp hát (độ phóng đại 2,5-3,5 lần) và với kính hiện trường (độ phóng đại 7-8 lần), bạn sẽ nhận thấy rằng có một vực thẳm giữa khả năng của chúng. Ống nhòm 3x chất lượng cao hiện đại giúp bạn có thể (khi quan sát bằng một mắt!) Hầu như không nhận thấy các miệng núi lửa lớn nhất trên Mặt Trăng; Rõ ràng là một chiếc ống của Hà Lan có cùng độ phóng đại, nhưng chất lượng thấp hơn, thậm chí không thể làm được điều này. Ống nhòm hiện trường, cho khả năng tương đương với kính thiên văn đầu tiên của Galileo, cho chúng ta thấy Mặt trăng trong tất cả sự vinh quang của nó, với nhiều miệng núi lửa. Sau khi cải tiến ống kiểu Hà Lan, đạt được độ phóng đại cao hơn nhiều lần, Galileo đã bước qua “ngưỡng khám phá”. Kể từ đó, trong khoa học thực nghiệm, nguyên tắc này không hề thất bại: nếu bạn quản lý để cải thiện thông số hàng đầu của thiết bị vài lần, bạn chắc chắn sẽ tạo ra một khám phá.

Cho đến nay, khám phá đáng chú ý nhất của Galileo là việc phát hiện ra bốn vệ tinh của Sao Mộc và đĩa của chính hành tinh này. Trái ngược với dự đoán, chất lượng thấp của kính thiên văn không gây trở ngại lớn cho các hoạt động quan sát của hệ thống vệ tinh Sao Mộc. Ringwood nhìn thấy rõ ràng cả bốn vệ tinh và giống như Galileo, có thể ghi nhận chuyển động của chúng so với hành tinh mỗi đêm. Đúng vậy, không phải lúc nào bạn cũng có thể lấy nét tốt hình ảnh của hành tinh và vệ tinh cùng một lúc: quang sai màu của ống kính rất đáng lo ngại.

Nhưng đối với bản thân sao Mộc, Ringwood, giống như Galileo, không thể phát hiện bất kỳ chi tiết nào trên đĩa của hành tinh này. Các dải vĩ độ tương phản yếu đi qua Sao Mộc dọc theo đường xích đạo đã bị rửa trôi hoàn toàn do hiện tượng quang sai.

Một kết quả rất thú vị đã được Ringwood thu được khi quan sát Sao Thổ. Giống như Galileo, ở độ phóng đại 33 lần, ông chỉ thấy những chỗ phồng yếu (“phần phụ bí ẩn”, như Galileo đã viết) ở các cạnh của hành tinh, mà người Ý vĩ đại, tất nhiên, không thể hiểu là một chiếc nhẫn. Tuy nhiên, các thí nghiệm sâu hơn của Ringwood cho thấy rằng khi sử dụng các thị kính có độ phóng đại cao khác, vẫn có thể nhận ra các đặc điểm rõ ràng hơn của chiếc nhẫn. Nếu Galileo thực hiện điều này đúng lúc, việc phát hiện ra các vành đai của Sao Thổ đã diễn ra sớm hơn gần nửa thế kỷ và sẽ không thuộc về Huygens (1656).

Tuy nhiên, những quan sát về Sao Kim đã chứng minh rằng Galileo nhanh chóng trở thành một nhà thiên văn học có tay nghề cao. Hóa ra là các pha của sao Kim không thể nhìn thấy được ở độ giãn dài lớn nhất, bởi vì kích thước góc của nó quá nhỏ. Và chỉ khi sao Kim tiếp cận Trái đất và trong pha 0,25 đường kính góc của nó đạt tới 45 ", hình dạng lưỡi liềm của nó mới trở nên đáng chú ý. Khi đó, khoảng cách góc của nó với Mặt trời không còn lớn nữa và việc quan sát rất khó khăn.

Điều gây tò mò nhất trong nghiên cứu lịch sử của Ringwood, có lẽ là việc phơi bày một quan niệm sai lầm cũ về những quan sát của Galileo về Mặt trời. Cho đến nay, người ta thường chấp nhận rằng không thể quan sát Mặt trời bằng kính thiên văn Galilean bằng cách chiếu ảnh của nó lên màn ảnh, vì thấu kính âm của thị kính không thể tạo ra ảnh thật của vật. Chỉ có kính thiên văn của hệ thống Kepler gồm hai thấu kính tích cực, được phát minh muộn hơn một chút, mới làm được điều đó. Người ta tin rằng người đầu tiên quan sát Mặt trời trên màn hình đặt sau thị kính là nhà thiên văn học người Đức Christoph Scheiner (1575-1650). Ông đồng thời và độc lập với Kepler đã tạo ra vào năm 1613 một kính thiên văn có thiết kế tương tự. Galileo đã quan sát Mặt trời như thế nào? Rốt cuộc, anh ta là người phát hiện ra các vết đen. Từ lâu, người ta tin rằng Galileo đã quan sát ánh sáng ban ngày bằng mắt của mình qua thị kính, sử dụng những đám mây làm bộ lọc ánh sáng hoặc quan sát Mặt trời trong sương mù thấp phía trên đường chân trời. Người ta tin rằng việc Galileo bị mất thị lực khi về già một phần là do những quan sát của ông về Mặt trời.

Tuy nhiên, Ringwood phát hiện ra rằng ngay cả kính thiên văn của Galileo cũng có thể tạo ra một hình chiếu khá tốt của hình ảnh mặt trời trên màn hình, với các vết đen có thể nhìn thấy rất rõ ràng. Sau đó, trong một lá thư của Galileo, Ringwood đã khám phá ra mô tả chi tiết về các quan sát của Mặt trời bằng cách chiếu hình ảnh của nó lên màn hình. Thật kỳ lạ là tình tiết này đã không được ghi nhận trước đó.

Tôi nghĩ rằng mọi người nghiệp dư về thiên văn học sẽ không từ chối cho mình niềm vui được "trở thành Galileo" trong một vài buổi tối. Để làm được điều này, bạn chỉ cần chế tạo một chiếc kính thiên văn Galilean và cố gắng lặp lại những khám phá của người Ý vĩ đại. Khi còn nhỏ, một trong những tác giả của ghi chú này đã làm ra ống Keplerian từ kính đeo mắt. Và đã ở tuổi trưởng thành, ông không thể cưỡng lại và chế tạo một công cụ tương tự như kính thiên văn của Galileo. Thấu kính được sử dụng là thấu kính đính kèm có đường kính 43 mm với công suất +2 diop và thị kính có tiêu cự khoảng -45 mm được lấy từ một ống nhòm nhà hát cũ. Kính thiên văn hóa ra không mạnh lắm, với độ phóng đại chỉ 11 lần, nhưng nó cũng có trường nhìn nhỏ, đường kính khoảng 50 "và chất lượng hình ảnh không đồng đều, giảm sút đáng kể về phía rìa. Tuy nhiên, hình ảnh trở nên tốt hơn nhiều khi ống kính được mở khẩu đến đường kính 22 mm, và thậm chí tốt hơn - lên đến 11 mm Độ sáng của hình ảnh, tất nhiên, giảm, nhưng việc quan sát Mặt trăng thậm chí còn được hưởng lợi từ điều này.

Đúng như dự đoán, khi xem Mặt trời chiếu lên màn hình trắng, kính thiên văn này quả thực đã tạo ra hình ảnh của đĩa mặt trời. Thị kính tiêu cực làm tăng tiêu cự tương đương của thấu kính lên nhiều lần (nguyên tắc tele). Vì không có thông tin về việc Galileo đã gắn kính thiên văn của mình vào chân máy nào nên tác giả đã quan sát khi cầm ống trên tay và dùng thân cây, hàng rào hoặc khung cửa sổ mở làm điểm tựa cho đôi tay của mình. Ở mức 11 lần là đủ, nhưng ở mức 30 lần, rõ ràng là Galileo có thể gặp vấn đề.

Chúng ta có thể cho rằng thí nghiệm lịch sử để tạo lại kính thiên văn đầu tiên đã thành công. Bây giờ chúng ta biết rằng kính thiên văn của Galileo là một công cụ khá bất tiện và tồi tệ theo quan điểm của thiên văn học hiện đại. Về mọi mặt, nó còn thua kém cả những nhạc cụ nghiệp dư hiện nay. Anh ta chỉ có một lợi thế - anh ta là người đầu tiên, và người tạo ra anh ta, Galileo đã "vắt kiệt" mọi thứ có thể từ nhạc cụ của anh ta. Vì điều này, chúng tôi tôn vinh Galileo và chiếc kính thiên văn đầu tiên của ông.

Hãy là Galileo

Năm 2009 này được tuyên bố là Năm Thiên văn Quốc tế để kỷ niệm 400 năm ngày kính thiên văn ra đời. Trong mạng máy tính, ngoài những cái hiện có, nhiều trang mới tuyệt vời đã xuất hiện với những bức ảnh tuyệt đẹp về các vật thể thiên văn.

Nhưng cho dù các trang web Internet có đầy đủ thông tin thú vị đến đâu, mục tiêu chính của MGA là chứng minh cho mọi người thấy Vũ trụ thực sự. Do đó, trong số các dự án ưu tiên là sản xuất kính thiên văn rẻ tiền dành cho bất kỳ ai. Đồ sộ nhất là "kính galileoscope" - một kính khúc xạ nhỏ được thiết kế bởi các nhà thiên văn-quang học chuyên nghiệp. Đây không phải là bản sao chính xác của kính viễn vọng Galileo, mà là sự tái sinh hiện đại của nó. "Kính galileoscope" có một thấu kính tiêu sắc hai thấu kính bằng thủy tinh với đường kính 50 mm và tiêu cự 500 mm. Thị kính 4 thấu kính bằng nhựa cho độ phóng đại 25x và Barlow 2x mang lại độ phóng đại lên đến 50x. Trường nhìn của kính thiên văn là 1,5 o (hoặc 0,75 o với thấu kính Barlow). Với một công cụ như vậy, bạn có thể dễ dàng "lặp lại" tất cả những khám phá của Galileo.

Tuy nhiên, bản thân Galileo với một chiếc kính thiên văn như vậy sẽ khiến chúng lớn hơn nhiều. Thẻ giá $ 15-20 của công cụ làm cho nó thực sự dễ tiếp cận với công chúng. Thật kỳ lạ, với một thị kính dương tiêu chuẩn (ngay cả với thấu kính Barlow), “kính galileoscope” thực sự là một ống Kepler, nhưng khi được sử dụng làm thị kính chỉ với một thấu kính Barlow, nó đúng với tên gọi của nó, trở thành một ống Galilean 17x. Để lặp lại những khám phá của người Ý vĩ đại trong một cấu hình (nguyên bản!) Như vậy không phải là một nhiệm vụ dễ dàng.

Đây là một công cụ rất tiện lợi và khá đại trà, thích hợp cho các trường học và những người mới bắt đầu học thiên văn. Giá của nó thấp hơn đáng kể so với các kính thiên văn trước đây có khả năng tương tự. Rất mong được mua những dụng cụ như vậy cho các trường học của chúng tôi.