Зрителната тръба (рефракторен телескоп) е предназначена за извършване на наблюдения на отдалечени обекти. Тръбата се състои от 2 лещи: обектив и окуляр.
Определение 1
Лещие събирателна леща с голямо фокусно разстояние.
Определение 2
Окуляр- Това е обектив с късо фокусно разстояние.
Като окуляр се използват събирателни или разсейващи лещи.
Компютърен модел на телескоп
С помощта на компютърна програма можете да създадете модел, демонстриращ работата на телескопа Kepler от 2 лещи. Телескопът е предназначен за астрономически наблюдения. Тъй като устройството показва обърнато изображение, това е неудобно за наземни наблюдения. Програмата е конфигурирана така, че окото на наблюдателя да е настанено на безкрайно разстояние. Следователно в телескопа се извършва телескопичен път на лъчи, тоест паралелен сноп лъчи от далечна точка, който влиза в лещата под ъгъл ψ. Той излиза от окуляра по абсолютно същия начин като паралелен лъч, но по отношение на оптичната ос под различен ъгъл φ.
Ъглово увеличение
Определение 3Ъглово увеличение на телескопе отношението на ъглите ψ и φ, което се изразява с формулата γ = φ ψ.
Следната формула показва ъгловото увеличение на телескопа през фокусното разстояние на лещата F 1 и окуляра F 2:
γ = - F 1 F 2 .
Отрицателен знак, който се появява във формулата за ъглово увеличение пред обектива F 1, означава, че изображението е с главата надолу.
Ако желаете, можете да промените фокусните разстояния F 1 и F 2 на обектива и окуляра и ъгъла ψ. Стойностите на ъгъла φ и ъгловото увеличение γ са показани на екрана на устройството.
Ако забележите грешка в текста, моля, маркирайте я и натиснете Ctrl+Enter
ОПТИЧНИ ИНСТРУМЕНТИ С ТЕЛЕСКОПИЧНО ПЪТУВАНЕ НА ЛЪЧА: ТРЪБА НА КЕПЛЕР И ТРЪБА НА ГАЛИЛЕО
Целта на тази работа е да се изследва структурата на два оптични инструмента - тръбата на Кеплер и тръбата на Галилей и да се измерят техните увеличения.
Тръбата на Кеплер е проста телескопична система. Състои се от две положителни (събиращи) лещи, инсталирани така, че паралелният лъч, падащ върху първата леща, излиза от втората леща също паралелно (фиг. 1).
Леща 1 се нарича обектив, леща 2 се нарича окуляр. Задният фокус на обектива съвпада с предния фокус на окуляра. Този път на лъча се нарича телескопичен и оптичната система ще бъде афокална.
Фигура 2 показва пътя на лъчите от точка на обекта, лежаща извън оста.
Сегментът AF ok е реално обърнато изображение на обект в безкрайност. Така тръбата на Кеплер създава обърнато изображение. Окулярът може да бъде позициониран да действа като лупа, създавайки виртуално увеличено изображение на обект от разстояние най-добра визия D (виж Фиг. 3).
За да определите увеличението на тръбата на Кеплер, разгледайте Фиг. 4.
Нека лъчите от безкрайно отдалечен обект падат върху лещата в паралелен лъч под ъгъл -u спрямо оптичната ос и напускат окуляра под ъгъл u′. Увеличението е равно на съотношението на размера на изображението към размера на обекта, а това съотношение е равно на съотношението на тангентите на съответните зрителни ъгли. Следователно увеличението на тръбата на Кеплер е:
γ = - tgu′/ tgu (1)
Отрицателен знак за увеличение означава, че тръбата на Кеплер създава обърнат образ. Използвайки геометрични връзки (сходство на триъгълници), очевидни от фиг. 4, можем да изведем връзката:
γ = - fob′/fok′ = -d/d′, (2)
където d е диаметърът на рамката на лещата, d′ е диаметърът на действителното изображение на рамката на лещата, създадено от окуляра.
Телескопът на Галилей е показан схематично на фиг. 5.
Окулярът е отрицателна (разсейваща) леща 2. Фокусите на леща 1 и окуляр 2 съвпадат в една точка, така че пътят на лъчите тук също е телескопичен. Разстоянието между лещата и окуляра е равно на разликата между техните фокусни разстояния. За разлика от тръбата на Kepler, изображението на рамката на лещата, създадено от окуляра, ще бъде виртуално. Като се има предвид пътя на лъчите от точка на обект, разположен извън оста (фиг. 6), отбелязваме, че тръбата на Галилей създава директно (не обърнато) изображение на обекта.
Използвайки геометрични връзки по същия начин, както беше направено по-горе за тръбата на Кеплер, може да се изчисли увеличението на Галилеевата тръба. Ако лъчите от безкрайно отдалечен обект падат върху лещата в паралелен лъч под ъгъл -u спрямо оптичната ос и излизат от окуляра под ъгъл u′, тогава увеличението е равно на:
γ = tgu′/ tgu (3)
Може също да се покаже, че
γ = fob′/fok′, (4)
Положителен знакувеличението показва, че изображението, наблюдавано през телескопа Галилео, е изправено (не е обърнато).
ПРОЦЕДУРА НА РАБОТА
Уреди и материали:оптична пейка с монтирани в рейтерите оптични елементи: осветители (полупроводников лазер и лампа с нажежаема жичка), бипризма, две положителни лещи, отрицателна леща, екран.
УПРАЖНЕНИЕ 1. Измерване на увеличението на тръбата на Кеплер.
1. Инсталирайте полупроводниковия лазер и бипризмата на оптичната маса. Лазерният лъч трябва да удари ръба на бипризмата. Тогава от бипризмата ще излязат два лъча, вървящи успоредно. Тръбата на Кеплер се използва за наблюдение на много отдалечени обекти, така че на входа й пристигат паралелни снопове лъчи. Аналог на такъв паралелен лъч ще бъдат два лъча, излизащи от бипризма, успоредни един на друг. Измерете и запишете разстоянието d между тези лъчи.
2. След това сглобете тръба на Kepler, като използвате положителна леща с по-голям фокус като обектив и положителна леща с по-малък фокус като окуляр. Скицирайте получения оптичен дизайн. От окуляра трябва да излизат два лъча, успоредни един на друг. Измерете и запишете разстоянието d" между тях.
3. Изчислете увеличението на тръбата на Кеплер като съотношение на разстоянията d и d", като вземете предвид знака на увеличението. Изчислете грешката на измерване и запишете резултата с грешката.
4. Можете да измерите увеличението по друг начин. За да направите това, трябва да осветите обектива с друг източник на светлина - лампа с нажежаема жичка и да получите реално изображение на цевта на обектива зад окуляра. Измерете диаметъра на цевта на лещата d и диаметъра на нейното изображение d". Изчислете увеличението и го запишете, като вземете предвид грешката на измерване.
5. Изчислете увеличението по формула (2) като съотношение на фокусните разстояния на лещата и окуляра. Сравнете с увеличението, изчислено в параграф 3 и параграф 4.
ЗАДАЧА 2. Измерване на увеличението на тръбата на Галилей.
1. Инсталирайте полупроводниковия лазер и бипризмата на оптичната маса. Два успоредни лъча трябва да излязат от бипризма. Измерете и запишете разстоянието d между тях.
2. След това сглобете Галилеевата тръба, като използвате положителна леща като обектив и отрицателна леща като окуляр. Скицирайте получения оптичен дизайн. От окуляра трябва да излизат два лъча, успоредни един на друг. Измерете и запишете разстоянието d" между тях.
3. Изчислете увеличението на Галилеевата тръба като съотношение на разстоянията d и d." Изчислете грешката на измерване и запишете резултата с грешката.
4. Изчислете увеличението по формула (4) като съотношение на фокусните разстояния на лещата на окуляра. Сравнете с увеличението, изчислено в стъпка 3.
КОНТРОЛНИ ВЪПРОСИ
1. Какво представлява телескопичният път на лъча?
2. По какво се различава тромпетът на Кеплер от тромпетът на Галилей?
3. Какви оптични системи се наричат афокални?
16.12.2009 21:55 | В. Г. Сурдин, Н. Л. Василиева
Тези дни отбелязваме 400-годишнината от създаването оптичен телескоп- най-простият и ефективен научен инструмент, който отвори вратата към Вселената за човечеството. Честта да създаде първите телескопи по право принадлежи на Галилей.
Както знаете, Галилео Галилей започва да експериментира с лещи в средата на 1609 г., след като научава, че в Холандия е изобретена зрителна тръба за нуждите на навигацията. Направен е през 1608 г., вероятно независимо един от друг, от холандските оптици Ханс Липершей, Якоб Метиус и Захария Янсен. Само за шест месеца Галилео успя значително да подобри това изобретение, да създаде мощен астрономически инструмент на неговия принцип и да направи редица невероятни открития.
Успехът на Галилей в усъвършенстването на телескопа не може да се счита за случаен. Италианските майстори на стъкло вече са станали напълно известни по това време: още през 13 век. те са изобретили очилата. И именно в Италия теоретичната оптика беше в най-добрия си вид. Чрез трудовете на Леонардо да Винчи тя се превърна от част от геометрията в практическа наука. „Направете очила за очите си, за да видите луната голяма“, пише той в края на 15 век. Възможно е, въпреки че няма преки доказателства за това, Леонардо да е успял да приложи телескопична система.
Той извършва оригинални изследвания на оптиката в средата на 16 век. Италианец Франческо Мауролик (1494-1575). Неговият сънародник Джовани Батиста де ла Порта (1535-1615) посвещава две великолепни произведения на оптиката: „Естествена магия“ и „За пречупването“. В последния той дори дава оптичния дизайн на телескопа и твърди, че е успял да види малки обекти на голямо разстояние. През 1609 г. той се опитва да защити приоритет в изобретяването на телескопа, но фактическите доказателства за това не са достатъчни. Както и да е, работата на Галилей в тази област започва на добре подготвена почва. Но, отдавайки почит на предшествениците на Галилей, нека си припомним, че именно той направи функционален астрономически инструмент от забавна играчка.
Галилей започва експериментите си с проста комбинация от положителна леща като обектив и отрицателна леща като окуляр, давайки трикратно увеличение. Сега този дизайн се нарича театрален бинокъл. Това е най-популярното оптично устройство след очилата. Разбира се, съвременните театрални бинокли използват висококачествени лещи с покритие като лещи и окуляри, понякога дори сложни, съставени от няколко стъкла. Осигуряват широко зрително поле и отлични изображения. Използван Галилей прости лещикакто за обектив, така и за окуляр. Неговите телескопи страдаха от тежки хроматични и сферични аберации, т.е. създаде изображение, което беше размазано по краищата и нефокусирано в различни цветове.
Галилей обаче не спира, подобно на холандските майстори, с „театралните бинокли“, но продължава експериментите с лещи и до януари 1610 г. създава няколко инструмента с увеличение от 20 до 33 пъти. С тяхна помощ той прави своите забележителни открития: открива спътниците на Юпитер, планини и кратери на Луната, безброй звезди в Млечния път и др. Още в средата на март 1610 г. във Венеция на латинскиТрудът на Галилей „Звездният пратеник“ е публикуван в тираж от 550 екземпляра, където са описани тези първи открития на телескопичната астрономия. През септември 1610 г. ученият открива фазите на Венера, а през ноември открива признаци на пръстен на Сатурн, въпреки че няма представа за истинското значение на откритието си („Наблюдавах най-високата планета от три“, пише той в анаграма, опитвайки се да осигури приоритета на откритието). Може би нито един телескоп през следващите векове не е направил такъв принос към науката като първия телескоп на Галилей.
Въпреки това, тези ентусиасти на астрономията, които са се опитвали да сглобят телескопи от очила за очила, често са изненадани от малките възможности на техните проекти, които очевидно са по-ниски по отношение на „възможностите за наблюдение“ на домашно направения телескоп на Галилей. Често съвременните „Галилеи“ не могат дори да открият спътниците на Юпитер, да не говорим за фазите на Венера.
Във Флоренция, в Музея за история на науката (до известната художествена галерия Уфици), се съхраняват два от първите телескопи, построени от Галилей. Има и счупен обектив на третия телескоп. Тази леща е използвана от Галилео за много наблюдения през 1609-1610 г. и е подарен от него на великия княз Фердинанд II. По-късно лещата беше случайно счупена. След смъртта на Галилей (1642 г.) тази леща е била съхранявана от принц Леополд де Медичи, а след смъртта му (1675 г.) е добавена към колекцията на Медичите в галерия Уфици. През 1793 г. колекцията е прехвърлена в Музея за история на науката.
Много интересна е декоративната фигурна рамка от слонова кост, изработена за галилеевата леща от гравьора Виторио Кростен. Богати и сложни флорални шарки са осеяни с изображения на научни инструменти; Няколко латински надписа са органично включени в шаблона. На върха преди това имаше лента, сега изгубена, с надпис „MEDICEA SIDERA“ („Звезди на Медичите“). Централна частКомпозицията е увенчана с изображение на Юпитер с орбитите на 4 от спътниците му, заобиколен от текста „CLARA DEUM SOBOLES MAGNUM IOVIS INCREMENTUM“ („Славно [младо] поколение от богове, велико потомство на Юпитер“). Отляво и отдясно са алегоричните лица на Слънцето и Луната. Надписът върху панделката, изплитаща венец около лещата, гласи: „HIC ET PRIMUS RETEXIT MACULAS PHEBI ET IOVIS ASTRA“ („Той беше първият, който откри както петната на Феб (т.е. Слънцето), така и звездите на Юпитер“). Върху картуша по-долу е текстът: „COELUM LINCEAE GALILEI MENTI APERTUM VITREA PRIMA HAC MOLE NON DUM VISA OSTENDIT SYDERA MEDICEA IURE AB INVENTORE DICTA SAPIENS NEMPE DOMINATUR ET ASTRIS“ („Небето, отворено за проницателния ум на Галилей, благодарение на това първият стъклен обект, показващ звездите, до ден днешен оттогава невидим, с право наречен от своя откривател Медичейски Все пак мъдрецът властва над звездите.
Информация за експоната се съдържа на сайта на Музея за история на науката: връзка № 100101; референтен #404001.
В началото на ХХ век са изследвани телескопите на Галилей, съхранявани във Флорентинския музей (виж таблицата). С тях са правени дори астрономически наблюдения.
Оптични характеристики на първите лещи и окуляри на телескопи Галилей (размери в mm)
Оказа се, че първата тръба е с резолюция 20" и зрително поле 15". А вторият е съответно 10" и 15". Увеличението на първата тръба е 14x, а на втората 20x. Счупена леща на третата тръба с окуляри от първите две тръби би дала увеличение от 18 и 35 пъти. И така, може ли Галилей да направи своите удивителни открития, използвайки толкова несъвършени инструменти?
Исторически експеримент
Точно този въпрос си задава англичанинът Стивън Рингууд и за да намери отговора, създава точно копие на най-добрия телескоп на Галилео (Ringwood S. D. A Galilean telescope // The Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, 1994, том 35, 1, стр. 43-50). През октомври 1992 г. Стив Рингууд пресъздава дизайна на третия телескоп на Галилео и прекарва една година в извършване на всякакви наблюдения с него. Обективът на неговия телескоп е с диаметър 58 mm и фокусно разстояние 1650 mm. Подобно на Галилео, Рингууд спря обектива си до диаметър на блендата D = 38 mm, за да получи най-добро качествоизображения с относително малка загуба на пропускливост. Окулярът беше отрицателна леща с фокусно разстояние от -50 mm, даваща увеличение от 33 пъти. Тъй като в този дизайн на телескопа окулярът е поставен пред фокалната равнина на лещата, общата дължина на тръбата е 1440 mm.
Рингууд смята, че най-големият недостатък на телескопа Галилео е малкото му зрително поле - само 10", или една трета от лунния диск. Освен това в края на зрителното поле качеството на изображението е много ниско. Използването на прости Критерият на Rayleigh, който описва границата на дифракция на разделителната способност на обектива, може да се очакват качествени изображения при 3,5-4,0". Въпреки това, хроматичната аберация го намали до 10-20". Проникващата способност на телескопа, оценена с помощта на проста формула (2 + 5lg д), се очакваше около +9,9 m. В действителност обаче не беше възможно да се открият звезди, по-слаби от +8 m.
При наблюдение на Луната телескопът се представи добре. Беше възможно да се различат дори повече подробности, отколкото бяха скицирани от Галилей в първия му лунни карти. „Може би Галилей е бил маловажен чертожник или не се е интересувал много от детайлите на лунната повърхност?“ - Рингууд е изненадан. Или може би опитът на Галилей в правенето на телескопи и наблюдението с тях все още не е бил достатъчно богат? Струва ни се, че това е причината. Качеството на стъклото, полирано от собствените ръце на Галилео, не можеше да се конкурира с модерните лещи. И, разбира се, Галилей не се научи веднага да гледа през телескоп: визуалните наблюдения изискват значителен опит.
Между другото, защо създателите на първите телескопи - холандците - не направиха астрономически открития? След като сте направили наблюдения с театрален бинокъл (увеличение 2,5-3,5 пъти) и полеви бинокъл (увеличение 7-8 пъти), ще забележите, че има разминаване между техните възможности. Съвременните висококачествени 3x бинокли позволяват (при наблюдение с едно око!) да не забележите най-големите лунни кратери; Очевидно холандска тромпет със същото увеличение, но с по-ниско качество, също не би могла да направи това. Полевият бинокъл, който предоставя приблизително същите възможности като първите телескопи на Галилей, ни показва Луната в целия й блясък, с много кратери. След като подобри холандската тръба, постигайки няколко пъти по-голямо увеличение, Галилей прекрачи „прага на откритието“. Оттогава този принцип не се проваля в експерименталната наука: ако успеете да подобрите водещия параметър на устройството няколко пъти, определено ще направите откритие.
Разбира се, най-забележителното откритие на Галилей е откриването на четири спътника на Юпитер и диска на самата планета. Противно на очакванията, ниското качество на телескопа не попречи много на наблюденията на системата от спътници на Юпитер. Рингууд видя ясно и четирите луни и можеше, подобно на Галилей, да маркира движението им спрямо планетата всяка вечер. Вярно е, че не винаги е било възможно да се фокусира добре изображението на планетата и сателита едновременно: хроматичната аберация на лещата беше много трудна.
Но що се отнася до самия Юпитер, Рингууд, подобно на Галилео, не е успял да открие каквито и да било подробности от диска на планетата. Широчинните ленти с нисък контраст, пресичащи Юпитер по екватора, бяха напълно измити в резултат на аберация.
Рингууд получи много интересен резултат при наблюдение на Сатурн. Подобно на Галилео, при 33-кратно увеличение той видя само слаби издутини („мистериозни придатъци“, както пише Галилей) по страните на планетата, които великият италианец, разбира се, не можеше да тълкува като пръстен. Въпреки това, по-нататъшни експерименти на Ringwood показаха, че когато се използват други окуляри с голямо увеличение, все още могат да се различат по-ясни елементи на пръстена. Ако Галилей беше направил това по негово време, откриването на пръстените на Сатурн щеше да се случи почти половин век по-рано и нямаше да принадлежи на Хюйгенс (1656 г.).
Наблюденията на Венера обаче доказват, че Галилей бързо се превръща в опитен астроном. Оказа се, че при най-голямото удължение фазите на Венера не се виждат, тъй като ъгловият й размер е твърде малък. И едва когато Венера се приближи до Земята и във фаза 0,25 ъгловият й диаметър достигна 45", формата на полумесец стана забележима. По това време ъгловото й разстояние от Слънцето вече не беше толкова голямо и наблюденията бяха трудни.
Най-интересното нещо в историческите изследвания на Рингууд може би е разкриването на едно старо погрешно схващане относно наблюденията на Слънцето от Галилей. Досега беше общоприето, че е невъзможно да се наблюдава Слънцето с галилеев телескоп чрез прожектиране на изображението му върху екран, тъй като отрицателната леща на окуляра не може да изгради реален образ на обекта. Само телескопът Kepler, изобретен малко по-късно, състоящ се от две положителни лещи, направи това възможно. Смята се, че първият път, когато Слънцето е наблюдавано на екран, поставен зад окуляр, е немският астроном Кристоф Шайнер (1575-1650). Той едновременно и независимо от Кеплер създава телескоп с подобен дизайн през 1613 г. Как Галилей е наблюдавал Слънцето? В крайна сметка именно той откри слънчевите петна. Дълго време съществуваше вярване, което Галилей спазваше дневна светлинаоко в окуляра, като използвате облаци като светлинни филтри или наблюдавате Слънцето в мъглата ниско над хоризонта. Смята се, че загубата на зрението на Галилей в напреднала възраст е отчасти причинена от неговите наблюдения на Слънцето.
Въпреки това, Рингууд открива, че телескопът на Галилео също може да създаде доста прилична проекция на слънчевия образ върху екрана и слънчевите петна се виждат много ясно. По-късно, в едно от писмата на Галилей, Рингууд открива Подробно описаниенаблюдение на Слънцето чрез прожектиране на изображението му върху екран. Странно е, че това обстоятелство не е отбелязано по-рано.
Мисля, че всеки любител на астрономията няма да се откаже от удоволствието да „стане Галилей“ за няколко вечери. За да направите това, просто трябва да направите галилеев телескоп и да се опитате да повторите откритията на великия италианец. Като дете един от авторите на тази бележка е направил Кеплерови тръби от очила. И вече в зряла възрастне можа да устои и построи инструмент, подобен на телескопа на Галилей. За обектив е използвана приставка с диаметър 43 мм със сила +2 диоптъра, а окуляр с фокусно разстояние около -45 мм е взет от стар театрален бинокъл. Телескопът се оказа не особено мощен, с увеличение само 11 пъти, но зрителното му поле се оказа малко, около 50" в диаметър, а качеството на изображението е неравномерно, като се влошава значително към ръба. Въпреки това, изображенията станаха значително по-добри, когато апертурата на обектива беше намалена до диаметър от 22 mm и дори по-добре - до 11 mm. Яркостта на изображенията, разбира се, намаля, но наблюденията на Луната дори се възползваха от това.
Както се очакваше, при наблюдение на Слънцето в проекция върху бял екран, този телескоп наистина създаде изображение на слънчевия диск. Негативният окуляр увеличи еквивалентното фокусно разстояние на обектива няколко пъти (принцип на телефото обектива). Тъй като няма информация на кой статив Галилей е инсталирал своя телескоп, авторът е наблюдавал, докато е държал телескопа в ръцете си, и е използвал ствол на дърво, ограда или рамка като опора за ръцете си отворен прозорец. При 11x увеличение това беше достатъчно, но при 30x увеличение Галилео очевидно можеше да има проблеми.
Можем да смятаме, че историческият експеримент за пресъздаване на първия телескоп е успешен. Сега знаем, че телескопът на Галилей е бил доста неудобен и лош инструмент от гледна точка на съвременната астрономия. Във всички отношения той беше по-нисък дори от сегашните аматьорски инструменти. Той имаше само едно предимство - той беше първият, а неговият създател Галилео „изцеди“ всичко, което беше възможно от неговия инструмент. За това почитаме Галилей и неговия първи телескоп.
Стани Галилео
Настоящата 2009 г. е обявена за Международна година на астрономията в чест на 400-годишнината от раждането на телескопа. В допълнение към съществуващите, в компютърната мрежа се появиха много нови прекрасни сайтове с невероятни снимки на астрономически обекти.
Но колкото и да е наситено интересна информацияИнтернет сайтове, основната цел на MHA беше да демонстрира истинската Вселена на всички. Ето защо сред приоритетните проекти беше производството на евтини телескопи, достъпни за всеки. Най-популярен беше "галилеоскопът" - малък рефрактор, проектиран от високо професионални оптични астрономи. Това не е точно копие на телескопа на Галилей, а по-скоро негова съвременна реинкарнация. „Галилеоскопът“ има ахроматична стъклена леща с две лещи с диаметър 50 mm и фокусно разстояние 500 mm. Пластмасовият окуляр с четири елемента осигурява 25x увеличение, а 2x Barlow лещата го довежда до 50x. Зрителното поле на телескопа е 1,5 o (или 0,75 o с леща на Барлоу). С такъв инструмент е лесно да се „повторят“ всички открития на Галилей.
Самият Галилей обаче с такъв телескоп би ги направил много по-големи. Цената на инструмента от $15-20 го прави наистина достъпен. Интересното е, че със стандартен положителен окуляр (дори и с леща на Барлоу), "Галилеоскопът" наистина е тръба на Кеплер, но когато се използва само леща на Барлоу като окуляр, той оправдава името си, превръщайки се в 17x Галилеева тръба. Повторението на откритията на великия италианец в такава (оригинална!) конфигурация не е лесна задача.
Това е много удобен и доста разпространен инструмент, подходящ за училища и начинаещи любители на астрономията. Цената му е значително по-ниска от тази на съществуващите досега телескопи с подобни възможности. Би било много желателно да закупим такива инструменти за нашите училища.
Определяне на увеличението на телескопа с помощта на тояга. Ако насочите тръбата към близката тояга, можете да преброите колко деления от жезъла N, видими с невъоръжено око, съответстват на n деления от жезъла, видими през тръбата. За да направите това, трябва да гледате последователно в тръбата и в релсата, проектирайки части от релсата от зрителното поле на тръбата върху релсата, видима с просто око.
Високопрецизните геодезически инструменти имат сменяеми окуляри с различни фокусни разстояния, а смяната на окуляра ви позволява да променяте увеличението на тръбата в зависимост от условията на наблюдение.
Увеличението на тръбата на Кеплер е равно на отношението на фокусното разстояние на обектива към фокусното разстояние на окуляра.
Нека означим с γ ъгъла, под който се виждат n деления в тръбата и N деления без тръбата (фиг. 3.8). Тогава едно разделение на стелажа се вижда в тръбата под ъгъл:
α = γ/n,
и без тръба - под ъгъл:
β = γ / N.
Фиг.3.8
Следователно: V = N/n.
Увеличението на тръбата може да се изчисли приблизително по формулата:
V = D/d, (3.11)
където D е входният диаметър на лещата;
d е диаметърът на изхода на тръбата (но не диаметърът на окуляра).
Зрително поле на тръбата. Зрителното поле на тръба е пространството, видимо през тръбата, когато тя е неподвижна. Зрителното поле се измерва с ъгъла ε, чийто връх лежи в оптичния център на лещата, а страните докосват ръбовете на отвора на блендата (фиг. 3.9). Вътре в тръбата във фокалната равнина на лещата е монтиран отвор с диаметър d1. От фигура 3.11 е ясно, че:
където
Фиг.3.9.
Обикновено в геодезическите инструменти те вземат d1 = 0,7 * fok, след това в радианова мярка:
ε = 0,7 / V.
Ако ε е изразено в градуси, тогава:
ε = 40o/V. (3.12)
Колкото по-голямо е увеличението на тръбата, толкова по-малък е нейният зрителен ъгъл. Така, например, при V = 20x ε = 2o и при V = 80x ε = 0,5o.
Разделителната способност на тръбата се изчислява по формулата:
Например, с V = 20x ψ = 3″; под този ъгъл обект с размери 5 cm се вижда на разстояние 3,3 km; човешкото око може да види този обект на разстояние само 170 m.
Решетка от нишки. За правилно насочване на телескопа към даден обект се счита, когато изображението на обекта е разположено точно в центъра на зрителното поле на телескопа. За да се елиминира субективният фактор при намиране на центъра на зрителното поле, той се обозначава с решетка от нишки. Решетка от нишки е в най-простия случай два взаимно перпендикулярни удара, нанесени върху стъклена плоча, която е прикрепена към тръбната диафрагма. Мрежата от нишки може да бъде различни видове; Фигура 3.10 показва някои от тях.
Мрежата от нишки има коригиращи винтове: два странични (хоризонтални) и два вертикални. Линията, свързваща центъра на мерната мрежа и оптичния център на лещата, се нарича зрителна линия или зрителна линия на тръбата.
Фиг.3.10
Монтаж на тръбата на око и обект. Когато насочвате телескопа към обект, трябва едновременно ясно да виждате мрежата от нишки и изображението на обекта в окуляра. Чрез монтиране на тръбата по дължината на ухото се постига ясен образ на мрежата от нишки; За да направите това, преместете окуляра спрямо мерната мрежа, като завъртите набраздения пръстен на окуляра. Позиционирането на тръбата върху обект се нарича фокусиране на тръбата. Разстоянието до разглежданите обекти варира и според формула (3.6), когато a се променя, разстоянието b до неговия образ също се променя. За да бъде ясно изображението на обекта, когато се гледа през окуляра, той трябва да бъде разположен в равнината на решетката от нишки. Чрез преместване на окулярната част на тръбата по главната оптична ос разстоянието от мерната мрежа до лещата се променя, докато стане равно на b.
Тръби, в които фокусирането се постига чрез промяна на разстоянието между лещата и мерната мрежа, се наричат тръби за външно фокусиране. Такива тръби имат голяма и освен това променлива дължина; те не са херметични, така че прахът и влагата попадат вътре в тях; Те изобщо не се фокусират върху близки обекти. В съвременните измервателни уреди не се използват зрителни тръби с външно фокусиране
По-напреднали са тръбите с вътрешно фокусиране (фиг. 3.11); те използват допълнителна подвижна разсейваща леща L2, която заедно с лещата L1 образува еквивалентна леща L. Когато лещата L2 се движи, разстоянието между лещите l се променя и следователно се променя фокусното разстояние f на еквивалентната леща. Изображението на обекта, разположено във фокалната равнина на лещата L, също се движи по оптичната ос и когато попадне в равнината на мрежата, става ясно видимо в окуляра на тубуса. Вътрешно фокусираните тръби са по-къси; те са запечатани и ви позволяват да наблюдавате близки обекти; съвременните измервателни уреди използват предимно такива телескопи.
Телескопът е оптичен инструмент, предназначен за гледане с око на много отдалечени обекти. Подобно на микроскопа, той се състои от леща и окуляр; и двете са повече или по-малко сложни оптични системи, макар и не толкова сложни, колкото в случая с микроскопа; ние обаче ще ги представим схематично тънки лещи. При зрителните тръби обективът и окулярът са разположени така, че задният фокус на обектива почти съвпада с предния фокус на окуляра (фиг. 253). Обективът създава истинско намалено обратно изображение на обект в безкрайност в задната му фокална равнина; това изображение се гледа през окуляра, сякаш през лупа. Ако предният фокус на окуляра съвпада със задния фокус на обектива, тогава при гледане на отдалечен обект от окуляра излизат снопове от успоредни лъчи, което е удобно за наблюдение с нормално око в спокойно състояние(без настаняване) (срв. § 114). Но ако зрението на наблюдателя се различава донякъде от нормалното, тогава окулярът се премества, позиционирайки го „в очите“. Чрез преместване на окуляра телескопът се „насочва“ и при изследване на обекти, разположени на различни не много дълги разстоянияот наблюдателя.
Ориз. 253. Разположение на обектива и окуляра в телескопа: заден фокус. Обективът съответства на предния фокус на окуляра
Обективът на телескопа винаги трябва да бъде събирателна система, докато окулярът може да бъде едновременно събирателна и разпръскваща система. Телескоп с събирателен (положителен) окуляр се нарича тръба на Кеплер (фиг. 254, а), телескоп с разклоняващ се (отрицателен) окуляр се нарича галилеева тръба (фиг. 254, б). Обективът на телескопа 1 създава истинско обратно изображение на отдалечен обект в неговата фокална равнина. Разминаващ се сноп лъчи от точка пада върху окуляр 2; Тъй като тези лъчи идват от точка във фокалната равнина на окуляра, от нея излиза лъч, успореден на вторичната оптична ос на окуляра под ъгъл спрямо главната ос. Влизайки в окото, тези лъчи се събират в неговата ретина и дават реален образ на източника.
Ориз. 254. Пътят на лъчите в телескоп: а) телескоп Кеплер; б) тромпетът на Галилей
Ориз. 255. Пътят на лъчите в бинокъл с призматично поле (а) и неговият външен вид(б). Промяната в посоката на стрелката показва "обръщане" на изображението, след като лъчите преминат през част от системата
(При галилеевата тръба (b) окото не е изобразено, за да не се претрупва картината.) Ъгъл - ъгълът, който падащите върху лещата лъчи сключват с оста.
Тръбата на Галилео, често използвана в обикновените театрални бинокли, дава директно изображение на обекта, докато тръбата на Кеплер дава обърнато изображение. В резултат на това, ако тръбата на Кеплер трябва да служи за наземни наблюдения, тогава тя е оборудвана със система за обвиване (допълнителна леща или система от призми), в резултат на което изображението става директно. Пример за такова устройство е призматичният бинокъл (фиг. 255). Предимството на тръбата на Кеплер е, че тя съдържа реално междинно изображение, в равнината на което може да се постави измервателна скала, фотографска плака за снимане и др. В резултат на това тръбата на Кеплер се използва в астрономията и в всички случаи, свързани с измервания.
