Pozorovací dalekohled (refraktorový dalekohled) je určen k pozorování vzdálených objektů. Tubus se skládá ze 2 čoček: objektivu a okuláru.
Definice 1
Objektiv je konvergující čočka s dlouhou ohniskovou vzdáleností.
Definice 2
Okulár- Jedná se o objektiv s krátkou ohniskovou vzdáleností.
Jako okulár se používají sbíhavé nebo rozbíhavé čočky.
Počítačový model dalekohledu
Pomocí počítačového programu můžete ze 2 čoček vytvořit model demonstrující činnost dalekohledu Kepler. Dalekohled je určen pro astronomická pozorování. Protože zařízení zobrazuje převrácený obraz, je to pro pozemní pozorování nepohodlné. Program je nakonfigurován tak, aby se oko pozorovatele přizpůsobilo na nekonečnou vzdálenost. V dalekohledu se proto provádí teleskopická dráha paprsků, tedy rovnoběžný svazek paprsků ze vzdáleného bodu, který vstupuje do čočky pod úhlem ψ. Vystupuje z okuláru přesně stejným způsobem jako paralelní paprsek, ale vzhledem k optické ose pod jiným úhlem φ.
Úhlové zvětšení
Definice 3Úhlové zvětšení dalekohledu je poměr úhlů ψ a φ, který je vyjádřen vzorcem γ = φ ψ.
Následující vzorec ukazuje úhlové zvětšení dalekohledu přes ohniskovou vzdálenost objektivu F 1 a okuláru F 2:
y = -F1F2.
Negativní znamení, který se objeví ve vzorci úhlového zvětšení před objektivem F 1, znamená, že obraz je obrácený.
V případě potřeby můžete změnit ohniskové vzdálenosti F 1 a F 2 objektivu a okuláru a úhel ψ. Hodnoty úhlu φ a úhlového zvětšení γ jsou uvedeny na obrazovce zařízení.
Pokud si všimnete chyby v textu, zvýrazněte ji a stiskněte Ctrl+Enter
OPTICKÉ NÁSTROJE S TELESKOPICKÝM PRACÍM PAPRSKU: KEPLER TUBE A GALILEO TUBE
Účelem této práce je studovat strukturu dvou optických přístrojů - Keplerovy trubice a Galileovy trubice a změřit jejich zvětšení.
Trubice Kepler je jednoduchý teleskopický systém. Skládá se ze dvou kladných (sbíhavých) čoček instalovaných tak, že paralelní paprsek dopadající na první čočku vychází z druhé čočky rovněž paralelně (obr. 1).
Čočka 1 se nazývá objektiv, čočka 2 se nazývá okulár. Zadní ohnisko objektivu se shoduje s předním ohniskem okuláru. Tato dráha paprsků se nazývá teleskopická a optický systém bude ohniskový.
Obrázek 2 ukazuje dráhu paprsků z bodu objektu ležícího mimo osu.
Segment AF ok je skutečný převrácený obraz objektu v nekonečnu. Keplerova trubice tak vytváří převrácený obraz. Okulár lze umístit tak, aby fungoval jako lupa a vytvořil virtuální zvětšený obraz objektu na dálku nejlepší vize D (viz obr. 3).
Pro určení zvětšení Keplerovy trubice zvažte obr. 4.
Nechte paprsky z nekonečně vzdáleného předmětu dopadat na čočku v rovnoběžném paprsku pod úhlem -u k optické ose a okulár nechejte pod úhlem u′. Zvětšení se rovná poměru velikosti obrazu k velikosti předmětu a tento poměr je roven poměru tečen odpovídajících zorných úhlů. Proto zvětšení Keplerovy trubice je:
γ = - tgu′/ tgu (1)
Záporné znaménko zvětšení znamená, že Keplerova trubice vytváří převrácený obraz. Pomocí geometrických vztahů (podobnost trojúhelníků), zřejmých z obr. 4, můžeme odvodit vztah:
γ = - fob′/fok′ = -d/d′, (2)
kde d je průměr rámu čočky, d′ je průměr skutečného obrazu rámu čočky vytvořeného okulárem.
Galileův dalekohled je schematicky znázorněn na obr. 5. Obr.
Okulár je negativní (rozptylová) čočka 2. Ohniska čočky 1 a okuláru 2 se v jednom bodě shodují, takže dráha paprsků je zde také teleskopická. Vzdálenost mezi čočkou a okulárem je rovna rozdílu jejich ohniskových vzdáleností. Na rozdíl od tubusu Kepler bude obraz rámu čočky vytvořený okulárem virtuální. Uvážíme-li dráhu paprsků z bodu předmětu ležícího mimo osu (obr. 6), poznamenáme, že Galileova trubice vytváří přímý (ne převrácený) obraz předmětu.
Pomocí geometrických vztahů stejným způsobem jako výše pro Keplerovu trubici lze vypočítat zvětšení Galileovy trubice. Pokud paprsky z nekonečně vzdáleného předmětu dopadají na čočku v paralelním paprsku pod úhlem -u k optické ose a vycházejí z okuláru pod úhlem u′, pak se zvětšení rovná:
γ = tgu′/ tgu (3)
To lze také ukázat
γ = fob′/fok′, (4)
Pozitivní znamení zvětšení ukazuje, že obraz pozorovaný dalekohledem Galileo je vzpřímený (ne převrácený).
PROVOZNÍ POSTUP
Zařízení a materiály: optická lavice s následujícími optickými prvky nainstalovanými v hodnoticích: iluminátory (polovodičový laser a žárovka), biprism, dvě pozitivní čočky, negativní čočka, stínítko.
CVIČENÍ 1. Měření zvětšení Keplerovy trubice.
1. Nainstalujte polovodičový laser a biprism na optickou lavici. Laserový paprsek musí zasáhnout okraj biprismatu. Poté se z biprismatu vynoří dva paprsky, které budou probíhat paralelně. Keplerova trubice slouží k pozorování velmi vzdálených objektů, takže na její vstup přicházejí paralelní paprsky paprsků. Analogem takového paralelního paprsku budou dva paprsky vycházející z biprismatu navzájem rovnoběžné. Změřte a zaznamenejte vzdálenost d mezi těmito paprsky.
2. Dále sestavte Keplerovu trubici pomocí kladné čočky s větším ohniskem jako objektivu a kladné čočky s menším ohniskem jako okuláru. Načrtněte výsledný optický design. Z okuláru by měly vycházet dva paprsky, vzájemně rovnoběžné. Změřte a zaznamenejte vzdálenost d“ mezi nimi.
3. Vypočítejte zvětšení Keplerovy trubice jako poměr vzdáleností d a d", s přihlédnutím ke znaménku zvětšení. Vypočítejte chybu měření a výsledek zapište s chybou.
4. Zvětšení můžete měřit jiným způsobem. K tomu je potřeba nasvítit objektiv dalším zdrojem světla – žárovkou a získat reálný obraz tubusu objektivu za okulárem. Změřte průměr tubusu objektivu d a průměr jeho obrazu d". Vypočítejte zvětšení a zapište ho s přihlédnutím k chybě měření.
5. Vypočítejte zvětšení pomocí vzorce (2) jako poměr ohniskových vzdáleností čočky a okuláru. Porovnejte se zvýšením vypočítaným v odstavci 3 a odstavci 4.
ÚKOL 2. Měření zvětšení Galileovy trubice.
1. Nainstalujte polovodičový laser a biprism na optickou lavici. Z biprismatu by měly vycházet dva paralelní paprsky. Změřte a zaznamenejte vzdálenost d mezi nimi.
2. Dále sestavte Galileovu trubici pomocí kladné čočky jako objektivu a záporné čočky jako okuláru. Načrtněte výsledný optický design. Z okuláru by měly vycházet dva paprsky, vzájemně rovnoběžné. Změřte a zaznamenejte vzdálenost d“ mezi nimi.
3. Vypočítejte zvětšení Galileovy trubice jako poměr vzdáleností d a d.“ Vypočítejte chybu měření a výsledek zapište s chybou.
4. Vypočítejte zvětšení pomocí vzorce (4) jako poměr ohniskových vzdáleností čočky okuláru. Porovnejte se zvýšením vypočítaným v kroku 3.
KONTROLNÍ OTÁZKY
1. Co je dráha teleskopického paprsku?
2. Jak se liší Keplerova trubka od Galileovy?
3. Jaké optické systémy se nazývají afokální?
16.12.2009 21:55 | V. G. Surdin, N. L. Vasiljevová
V těchto dnech slavíme 400. výročí stvoření optický dalekohled- nejjednodušší a nejúčinnější vědecký nástroj, který otevřel lidstvu dveře do Vesmíru. Čest vytvořit první dalekohledy právem náleží Galileovi.
Jak víte, Galileo Galilei začal experimentovat s čočkami v polovině roku 1609 poté, co se dozvěděl, že v Holandsku byl pro potřeby navigace vynalezen dalekohled. Byl vyroben v roce 1608, možná nezávisle na sobě, holandskými optiky Hansem Lippersheyem, Jacobem Metiusem a Zechariahem Jansenem. Za pouhých šest měsíců se Galileovi podařilo tento vynález výrazně vylepšit, vytvořit na jeho principu výkonný astronomický přístroj a učinit řadu úžasných objevů.
Galileův úspěch ve vylepšení dalekohledu nelze považovat za náhodný. Italští sklářští mistři se již v té době důkladně proslavili: již ve 13. století. vynalezli brýle. A právě v Itálii byla teoretická optika nejlepší. Prostřednictvím prací Leonarda da Vinciho se z geometrie stala praktickou vědou. „Vyrobte si brýle na oči, abyste viděli Měsíc ve velkém,“ napsal na konci 15. století. Je možné, i když o tom neexistují žádné přímé důkazy, že se Leonardovi podařilo zavést teleskopický systém.
Původní výzkum optiky prováděl v polovině 16. století. Ital Francesco Maurolicus (1494-1575). Jeho krajan Giovanni Batista de la Porta (1535-1615) zasvětil optice dvě velkolepá díla: „Přirozená magie“ a „O lomu“. V tom druhém dokonce uvádí optickou konstrukci dalekohledu a tvrdí, že byl schopen vidět malé objekty na velkou vzdálenost. V roce 1609 se snaží obhájit přednost ve vynálezu dalekohledu, ale faktické důkazy k tomu nestačily. Ať je to jakkoli, Galileova práce v této oblasti začala na dobře připravené půdě. Ale vzdávajíce hold Galileovým předchůdcům, připomeňme si, že to byl on, kdo vyrobil funkční astronomický přístroj z legrační hračky.
Galileo začal své experimenty s jednoduchou kombinací pozitivní čočky jako objektivu a negativní čočky jako okuláru, která poskytovala trojnásobné zvětšení. Nyní se tento design nazývá divadelní dalekohled. Toto je po brýlích nejoblíbenější optické zařízení. Moderní divadelní dalekohledy samozřejmě používají jako čočky a okuláry kvalitní čočky s povlakem, někdy i složité složené z několika skel. Poskytují široké zorné pole a vynikající snímky. Použito Galileo jednoduché čočky pro objektiv i okulár. Jeho dalekohledy trpěly silnou barevností a sférické aberace, tj. vytvořil obraz, který byl na okrajích rozmazaný a nezaostřený v různých barvách.
Galileo však jako nizozemští mistři nepřestal s „divadelními dalekohledy“, ale pokračoval v experimentech s čočkami a do ledna 1610 vytvořil několik nástrojů se zvětšením 20 až 33krát. Právě s jejich pomocí učinil své pozoruhodné objevy: objevil satelity Jupitera, hory a krátery na Měsíci, myriády hvězd v Mléčné dráze atd. Již v polovině března 1610 v Benátkách dne latinský V nákladu 550 výtisků vyšlo Galileovo dílo „The Starry Messenger“, kde byly popsány tyto první objevy teleskopické astronomie. V září 1610 vědec objevil fáze Venuše a v listopadu objevil známky prstence na Saturnu, ačkoli o skutečném smyslu svého objevu neměl ponětí („Pozoroval jsem nejvyšší planetu ze tří,“ píše v anagram, snažící se zajistit prioritu objevu). Snad ani jeden dalekohled v následujících staletích nepřispěl k vědě takovým způsobem jako první Galileův dalekohled.
Ti astronomičtí nadšenci, kteří se pokusili sestavit dalekohledy z brýlových skel, jsou však často překvapeni malými schopnostmi jejich návrhů, které jsou v „pozorovacích schopnostech“ jasně horší než domácí dalekohled Galileo. Moderní „Galileos“ často nedokáže detekovat ani satelity Jupiteru, nemluvě o fázích Venuše.
Ve Florencii, v Muzeu historie vědy (vedle slavné umělecké galerie Uffizi), jsou uloženy dva z prvních dalekohledů, které Galileo postavil. Také je zde rozbitá čočka třetího dalekohledu. Tuto čočku používal Galileo pro mnoho pozorování v letech 1609-1610. a byl jím předložen velkovévodovi Ferdinandovi II. Čočka byla později nešťastnou náhodou rozbita. Po smrti Galilea (1642) si tento objektiv ponechal princ Leopold de' Medici a po jeho smrti (1675) byl přidán do sbírky Medicejských v galerii Uffizi. V roce 1793 byla sbírka převedena do Muzea dějin vědy.
Velmi zajímavý je ozdobný figurální rám ze slonoviny vyrobený pro galilejský objektiv rytcem Vittoriem Crostenem. Bohaté a složité květinové vzory jsou proloženy obrázky vědeckých přístrojů; Ve vzoru je organicky zahrnuto několik latinských nápisů. Nahoře byla dříve stuha, nyní ztracená, s nápisem „MEDICEA SIDERA“ („Hvězdy Medici“). Centrální část Kompozice je korunována obrazem Jupitera s drahami 4 jeho satelitů, obklopený textem „CLARA DEUM SOBOLES MAGNUM IOVIS INCREMENTUM“ („Slavná [mladá] generace bohů, velké potomstvo Jupitera“). Vlevo a vpravo jsou alegorické tváře Slunce a Měsíce. Nápis na stuze tkající věnec kolem objektivu zní: „HIC ET PRIMUS RETEXIT MACULAS PHEBI ET IOVIS ASTRA“ („Byl první, kdo objevil jak skvrny Phoebus (tj. Slunce), tak hvězdy Jupitera“). Na kartuši níže je text: „COELUM LINCEAE GALILEI MENTI APERTUM VITREA PRIMA HAC MOLE NON DUM VISA OSTENDIT SYDERA MEDICEA IURE AB INVENTORE DICTA SAPIENS NEMPE DOMINATUR ET ASTRIS“ („Nebe, otevřené pro Galileo, díky této bystré mysli první skleněný objekt, ukázal hvězdy, dodnes od té doby neviditelný, právem nazývaný jejich objevitelem Medicean Koneckonců, mudrc vládne hvězdám.“
Informace o exponátu jsou uvedeny na stránkách Muzea dějin vědy: odkaz č. 100101; referenční číslo 404001.
Na počátku dvacátého století byly studovány Galileovy dalekohledy uložené ve Florentském muzeu (viz tabulka). Prováděla se s nimi dokonce i astronomická pozorování.
Optické vlastnosti prvních čoček a okulárů dalekohledů Galileo (rozměry v mm)
Ukázalo se, že první elektronka měla rozlišení 20" a zorné pole 15". A druhý je 10" a 15". Zvětšení prvního tubusu bylo 14x a druhého 20x. Zlomená čočka třetího tubusu s okuláry z prvních dvou tubusů by poskytla zvětšení 18 a 35krát. Mohl tedy Galileo učinit své úžasné objevy pomocí tak nedokonalých přístrojů?
Historický experiment
Přesně tuto otázku si položil Angličan Stephen Ringwood a aby zjistil odpověď, vytvořil přesnou kopii Galileova nejlepšího dalekohledu (Ringwood S. D. A Galilean telescope // The Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, 1994, sv. 35, 1, str. V říjnu 1992 Steve Ringwood znovu vytvořil návrh Galileova třetího dalekohledu a strávil s ním rok nejrůznějšími pozorováními. Čočka jeho dalekohledu měla průměr 58 mm a ohniskovou vzdálenost 1650 mm. Stejně jako Galileo zastavil Ringwood svůj objektiv na průměru clony D = 38 mm, aby získal nejlepší kvalita obrazy s relativně malou ztrátou propustnosti. Okulárem byla negativní čočka s ohniskovou vzdáleností -50 mm, poskytující zvětšení 33x. Protože u této konstrukce dalekohledu je okulár umístěn před ohniskovou rovinou čočky, byla celková délka tubusu 1440 mm.
Ringwood považuje za největší nevýhodu dalekohledu Galileo jeho malé zorné pole – pouhých 10", neboli třetinu měsíčního disku. Navíc na okraji zorného pole je kvalita obrazu velmi nízká. Použití jednoduchého Rayleighovo kritérium, které popisuje difrakční mez rozlišovací schopnosti objektivu, by člověk očekával kvalitní snímky na 3,5-4,0". Chromatická aberace ji však snížila na 10-20". Průbojná síla dalekohledu, odhadnutá pomocí jednoduchého vzorce (2 + 5 lg D), se očekávalo kolem +9,9 m. Ve skutečnosti však nebylo možné detekovat hvězdy slabší než +8 m.
Při pozorování Měsíce si dalekohled vedl dobře. Bylo možné rozeznat ještě více detailů, než jaké načrtl Galileo ve své první měsíční mapy. "Možná byl Galileo nedůležitý kreslíř, nebo se příliš nezajímal o detaily měsíčního povrchu?" - Ringwood je překvapen. Nebo možná Galileovy zkušenosti s výrobou dalekohledů a pozorováním s nimi nebyly ještě dostatečně rozsáhlé? Zdá se nám, že toto je důvod. Kvalita skla, vyleštěného vlastníma rukama Galilea, nemohla konkurovat moderním čočkám. A samozřejmě se Galileo nenaučil dívat se dalekohledem hned: vizuální pozorování vyžaduje značné zkušenosti.
Mimochodem, proč tvůrci prvních dalekohledů - Holanďané - neučinili astronomické objevy? Po pozorování divadelním dalekohledem (zvětšení 2,5-3,5krát) a polním dalekohledem (zvětšení 7-8krát) si všimnete, že mezi jejich schopnostmi je propast. Moderní vysoce kvalitní 3x dalekohledy umožňují (při pozorování jedním okem!) téměř nepostřehnout největší měsíční krátery; To by zjevně nezvládla ani holandská trubka se stejným zvětšením, ale nižší kvalitou. Polní dalekohledy, které poskytují přibližně stejné možnosti jako první Galileovy dalekohledy, nám ukazují Měsíc v celé jeho kráse s mnoha krátery. Když Galileo vylepšil holandskou trubku a dosáhl několikanásobně většího zvětšení, překročil „práh objevu“. Od té doby tento princip v experimentální vědě nezklamal: pokud se vám podaří několikrát zlepšit hlavní parametr zařízení, určitě uděláte objev.
Samozřejmě nejpozoruhodnějším objevem Galilea byl objev čtyř satelitů Jupitera a disku samotné planety. Nízká kvalita dalekohledu oproti očekávání příliš nenarušila pozorování soustavy satelitů Jupiteru. Ringwood viděl všechny čtyři satelity jasně a byl schopen, stejně jako Galileo, každou noc označit jejich pohyby vzhledem k planetě. Pravda, ne vždy bylo možné dobře zaostřit obraz planety a satelitu současně: chromatická aberace čočky byla velmi obtížná.
Ale pokud jde o samotný Jupiter, Ringwood, stejně jako Galileo, nebyl schopen detekovat žádné detaily na disku planety. Nízkokontrastní pásy protínající Jupiter podél rovníku byly v důsledku aberace zcela vymyty.
Ringwood získal velmi zajímavý výsledek při pozorování Saturnu. Stejně jako Galileo viděl při 33násobném zvětšení pouze slabé otoky („tajemné přívěsky“, jak napsal Galileo) na stranách planety, což velký Ital samozřejmě nemohl interpretovat jako prsten. Další experimenty Ringwooda však ukázaly, že při použití jiných okulárů s velkým zvětšením lze stále rozeznat jasnější prstencové rysy. Pokud by to Galileo ve své době udělal, objev prstenců Saturnu by se odehrál téměř o půl století dříve a nepatřil by Huygensovi (1656).
Pozorování Venuše však ukázala, že Galileo se rychle stal zkušeným astronomem. Ukázalo se, že při největší elongaci nejsou fáze Venuše vidět, protože její úhlová velikost je příliš malá. A teprve když se Venuše přiblížila k Zemi a ve fázi 0,25 její úhlový průměr dosáhl 45", začal být patrný její tvar srpku. V této době již její úhlová vzdálenost od Slunce nebyla tak velká a pozorování bylo obtížné.
Nejzajímavější věcí na Ringwoodově historickém výzkumu bylo možná odhalení jedné staré mylné představy o Galileových pozorováních Slunce. Doposud bylo obecně přijímáno, že není možné pozorovat Slunce Galileovým dalekohledem promítáním jeho obrazu na stínítko, protože negativní čočka okuláru nedokázala sestrojit skutečný obraz předmětu. Umožnil to pouze dalekohled Kepler, vynalezený o něco později, sestávající ze dvou pozitivních čoček. Věřilo se, že poprvé, kdy bylo Slunce pozorováno na obrazovce umístěné za okulárem, byl německý astronom Christoph Scheiner (1575-1650). Současně a nezávisle na Keplerovi vytvořil v roce 1613 dalekohled podobné konstrukce. Jak Galileo pozoroval Slunce? Vždyť to byl on, kdo objevil sluneční skvrny. Dlouho existovala víra, kterou Galileo pozoroval denní světlo oko do okuláru, pomocí mraků jako světelných filtrů nebo sledováním Slunce v mlze nízko nad obzorem. Věřilo se, že Galileova ztráta zraku ve stáří byla částečně způsobena jeho pozorováním Slunce.
Ringwood však zjistil, že Galileův dalekohled může také produkovat docela slušnou projekci slunečního obrazu na obrazovku a sluneční skvrny byly viditelné velmi jasně. Později v jednom z Galileových dopisů Ringwood objevil Detailní popis pozorování Slunce promítáním jeho obrazu na plátno. Je zvláštní, že tato okolnost nebyla dříve zaznamenána.
Myslím, že každý milovník astronomie si na pár večerů neodepře potěšení „stát se Galileem“. K tomu stačí vyrobit Galileův dalekohled a pokusit se zopakovat objevy velkého Itala. Jeden z autorů této poznámky jako dítě vyráběl Keplerovy trubice z brýlových skel. A už dovnitř zralý věk neodolal a postavil přístroj podobný Galileovu dalekohledu. Jako čočka byla použita nasazovací čočka o průměru 43mm o síle +2 dioptrie a ze starého divadelního binokuláru byl převzat okulár s ohniskovou vzdáleností cca -45mm. Dalekohled se ukázal jako nepříliš výkonný, se zvětšením pouze 11x, ale jeho zorné pole se ukázalo být malé, asi 50" v průměru a kvalita obrazu je nerovnoměrná, směrem k okraji se výrazně zhoršuje. snímky se výrazně zlepšily, když byla clona objektivu zmenšena na průměr 22 mm, a ještě lepší - až 11 mm Jas snímků se samozřejmě snížil, ale pozorování Měsíce z toho dokonce těžilo.
Jak se dalo očekávat, při pozorování Slunce v projekci na bílou obrazovku tento dalekohled skutečně vytvořil obraz slunečního disku. Negativní okulár několikrát prodloužil ekvivalentní ohniskovou vzdálenost objektivu (princip teleobjektivu). Protože neexistují žádné informace o tom, na který stativ Galileo nainstaloval svůj dalekohled, autor pozoroval, když držel dalekohled v rukou, a jako oporu pro ruce použil kmen stromu, plot nebo rám. otevřené okno. Při 11násobném zvětšení to stačilo, ale při 30násobném zvětšení mohl mít Galileo zjevně problémy.
Můžeme se domnívat, že historický experiment na znovuvytvoření prvního dalekohledu byl úspěšný. Nyní víme, že Galileův dalekohled byl z hlediska moderní astronomie poněkud nepohodlným a špatným přístrojem. Ve všech ohledech byl podřadný i vůči současným amatérským nástrojům. Měl jedinou výhodu – byl první a jeho stvořitel Galileo z jeho nástroje „vymáčkl“ vše, co bylo možné. Za to ctíme Galilea a jeho první dalekohled.
Staňte se Galileem
Aktuální rok 2009 byl vyhlášen Mezinárodním rokem astronomie na počest 400. výročí narození dalekohledu. Kromě těch stávajících se v počítačové síti objevilo mnoho nových nádherných míst s úžasnými fotografiemi astronomických objektů.
Ale bez ohledu na to, jak nasycené zajímavé informace Internetové stránky, hlavním cílem MHA bylo ukázat skutečný vesmír všem. Mezi prioritní projekty proto patřila výroba levných dalekohledů dostupných pro kohokoli. Nejpopulárnější byl „galileoskop“ - malý refraktor navržený vysoce profesionálními optickými astronomy. Nejedná se o přesnou kopii Galileova dalekohledu, ale spíše o jeho moderní reinkarnaci. „Galileoskop“ má dvoučočkovou achromatickou skleněnou čočku o průměru 50 mm a ohniskové vzdálenosti 500 mm. Čtyřprvkový plastový okulár poskytuje 25x zvětšení a 2x Barlowova čočka až 50x. Zorné pole dalekohledu je 1,5 o (nebo 0,75 o s Barlowovou čočkou). S takovým nástrojem je snadné „opakovat“ všechny Galileiho objevy.
Sám Galileo by je však s takovým dalekohledem udělal mnohem větší. Cena nástroje 15-20 $ jej činí skutečně přístupným veřejnosti. Zajímavé je, že se standardním pozitivním okulárem (dokonce i s Barlowovou čočkou) je „Galileoskop“ skutečně Keplerova trubice, ale při použití pouze Barlowovy čočky jako okuláru dostojí svému jménu a stává se 17x Galileovským tubusem. Zopakovat objevy velkého Itala v takové (originální!) konfiguraci není snadný úkol.
Jedná se o velmi pohodlný a poměrně rozšířený nástroj, vhodný pro školy a začínající nadšence do astronomie. Jeho cena je výrazně nižší než u dříve existujících dalekohledů s podobné příležitosti. Bylo by velmi žádoucí takové nástroje pro naše školy pořídit.
Určení zvětšení dalekohledu pomocí hole. Pokud namíříte trubku na blízkou hůl, můžete spočítat, kolik dílků hůlky N, viditelných pouhým okem, odpovídá n dílkům hůlky viditelných skrz rouru. Chcete-li to provést, musíte se střídavě dívat do trubky a na kolejnici a promítat dělení kolejnice z zorného pole trubky na kolejnici viditelnou pouhým okem.
Vysoce přesné geodetické přístroje mají výměnné okuláry s různou ohniskovou vzdáleností a výměna okuláru umožňuje měnit zvětšení tubusu v závislosti na podmínkách pozorování.
Zvětšení Keplerova tubusu se rovná poměru ohniskové vzdálenosti objektivu k ohniskové vzdálenosti okuláru.
Označme γ úhel, pod kterým je vidět n dělení na trubku a N dělení bez trubky (obr. 3.8). Potom je do potrubí pod úhlem vidět jedno rozdělení stojanu:
α = γ/n,
a bez trubky - pod úhlem:
β = γ / N.
Obr.3.8
Proto: V = N/n.
Zvětšení trubky lze přibližně vypočítat pomocí vzorce:
V = D/d, (3,11)
kde D je vstupní průměr čočky;
d je průměr výstupu tubusu (ale ne průměr okuláru).
Zorné pole potrubí. Zorné pole trubky je oblast prostoru viditelná skrz trubku, když je nehybná. Zorné pole se měří úhlem ε, jehož vrchol leží v optickém středu čočky a boky se dotýkají okrajů otvoru clony (obr. 3.9). Clona o průměru d1 je instalována uvnitř tubusu v ohniskové rovině objektivu Z obrázku 3.11 je zřejmé, že:
kde
Obr.3.9.
Obvykle v geodetických přístrojích berou d1 = 0,7 * fok, pak v radiánové míře:
e = 0,7/V.
Pokud je ε vyjádřeno ve stupních, pak:
e = 40o/V. (3.12)
Čím větší je zvětšení trubky, tím menší je její zorný úhel. Takže například při V = 20x ε = 2o a při V = 80x ε = 0,5o.
Rozlišení potrubí se odhaduje pomocí vzorce:
Například s V = 20x ψ = 3″; pod tímto úhlem je viditelný objekt o velikosti 5 cm na vzdálenost 3,3 km; lidské oko může tento objekt vidět na vzdálenost pouhých 170 m.
Síť nití. Za správné nasměrování dalekohledu na objekt se považuje, když se obraz objektu nachází přesně ve středu zorného pole dalekohledu. Aby se eliminoval subjektivní faktor při hledání středu zorného pole, je označeno mřížkou vláken. Mřížka závitů jsou v nejjednodušším případě dva vzájemně kolmé tahy aplikované na skleněnou desku, která je připevněna k membráně potrubí. Síť nití může být odlišné typy; Obrázek 3.10 ukazuje některé z nich.
Síť závitů má korekční šrouby: dva boční (horizontální) a dva vertikální. Čára spojující střed nitkového kříže a optický střed čočky se nazývá přímka nebo přímka tubusu.
Obr.3.10
Instalace potrubí okem a předmětem. Při namíření dalekohledu na předmět musíte současně jasně vidět mřížku vláken a obraz předmětu v okuláru. Instalací trubky podél oka se dosáhne jasného obrazu sítě závitů; Chcete-li to provést, posuňte okulár vzhledem k nitkovému kříži a otáčejte drážkovaným kroužkem na okuláru. Umístění potrubí na objekt se nazývá zaostření potrubí. Vzdálenost k uvažovaným objektům se mění a podle vzorce (3.6), když se změní a, změní se i vzdálenost b k jeho obrazu. Aby byl obraz předmětu při pohledu okulárem jasný, musí být umístěn v rovině mřížky závitů. Pohybem okulárové části tubusu podél hlavní optické osy se vzdálenost od nitkového kříže k čočce mění, až se rovná b.
Tubusy, ve kterých je zaostřování dosaženo změnou vzdálenosti mezi čočkou a nitkovým křížem, se nazývají externí zaostřovací tubusy. Takové trubky mají velkou a navíc proměnnou délku; nejsou vzduchotěsné, takže se do nich dostává prach a vlhkost; Vůbec se nezaměřují na blízké předměty. Pozorovací dalekohledy s externím zaostřováním se v moderních měřicích přístrojích nepoužívají
Pokročilejší jsou tubusy s vnitřním ostřením (obr. 3.11); používají přídavnou pohyblivou divergenční čočku L2, která spolu s čočkou L1 tvoří ekvivalentní čočku L. Při pohybu čočky L2 se mění vzdálenost mezi čočkami l a tím se mění ohnisková vzdálenost f ekvivalentní čočky. Obraz předmětu, který se nachází v ohniskové rovině čočky L, se také pohybuje podél optické osy a při dopadu na rovinu nitkového kříže se v okuláru tubusu jasně zviditelní. Vnitřně zaměřené trubice jsou kratší; jsou utěsněny a umožňují pozorování blízkých objektů moderní měřicí přístroje používají především takové dalekohledy.
Dalekohled je optický přístroj, určený pro sledování velmi vzdálených předmětů okem. Stejně jako mikroskop se skládá z čočky a okuláru; oba jsou více či méně složité optické systémy, i když ne tak složité jako v případě mikroskopu; znázorníme je však schematicky tenké čočky. U zaměřovacích dalekohledů jsou čočka a okulár umístěny tak, že zadní ohnisko čočky se téměř shoduje s předním ohniskem okuláru (obr. 253). Objektiv vytváří skutečný redukovaný reverzní obraz objektu v nekonečnu v jeho zadní ohniskové rovině; tento obraz je pozorován okulárem, jakoby přes lupu. Pokud se přední ohnisko okuláru shoduje se zadním ohniskem čočky, pak při pozorování vzdáleného předmětu vycházejí z okuláru paprsky rovnoběžných paprsků, což je vhodné pro pozorování normálním okem v klidný stav(bez ubytování) (srov. § 114). Pokud se však zrak pozorovatele poněkud liší od normálního, pak se okulár posune a umístí jej „do očí“. Pohybem okuláru se dalekohled také „zaměřuje“ při zkoumání objektů umístěných na různých ne příliš dlouhé vzdálenosti od pozorovatele.
Rýže. 253. Umístění čočky a okuláru v dalekohledu: zadní ohnisko. Čočka odpovídá přednímu ohnisku okuláru
Čočka dalekohledu musí být vždy sběrným systémem, zatímco okulár může být sběrným i rozptylovým systémem. Dalekohled se sběrným (kladným) okulárem se nazývá Keplerův tubus (obr. 254, a), dalekohled s divergujícím (negativním) okulárem se nazývá Galileův tubus (obr. 254, b). Čočka dalekohledu 1 vytváří skutečný inverzní obraz vzdáleného objektu v jeho ohniskové rovině. Rozbíhavý paprsek paprsků z bodu dopadá na okulár 2; Protože tyto paprsky vycházejí z bodu v ohniskové rovině okuláru, vychází z něj paprsek rovnoběžný s vedlejší optickou osou okuláru pod úhlem k hlavní ose. Při vstupu do oka se tyto paprsky sbíhají na jeho sítnici a poskytují skutečný obraz zdroje.
Rýže. 254. Dráha paprsků v dalekohledu: a) Keplerův dalekohled; b) Galileova trubka
Rýže. 255. Dráha paprsků v hranolových dalekohledech (a) a její vzhled(b). Změna směru šipky označuje „převrácení“ obrazu poté, co paprsky projdou částí systému
(V případě Galileovy trubice (b) není oko znázorněno, aby obraz nerušil.) Úhel - úhel, který svírají paprsky dopadající na čočku s osou.
Tubus Galileo, často používaný v běžných divadelních dalekohledech, poskytuje přímý obraz objektu, zatímco tubus Kepler poskytuje převrácený obraz. Z toho vyplývá, že pokud má Keplerova trubice sloužit pro pozemská pozorování, pak je vybavena ovinovacím systémem (přídavná čočka nebo soustava hranolů), v důsledku čehož se obraz stává přímým. Příkladem takového zařízení je hranolový dalekohled (obr. 255). Výhodou Keplerovy trubice je, že obsahuje skutečný meziobraz, v jehož rovině lze umístit měřící měřítko, fotografickou desku pro pořizování snímků atd. Díky tomu se Keplerova trubice používá v astronomii a v všechny případy týkající se měření.
