Разновидности и особенности телескопов

Разновидности и особенности телескопов

Небо манит нас, когда мы смотрим на его просторы. Что же скрывается за облаками, и что находится в его непроглядной темноте? На эти вопросы, разумеется, отчасти мы смогли получить представления с помощью телескопа. Бесспорно, это уникальное устройство, которое подарило нам великолепную картину космоса. И несомненно, приблизило наше понимание небесного пространства.

Большой телескоп азимутный БТА

Наземные телескопы

1. Оптические телескопы

Оптические телескопы собирают свет видимой длины волны (видимой невооруженным глазом) электромагнитного спектра. Это самые старые и наиболее часто используемые телескопы в мире. Пожалуй, самой важной особенностью оптического телескопа является его светосила, которая намного выше, чем у человеческого глаза.

Оптические телескопы можно разделить на три большие категории; рефракторные, рефлекторные и катадиоптрические оптические конструкции. Каждый из них имеет свои плюсы и минусы и имеет различное применение в астрономии.

Рефракционные телескопы

Рефракционные или диоптрические телескопы — это тип оптических телескопов, в которых для создания изображения используются линзы (вместо зеркал). Каждый рефрактор также имеет окуляр, который позволяет телескопу собирать больше света, чем невооруженный глаз человека.

По конструкции преломляющие телескопы можно разделить на четыре типа — Галилейский телескоп, Кеплеровский телескоп, Ахроматический и Апохроматический рефракторы.

Несмотря на то, что сегодня в мире существует всего несколько преломляющих телескопов исследовательского класса, когда-то они пользовались широкой популярностью. С развитием технологии изготовления линз в конце 19 века преломляющие телескопы стали золотым стандартом в астрономических наблюдениях.

Отражающий телескоп

Отражающий телескоп или отражатель формирует изображение с помощью одного зеркала или, в некоторых случаях, группы зеркал. Первый в мире функциональный телескоп-отражатель был разработан Исааком Ньютоном в 1668 году как альтернатива «некорректному» преломлению.

Несмотря на то, что они до сих пор не могут дать «идеальное» изображение, рефлекторы используются почти во всех других исследовательских телескопах из-за их физических достоинств.

Подобно рефракторам, отражающие телескопы можно разделить на три большие категории в зависимости от конструкции — это телескопы григорианского, ньютоновского и кассегреновского типов. Также есть несколько подтипов и специализированных расширений.

Катадиоптрические телескопы

Третий и менее известный тип оптических телескопов — это катадиоптрические телескопы. Они сочетают в себе элементы отражающих и преломляющих телескопов для создания гибридной оптической системы. Хотя такая оптическая система обычно используется в фарах транспортных средств, некоторые типы телескопов и астрономических камер также используют эту установку.

Катадиоптрические телескопы имеют несколько преимуществ перед телескопами других типов, в том числе лучшую коррекцию ошибок из-за более широкого поля зрения. Кроме того, они менее массивны и проще в изготовлении. Немногочисленные примеры катадиоптрических телескопов — телескоп Аргунова – Кассегрена, телескоп Максутова и камера Шмидта.

2. Радиотелескопы

Большая миллиметровая матрица Atacama

Радиотелескопы анализируют астрономические объекты на радиочастотах. Другими словами, они обнаруживают сигналы на длинах радиоволн от удаленных астрономических объектов. Пожалуй, наиболее важным компонентом радиотелескопа является его антенна (тарелка), также известная как параболическая антенна.

Поскольку радиосигналы, которые мы получаем от большинства астрономических тел, слабые, радиотелескопам требуются большие антенны, чтобы собрать достаточно данных, чтобы астрономы могли проводить свои исследования. В некоторых случаях несколько радиотелескопов связаны друг с другом электронным способом, что значительно увеличивает область их поиска (радиоинтерферометрия).

Поскольку большинство радиочастот способно проникать в атмосферу Земли, в космических радиотелескопах нет необходимости. Однако потенциально они могут помочь наземным.

Некоторые из диапазонов частот, которые в настоящее время используются радиотелескопами: Радиолиния нейтрального водорода, 23 ГГц, 33 ГГц, 41 ГГц, 61 ГГц, 94 ГГц, 1406 МГц и 430 МГц.

Коммерческое использование этих частот запрещено во многих странах для выполнения радиоастрономических задач.

Радиоинтерферометрия

В радиоинтерферометрии радиосигналы, захваченные несколькими антеннами на большой площади, объединяются вместе, чтобы максимизировать общее разрешение. Эта техника была представлена ​​еще в 1946 году.

3. Солнечные телескопы

Солнечные телескопы, ранее известные как фотогелиографы, специально разработаны для наблюдения за солнцем в ближнем инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах волн. В отличие от большинства других типов, солнечные телескопы могут работать только в дневное время и обычно располагаются на вершине высокой белой конструкции.

Солнечный телескоп МакМата-Пирса, расположенный в Аризоне (США), является крупнейшим телескопом такого типа. Голландский открытый телескоп и солнечный телескоп Даниэля К. Иноуэ являются хорошими примерами солнечных телескопов.

Такой разный космос: как видят Вселенную космические и наземные телескопы

Земля отделена от остальной Вселенной огромными расстояниями. В исследовании космоса астрономы, в основном, используют свет. Этот главный источник данных перемещается в пустом пространстве, и несет как энергию, так и информацию. Разные телескопы по-разному воспринимают излучение космоса. Рассказываем, как именно.

Читать еще:  Значение имени Константин
Читайте «Хайтек» в

Что астрономы видят в телескопы?

Когда мы смотрим на астрономические объекты, такие как звезды и галактики, мы не просто видим на больших расстояниях — мы также смотрим назад во времени. Поскольку свету требуется время, чтобы путешествовать, изображение далекой галактики, которое мы видим, является изображением того, как раньше выглядела галактика. Например, галактика Андромеды находится примерно в 2,5 млн световых лет от Земли. Если человек с Земли посмотрит на неё в телескоп, он увидит какой галактика была 2,5 млн лет назад.

Перестань она существовать 1 млн лет назад, земляне еще бы нескоро об этом узнали. Если земляне хотят увидеть галактику такой, какая она есть сейчас, то придется подождать и снова заглянуть на 2,5 млн лет в будущее.

Каким бывает свет?

Видимый свет — свет, который воспринимают человеческие глаза, — бывает разных цветов. Его цвет определяется длиной волны — от 400 до 700 нм, что соответствует цветам от фиолетового до красного. Электромагнитное излучение с длинами волн короче 400 нм или длиннее 700 нм окружает человека повсюду, просто его не видно. Полный диапазон электромагнитного излучения или электромагнитный спектр показан на рисунке ниже.

Вообще, разнообразие электромагнитных волн настолько высокое, что людей можно считать практически слепыми. Это особенно заметно, если сравнить видимый спектр со всем остальным.

Видимый свет является частью электромагнитного спектра, который варьируется от гамма-лучей с очень короткими длинами волн до радиоволн с очень длинными.

Как на самом деле свете светят звезды?

Как и Солнце, каждая звезда излучает свет в широком диапазоне длин волн, во всем видимом спектре и даже за его пределами. Астрономы могут многому научиться, изучая детали спектра света звезды.

Некоторые очень горячие звезды излучают свет в ультрафиолетовых длинах волн (в основном), в то время как некоторые очень холодные звезды — в инфракрасном диапазоне. Есть очень горячие объекты, которые испускают рентгеновские и даже гамма-лучи. Свет от самых слабых и самых далеких объектов имеет форму радиоволн. На самом деле, многие объекты, которые сегодня наиболее интересны астрономам, невозможно увидеть даже невооруженным глазом. Ученые используют телескопы, чтобы обнаруживать слабый свет от далеких объектов и видеть объекты с длинами волн во всем электромагнитном спектре. Для разных целей подходят свои виды телескопов. Одни и те же космические объекты в них могут выглядеть по-разному.

Итак, какие бывают типы телескопов?

Оптические телескопы и видимый свет

Люди производят и используют линзы для увеличения объектов на протяжении тысяч лет. Однако первые настоящие телескопы появились в Европе в конце XVI века. В них использовалась комбинация двух линз, чтобы далекие объекты казались ближе и крупнее. Сам термин «телескоп» ввел итальянский ученый и математик Галилео Галилей. Он построил первый телескоп в 1608 году и впоследствии внес много улучшений в его конструкцию.

Телескопы, основанные на преломлении или изгибе света линзами, называются преломляющими телескопами или просто рефракторами. Все самые ранние телескопы, включая телескоп Галилея, были рефракторами. Многие из небольших телескопов, используемых сегодня астрономами-любителями, являются рефракторами. Они особенно хороши для наблюдения за объектами в солнечной системе — поверхностью Луны или кольцами Сатурна.

Самый большой в мире рефракторный телескоп находится в обсерватории Йеркса Чикагского университета в Висконсине и был построен в 1897 году. Диаметр его самой большой линзы составляет 102 см.

Радиотелескопы

Самые большие оптические телескопы в мире являются отражателями и собирают видимый свет. А самые крупные в мире телескопы созданы для сбора радиоволн — света на более длинных волнах. Такие радиотелескопы очень похожи на спутниковые антенны.

Самый большой телескоп в мире находился в обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико до обрушения в прошлом году. Он находился в естественной воронке, которая образовалась, когда вода, протекающая под землей, растворила известняковую породу. Поскольку телескоп устанавливался в землю, его нельзя было навести на разные части неба. Он наблюдать только ту часть неба, которая в данный момент находилась над ним.

Сейчас в Чили на горе Армасонес строится астрономическая обсерватория, главным инструментом которой станет телескоп Extremely Large Telescope (Чрезвычайно большой телескоп) с сегментным зеркалом диаметром в 39,3 м. Он состоит из 798 шестиугольных сегментов диаметром 1,4 метра каждый.

Зеркало позволит собирать в 15 раз больше света, чем любой из существующих на сегодня телескопов. Телескоп будет оснащён уникальной адаптивной оптической системой из 5 зеркал, которая способна компенсировать турбулентность земной атмосферы и даст возможность получать изображения с большей степенью детализации, чем орбитальный телескоп «Хаббл».

Самое большое скопление радиотелескопов — VLA (Very Large Array,Очень Большая Антенная Решетка) — находится в штате Нью-Мексико (США). Это 27 радиотелескопов, которые работают как единая многовибраторная сложная антенна (антенная решетка). Антенны радиотелескопов имеют 25 метров в диаметре.

Космические телескопы: великие обсерватории НАСА

У всех телескопов на Земле есть одно существенное ограничение: электромагнитное излучение, которое они собирают, проходит сквозь атмосферу планеты. Атмосфера блокирует часть излучения в инфракрасной части спектра и почти все излучения в ультрафиолетовом и более высоких диапазонах частот. Кроме того, движение в атмосфере искажает свет. Из-за этого искажения в ночном небе и мерцают звезды.

Читать еще:  Обзор телескопа модели Levenhuk Strike 80 NG - Астрономия и Космос

Чтобы свести к минимуму эти проблемы, многие обсерватории строят на возвышении, где над телескопом меньше атмосферы. Однако лучшее решение — использование космических телескопов, которые вращаются за пределами атмосферы Земли в космосе. Они оснащены инструментами для наблюдения за объектами, которые испускают различные типы электромагнитного излучения — видимый, инфракрасный или ультрафиолетовый свет; а также рентгеновское и гамма-излучение.

Инженеры и ученые НАСА создали и запустили на орбиту Земли четыре большие обсерватории для наблюдения за Вселенной в различных диапазонах электромагнитного спектра.

Космический телескоп «Хаббл», возможно, самый известный космический телескоп. Он вращается вокруг Земли на высоте 589 км и собирает данные в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах волн.

Для изучения гамма-лучей Вселенной НАСА создали Обсерваторию Комптон (Compton Gamma Ray Observatory). Это вторая из «Больших обсерваторий» НАСА после телескопа «Хаббл». Обсерватория названа в честь Артура Комптона, лауреата нобелевской премии по физике. Её запустили на космическом челноке Атлантис в 1991 году, обсерватория проработала до 4 июня 2000 года.

Телескопы рентгеновской обсерватории Чандра используют специальную оптику для наблюдения за удаленными объектами в рентгеновском спектре. Её запустили в 1999 году.

Последняя из четырех «Великих обсерваторий» — космический инфракрасный телескоп «Спитцер». Его вывели на орбиту 25 августа 2003 года, на время запуска «Спитцер» был крупнейшим инфракрасным телескопом в мире. В 2009 году его запас хладагента закончился, но телескоп сохранил частичную работоспособность. 30 января 2020 года миссию завершили, а научное оборудование перевели в режим гибернации.

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Телескопы»

На протяжении тысячелетий астрономы изучали положения небесных объектов на звёздном небе и их взаимное перемещение с течением времени. Конечно же древним астрономам приходилось очень нелегко, так как они имели возможность наблюдать за звёздным небом лишь невооружённым глазом. И в основном благодаря лишь своей железной логике, силе мысли и математическому расчёту Николай Коперник сделал свои гениальные открытия.

Настоящий переворот в астрономии произошёл в 1608 году, после того как голландский мастер по изготовлению очков Иоанн Липперсгей обнаружил, что две линзы, расположенные на одной прямой, могут увеличивать предметы. Так была изобретена зрительная труба.

Этой идеей сразу же воспользовался Галилей. В 1609 году он сконструировал свою первую зрительную трубу с трёхкратным увеличением и направил её в небо. Так зрительная труба превратилась в телескоп.

Кстати, название «телескоп» происходит от двух греческих слов: «теле» — далеко, и «скопео» — смотреть. Оно было предложено в 1611 году греческим математиком Иоаннисом Димисианосом для одной из зрительных труб Галилея.

Телескопы применяют для того, чтобы собрать как можно больше света, идущего от изучаемого объекта, и чтобы получить возможность изучать его мелкие детали, которые недоступны невооружённому глазу. Чем более слабые объекты даёт возможность увидеть телескоп, тем больше его проницающая сила. А возможность различать мелкие детали характеризует разрешающую способность телескопа. Обе эти характеристики телескопа зависят от диаметра его объектива.

Разрешающая способность телескопа — это наименьший угол между такими двумя близкими звёздами, когда они уже видны как две, а не сливаются зрительно в одну.

Проще говоря, чем меньше размер изображения светящейся точки (в нашем случае, звезды), которое даёт телескоп, тем больше его разрешающая способность.

Разрешающая способность телескопа для видимого света определяется по формуле:

где «D» — это диаметр объектива в миллиметрах, а «α» — угловое разрешение в угловых секундах.

Конечно же, таким образом мы находим разрешающую способность идеального телескопа для идеальных условий наблюдения. В реальности разрешающая способность будет гораздо меньше, так как на качество изображения будут существенно влиять состояние атмосферы и движение воздуха.

Вам конечно же известно, что любой оптический телескоп состоит из объектива и окуляра. Так вот, если в качестве объектива телескопа использовать линзу, то телескоп будет называть рефра́ктором (от латинского слова «преломляю»). Если же в качестве объектива используется вогнутое зеркало, то это телескоп называется рефле́ктором (от латинского «отражаю»).

Помимо рефлекторов и рефракторов в настоящее время широкое применение нашли различные типы зеркально-линзовых телескопов.

У небольших и самых простых телескопов объективом, как правило, выступает двояковыпуклая собирающая линза. Из курса физики вам известно, что если предмет находится за двойным фокусом линзы, то она даёт его уменьшенное, действительное и перевёрнутое изображение. Так как расстояния до небесных тел очень велики, то лучи света, идущие от них, можно считать параллельными. В этом случае изображение небесного объекта будет располагаться в фокальной плоскости объектива.

Из построения видно, что угловых размеров наблюдаемого объекта объектив телескопа не изменяет. Поэтому, чтобы получить увеличенное изображение, мы должны воспользоваться окуляром — ещё одно линзой (собирающей или рассеивающей). При этом фокусное расстояние окуляра должно быть меньше, чем фокусное расстояние объектива. Если расположить окуляр так, чтобы изображение предмета, даваемое объективом телескопа, находилось в его главном фокусе и провести необходимые построения, то мы убедимся, что он увеличивает угловые размеры наблюдаемого объекта. Это увеличение мы можем легко рассчитать, как отношение фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра.

Читать еще:  Программа пилотируемых полётов - Астрономия и Космос

Конечно же первые телескопы были размером с небольшую подзорную трубу, увеличивали в несколько десятков раз и не отличались высоким качеством изображения. Однако вскоре было обнаружено, что количество света, собираемого объективом телескопа, возрастает пропорционально его площади. Поэтому со временем размеры и мощности этих приборов увеличивались. Так в 1845 году британский астроном Уильям Парсонс построил в своём графском замке телескоп «Левиафан». Масса этого аппарата составляла более 150 тонн, длина трубы — 17 метров, а зеркало имело диаметр 183 сантиметра.

В наше время изготавливаются ещё более крупные оптические телескопы. Так, например, крупнейшим телескопом в Евразии является «Большой телескоп азимутальный» (сокращённо БТА). Располагается он в научно-исследовательском институте Российской академии наук, расположенном на Северном Кавказе у подножия горы Пастухова в Зеленчукском районе Карачаево-Черкесской Республики. Его главное монолитное зеркало имеет диаметр 605 сантиметров. Этот телескоп считался крупнейшим в мире почти 18 лет.

В настоящее время самым крупным оптическим телескопом считает Большой южноафриканский телескоп, открытый в 2005 году. Находится он в Южноафриканской астрономической обсерватории, расположенной вблизи города Сатерленд в полупустынном регионе Кару Южно-Африканской Республики. Главное зеркало этого телескопа имеет размеры 11 м х 9,8 м и состоит из 91 одинакового шестиугольника со стороной 1 метр.

Примечательно, что изготовлением сегментов главного зеркала и их первичной обработкой занималось приборостроительное предприятие, расположенное в городе Лыткарино Московской области. А калибровка зеркала происходила при участии специалистов Всероссийского научно-исследовательского института метрологии имени Дмитрия Ивановича Менделеева.

Но и это не предел. В 2015 году произошла церемония закладки первого камня будущего Европейского чрезвычайно большого телескопа. Его главным инструментом станет сегментное зеркало диаметром в 39,3 метра.

Конечно же астрономы уже давно не ведут визуальных наблюдений. В середине XIX века им на смену пришла фотография. В настоящее же время фотографию заменили электронные приёмники света. Наибольшее распространение получили полупроводниковые приборы с зарядовой связью, сокращённо ПЗС. Матрицы ПЗС, которые применяются в современных цифровых фотоаппаратах, по своему устройству аналогичны тем, которые используются в астрономии. Важнейшим их качеством является высокая чувствительность: они способны реагировать практически на каждый попавший на них фотон. Особенно ПЗС незаменимы для тех телескопов, которые работают в автоматическом режиме. В частности, это касается знаменитого телескопа «Хаббл», который обращается вокруг земли на расстоянии примерно в 560 километров от её поверхности. Благодаря отсутствию влияния атмосферы разрешающая способность телескопа составляет всего 0,1’’, что почти в 7—10 раз больше, чем у аналогичного телескопа, расположенного на Земле. За 15 лет работы телескопа на Землю было передано свыше 1 миллиона 22 тысяч высококачественных изображений различных космических объектов. В их числе изображения самых далёких галактик, расположенных более чем в 13 миллиардах световых лет.

Сейчас мы называем астрономию всеволновой, так как наблюдения за космическими объектами ведутся во всех диапазонах электромагнитных волн, а не только в его видимой части спектра. Однако лишь радиоволны могут достичь поверхности Земли без значительного поглощения. Поэтому телескопы, предназначенные для изучения остального спектра волн, устанавливаются на орбитальных станциях и космических кораблях.

Для приёма же радиоизлучения от различных космических объектов используются земные радиотелескопы. Антенны радиотелескопов, чаще всего, представляют собой параболические отражатели, подобные зеркалам обычных оптических рефлекторов. Но собирают они не свет, а радиоволны. Радиотелескопы принято разделять на телескопы с заполненной и незаполненной апертурой.

Антенны с заполненной апертурой похожи на зеркала оптических телескопов и являются наиболее простыми и привычными в использовании. Самым крупным наземным радиотелескопом с заполненной апертурой является телескоп «Фаст» — «Сферический радиотелескоп с пятисотметровой апертурой», расположенный на юге Китая в провинции Гуйчжоу. Его строительство было завершено 25 сентября 2016 года.

Но возможности радиотелескопов существенно возрастают, если их антенны объединить в одну систему и использовать для изучения одного и того же объекта. Такие антенны получили название антенн с незаполненной апертурой. Например, система, которая состоит из 27) антенн диаметром 25 метров каждая, расположенных в определённом порядке, позволяет достичь углового разрешения в 0,04″. А это соответствует возможностям радиотелескопа с антенной, диаметром 35 километров.

Крупнейший наземный радиотелескоп с открытой апертурой — РАТАН-600 — располагается в Специальной астрофизической обсерватории Российской академии наук.

18 июля 2011 года был реализован масштабный международный проект с ведущим российским участием «Радиоастрон». На основе выведенного на околоземную орбиту радиотелескопа «Спектр-Р» (диаметр антенны — 10 метров) и радиотелескопов, расположенных на всех континентах земного шара, создаётся единая наземно-космическая система для изучения различных объектов Вселенной в радиодиапазоне. Двигаясь по вытянутой эллиптической орбите, «Спектр-Р» может удаляться от Земли на расстояние до 350 тысяч километров. Таким образом, создаваемая система по своим возможностям соответствует радиотелескопу с антенной такого колоссального размера.

Реализация проекта «Радиоастрон» позволило начать изучение таких явлений и процессов, как нейтронные звезды и сверхмассивные черные дыры, строение и динамику областей звёздообразования в нашей Галактике, а также проблемы, связанные с эволюцией Вселенной.

Ссылка на основную публикацию
Статьи на тему:

Adblock
detector