Smērēšanas tvēris (refraktora teleskops) ir paredzēts, lai veiktu tālu objektu novērojumus. Caurule sastāv no 2 lēcām: objektīva un okulāra.
1. definīcija
Objektīvs ir saplūstošs objektīvs ar lielu fokusa attālumu.
2. definīcija
Okulārs- Šis ir objektīvs ar īsu fokusa attālumu.
Kā okulārs tiek izmantotas konverģējošās vai diverģējošās lēcas.
Teleskopa datormodelis
Izmantojot datorprogrammu, no 2 lēcām var izveidot modeli, kas demonstrē Keplera teleskopa darbību. Teleskops ir paredzēts astronomiskiem novērojumiem. Tā kā ierīce parāda apgrieztu attēlu, tas ir neērti novērojumiem uz zemes. Programma ir konfigurēta tā, lai novērotāja acs būtu pielāgota bezgalīgam attālumam. Tāpēc teleskopā tiek veikts teleskopiskais staru ceļš, tas ir, paralēls staru kūlis no attāla punkta, kas ieiet objektīvā ar leņķi ψ. Tas iziet no okulāra tieši tādā pašā veidā kā paralēlais stars, bet attiecībā pret optisko asi citā leņķī φ.
Leņķiskais palielinājums
3. definīcijaTeleskopa leņķiskais palielinājums ir leņķu ψ un φ attiecība, ko izsaka ar formulu γ = φ ψ.
Šī formula parāda teleskopa leņķisko palielinājumu caur objektīva F 1 un okulāra F 2 fokusa attālumu:
γ = - F 1 F 2 .
Negatīvā zīme, kas parādās leņķiskā palielinājuma formulā F 1 objektīva priekšā, nozīmē, ka attēls ir apgriezts otrādi.
Ja vēlaties, varat mainīt objektīva un okulāra fokusa attālumus F 1 un F 2 un leņķi ψ. Leņķa φ un leņķa palielinājuma γ vērtības tiek norādītas ierīces ekrānā.
Ja pamanāt tekstā kļūdu, lūdzu, iezīmējiet to un nospiediet Ctrl+Enter
OPTISKIE INSTRUMENTI AR TELESKOPISKĀ STARU CEĻOJUMU: KEPLER TUBE UN GALILEO TUBE
Šī darba mērķis ir izpētīt divu optisko instrumentu - Keplera lampas un Galileo caurules uzbūvi un izmērīt to palielinājumus.
Keplera caurule ir vienkārša teleskopiska sistēma. Tas sastāv no divām pozitīvām (konverģējošām) lēcām, kas uzstādītas tā, lai paralēlais stars, kas krīt uz pirmo lēcu, izietu arī no otrās lēcas paralēli (1. att.).
Objektīvu 1 sauc par objektīvu, 2. objektīvu sauc par okulāru. Objektīva aizmugurējais fokuss sakrīt ar okulāra priekšējo fokusu. Šo staru ceļu sauc par teleskopisku, un optiskā sistēma būs afokāla.
2. attēlā parādīts staru ceļš no objekta punkta, kas atrodas ārpus ass.
Segments AF ok ir reāls apgriezts objekta attēls bezgalībā. Tādējādi Keplera caurule rada apgrieztu attēlu. Okulāru var novietot tā, lai tas darbotos kā palielināmais stikls, radot virtuālu palielinātu objekta attēlu no attāluma labākais redzējums D (skat. 3. att.).
Lai noteiktu Keplera caurules palielinājumu, apsveriet 4. att.
Ļaujiet stariem no bezgalīgi attāla objekta krist uz objektīvu paralēlā starā leņķī -u pret optisko asi un atstājiet okulāru leņķī u′. Palielinājums ir vienāds ar attēla izmēra attiecību pret objekta izmēru, un šī attiecība ir vienāda ar attiecīgo vizuālo leņķu pieskares attiecību. Tāpēc Keplera caurules palielinājums ir:
γ = - tgu′/tgu (1)
Negatīvā palielinājuma zīme nozīmē, ka Keplera caurule rada apgrieztu attēlu. Izmantojot ģeometriskās attiecības (trijstūru līdzības), kas redzamas 4. attēlā, mēs varam iegūt sakarību:
γ = - fob′/fok′ = -d/d′ , (2)
kur d ir objektīva rāmja diametrs, d′ ir okulāra izveidotā objektīva rāmja faktiskā attēla diametrs.
Galileja teleskops shematiski parādīts 5. att.
Okulārs ir negatīva (izkliedējoša) lēca 2. Lēcas 1 un okulāra 2 perēkļi vienā punktā sakrīt, tāpēc arī staru ceļš šeit ir teleskopisks. Attālums starp objektīvu un okulāru ir vienāds ar starpību starp to fokusa attālumiem. Atšķirībā no Keplera caurules, okulāra radītais objektīva rāmja attēls būs virtuāls. Ņemot vērā staru ceļu no objekta punkta, kas atrodas ārpus ass (6. att.), mēs atzīmējam, ka Galileo caurule rada tiešu (ne apgrieztu) objekta attēlu.
Izmantojot ģeometriskās attiecības tādā pašā veidā, kā tas tika darīts iepriekš Keplera caurulei, var aprēķināt Galilejas caurules palielinājumu. Ja stari no bezgalīgi attāla objekta krīt uz objektīvu paralēlā starā leņķī -u pret optisko asi un iziet no okulāra leņķī u′, tad palielinājums ir vienāds ar:
γ = tgu′/tgu (3)
To var arī parādīt
γ = fob′/fok′, (4)
Pozitīva zīme palielinājums parāda, ka caur Galileo teleskopu novērotais attēls ir vertikāls (nav apgriezts).
DARBĪBAS PROCEDŪRA
Ierīces un materiāli: optiskais sols ar vērtētājiem uzstādītiem optiskajiem elementiem: apgaismotāji (pusvadītāju lāzers un kvēlspuldze), biprisma, divas pozitīvās lēcas, negatīvā lēca, ekrāns.
1. VINGRINĀJUMS. Keplera caurules palielinājuma mērīšana.
1. Uzstādiet pusvadītāju lāzeru un biprismu uz optiskā stenda. Lāzera staram jātrāpa pret biprismas malu. Tad no biprismas iznāks divi stari, kas virzīsies paralēli. Keplera cauruli izmanto ļoti tālu objektu novērošanai, tāpēc tās ieejā nonāk paralēli staru kūļi. Šāda paralēla stara analogs būs divi stari, kas izplūst no biprismas paralēli viens otram. Izmēriet un pierakstiet attālumu d starp šiem stariem.
2. Pēc tam salieciet Keplera cauruli, kā objektīvu izmantojot pozitīvo objektīvu ar lielāku fokusu un kā okulāru pozitīvo objektīvu ar mazāku fokusu. Ieskicējiet iegūto optisko dizainu. No okulāra ir jāizplūst divi stari, kas ir paralēli viens otram. Izmēriet un pierakstiet attālumu d" starp tiem.
3. Aprēķināt Keplera caurules palielinājumu kā attālumu d un d attiecību", ņemot vērā palielinājuma zīmi. Aprēķināt mērījuma kļūdu un uzrakstīt rezultātu ar kļūdu.
4. Varat izmērīt palielinājumu citā veidā. Lai to izdarītu, jums ir nepieciešams apgaismot objektīvu ar citu gaismas avotu - kvēlspuldzi un iegūt reālu objektīva cilindra attēlu aiz okulāra. Izmēriet objektīva cilindra diametru d un tā attēla diametru d". Aprēķiniet palielinājumu un pierakstiet to, ņemot vērā mērījuma kļūdu.
5. Aprēķiniet palielinājumu, izmantojot formulu (2) kā lēcas un okulāra fokusa attālumu attiecību. Salīdziniet ar 3. un 4. punktā aprēķināto palielinājumu.
2. UZDEVUMS. Galileo caurules palielinājuma mērīšana.
1. Uzstādiet pusvadītāju lāzeru un biprismu uz optiskā stenda. No biprismas jāiznāk diviem paralēliem stariem. Izmēriet un pierakstiet attālumu d starp tiem.
2. Pēc tam salieciet Galilejas cauruli, izmantojot pozitīvo lēcu kā objektīvu un negatīvo lēcu kā okulāru. Ieskicējiet iegūto optisko dizainu. No okulāra ir jāizplūst divi stari, kas ir paralēli viens otram. Izmēriet un pierakstiet attālumu d" starp tiem.
3. Aprēķiniet Galilejas caurules palielinājumu kā attālumu d un d attiecību." Aprēķiniet mērījuma kļūdu un ierakstiet rezultātu ar kļūdu.
4. Aprēķiniet palielinājumu, izmantojot formulu (4) kā okulāra lēcas fokusa attālumu attiecību. Salīdziniet ar pieaugumu, kas aprēķināts 3. darbībā.
KONTROLES JAUTĀJUMI
1. Kas ir teleskopiskā stara ceļš?
2. Ar ko Keplera trompete atšķiras no Galileja trompetes?
3. Kādas optiskās sistēmas sauc par afokālajām?
16.12.2009 21:55 | V. G. Surdins, N. L. Vasiļjeva
Šajās dienās svinam radīšanas 400. gadadienu optiskais teleskops- vienkāršākais un efektīvākais zinātniskais instruments, kas cilvēcei atvēra durvis uz Visumu. Pirmo teleskopu radīšanas gods pamatoti pieder Galileo.
Kā zināms, Galileo Galilejs sāka eksperimentēt ar lēcām 1609. gada vidū, kad viņš uzzināja, ka Holandē ir izgudrots teleskops navigācijas vajadzībām. To 1608. gadā, iespējams, neatkarīgi viens no otra, izgatavoja holandiešu optiķi Hanss Liperšijs, Džeikobs Metiuss un Zeharijs Jansens. Tikai sešu mēnešu laikā Galileo izdevās ievērojami uzlabot šo izgudrojumu, izveidot spēcīgu astronomisku instrumentu pēc tā principa un veikt vairākus pārsteidzošus atklājumus.
Galileo panākumus teleskopa uzlabošanā nevar uzskatīt par nejaušu. Itāļu stikla meistari tajā laikā jau bija kļuvuši pamatīgi slaveni: tālajā 13. gadsimtā. viņi izgudroja brilles. Un tieši Itālijā teorētiskā optika bija vislabākajā līmenī. Pateicoties Leonardo da Vinči darbiem, tā no ģeometrijas sadaļas kļuva par praktisku zinātni. "Izgatavojiet brilles savām acīm, lai jūs varētu redzēt lielu mēnesi," viņš rakstīja 15. gadsimta beigās. Iespējams, lai gan tam nav tiešu pierādījumu, ka Leonardo izdevās ieviest teleskopisku sistēmu.
Viņš veica oriģinālus optikas pētījumus 16. gadsimta vidū. Itālis Frančesko Mauroliks (1494-1575). Viņa tautietis Džovanni Batista de la Porta (1535-1615) optikai veltīja divus lieliskus darbus: “Dabas maģija” un “Par refrakciju”. Pēdējā viņš pat sniedz teleskopa optisko dizainu un apgalvo, ka spējis redzēt mazus objektus lielā attālumā. 1609. gadā viņš cenšas aizstāvēt prioritāti teleskopa izgudrošanā, taču ar faktiskajiem pierādījumiem tam nepietika. Lai kā arī būtu, Galileo darbs šajā jomā sākās uz labi sagatavotas vietas. Taču, godinot Galileo priekšgājējus, atcerēsimies, ka tieši viņš no smieklīgas rotaļlietas izgatavoja funkcionālu astronomisku instrumentu.
Galileo sāka savus eksperimentus ar vienkāršu pozitīvā objektīva kā objektīva un negatīvā objektīva kā okulāra kombināciju, nodrošinot trīskāršu palielinājumu. Tagad šo dizainu sauc par teātra binokļiem. Šī ir vispopulārākā optiskā ierīce pēc brillēm. Protams, mūsdienu teātra binokļos kā lēcas un okulāri tiek izmantotas augstas kvalitātes pārklājuma lēcas, dažreiz pat sarežģītas, kas sastāv no vairākām brillēm. Tie nodrošina plašu redzes lauku un lieliskus attēlus. Lietots Galileo vienkāršas lēcas gan objektīvam, gan okulāram. Viņa teleskopi cieta no smagas hromatiskas un sfēriskas aberācijas, t.i. radīja attēlu, kas bija izplūdis malās un nefokusēts dažādās krāsās.
Tomēr Galileo, tāpat kā holandiešu meistari, neapstājās ar “teātra binokļiem”, bet turpināja eksperimentus ar lēcām un līdz 1610. gada janvārim radīja vairākus instrumentus ar palielinājumu no 20 līdz 33 reizēm. Ar viņu palīdzību viņš veica savus ievērojamos atklājumus: atklāja Jupitera pavadoņus, kalnus un krāterus uz Mēness, neskaitāmas zvaigžņu Piena ceļā utt. Jau 1610. gada marta vidū Venēcijā plkst. latīņu valoda Galileja darbs “Zvaigžņotais vēstnesis” tika izdots 550 eksemplāru tirāžā, kur tika aprakstīti pirmie teleskopiskās astronomijas atklājumi. 1610. gada septembrī zinātnieks atklāja Veneras fāzes, bet novembrī atklāja Saturna gredzena pazīmes, lai gan viņam nebija ne jausmas par sava atklājuma patieso nozīmi (“Es novēroju augstāko planētu trijās,” viņš raksta anagramma, mēģinot nodrošināt atklājuma prioritāti). Iespējams, ka turpmākajos gadsimtos neviens teleskops nav devis tādu ieguldījumu zinātnē kā Galileja pirmais teleskops.
Tomēr tie astronomijas entuziasti, kas mēģinājuši salikt teleskopus no briļļu brillēm, bieži vien ir pārsteigti par to konstrukciju mazajām iespējām, kas “novērošanas spēju” ziņā nepārprotami ir zemākas par Galileo paštaisīto teleskopu. Bieži vien mūsdienu “Galileos” nespēj pat atklāt Jupitera pavadoņus, nemaz nerunājot par Veneras fāzēm.
Florencē Zinātnes vēstures muzejā (blakus slavenajai Ufici mākslas galerijai) glabājas divi no pirmajiem Galileo uzbūvētajiem teleskopiem. Ir arī saplīsusi trešā teleskopa lēca. Šo objektīvu Galileo izmantoja daudziem novērojumiem 1609.–1610. gadā. un viņš to uzdāvināja lielkņazam Ferdinandam II. Objektīvs vēlāk nejauši tika saplīsis. Pēc Galileja nāves (1642) šo objektīvu glabāja princis Leopolds de Mediči, un pēc viņa nāves (1675) tas tika pievienots Mediči kolekcijai Ufici galerijā. 1793. gadā kolekcija tika nodota Zinātnes vēstures muzejam.
Ļoti interesants ir graviera Vitorio Krostena dekoratīvais figūrveida ziloņkaula rāmis Galilejas objektīvam. Bagātīgi un sarežģīti ziedu raksti ir mijas ar zinātnisku instrumentu attēliem; Rakstā organiski iekļauti vairāki latīņu uzraksti. Augšpusē iepriekš bija lente, tagad pazaudēta, ar uzrakstu “MEDICEA SIDERA” (“Medici Stars”). Centrālā daļa Kompozīciju vainago Jupitera attēls ar 4 tā pavadoņu orbītām, ko ieskauj teksts “CLARA DEUM SOBOLES MAGNUM IOVIS INCREMENTUM” (“Krāšņā [jaunā] dievu paaudze, lielie Jupitera pēcnācēji”). Pa kreisi un pa labi ir Saules un Mēness alegoriskās sejas. Uz lentes, kas pina vainagu ap objektīvu, ir uzraksts: “HIC ET PRIMUS RETEXIT MACULAS PHEBI ET IOVIS ASTRA” (“Viņš pirmais atklāja gan Fēbusa (t.i. Saules) plankumus, gan Jupitera zvaigznes”). Zemāk esošajā kartišā ir teksts: “COELUM LINCEAE GALILEI MENTI APERTUM VITREA PRIMA HAC MOLE NON DUM VISA OSTENDIT SYDERA MEDICEA IURE AB INVENTORE DICTA SAPIENS NEMPE DOMINATUR ET ASTRIS” (“Debesis, atvērtas Galileo dedzīgajam prātam pirmais stikla objekts, rādīja zvaigznes, līdz pat šai dienai kopš tā laika neredzamām, ko pamatoti sauca to atklājējs Mediķis. Galu galā gudrais valda pār zvaigznēm").
Informācija par eksponātu pieejama Zinātnes vēstures muzeja mājaslapā: saite Nr.100101; atsauce #404001.
Divdesmitā gadsimta sākumā tika pētīti Florences muzejā glabātie Galileja teleskopi (skat. tabulu). Ar tiem tika veikti pat astronomiski novērojumi.
Galileo teleskopu pirmo lēcu un okulāru optiskie parametri (izmēri mm)
Izrādījās, ka pirmajai caurulei bija 20" izšķirtspēja un 15" redzes lauks. Un otrais ir attiecīgi 10" un 15". Pirmās caurules palielinājums bija 14x, bet otrās - 20x. Trešās caurules salauzta lēca ar okulāriem no pirmajām divām caurulēm nodrošinātu palielinājumu 18 un 35 reizes. Tātad, vai Galileo varēja izdarīt savus pārsteidzošos atklājumus, izmantojot tik nepilnīgus instrumentus?
Vēsturisks eksperiments
Tieši šādu jautājumu sev uzdeva anglis Stīvens Ringvuds un, lai uzzinātu atbildi, izveidoja precīzu Galileja labākā teleskopa kopiju (Ringwood S. D. A Galilean telescope // The Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, 1994, 35. sēj., 1., 43.–50. lpp.) . 1992. gada oktobrī Stīvs Ringvuds atjaunoja Galileo trešā teleskopa dizainu un pavadīja gadu, veicot ar to dažādus novērojumus. Viņa teleskopa lēcas diametrs bija 58 mm un fokusa attālums 1650 mm. Tāpat kā Galileo, Ringvuds apturēja savu objektīvu līdz diafragmas diametram D = 38 mm, lai iegūtu vislabākā kvalitāte attēlus ar salīdzinoši nelielu caurlaidības zudumu. Okulārs bija negatīvs objektīvs ar fokusa attālumu -50 mm, nodrošinot palielinājumu 33 reizes. Tā kā šajā teleskopa konstrukcijā okulārs ir novietots objektīva fokusa plaknes priekšā, tad kopējais caurules garums bija 1440 mm.
Ringvuds par Galileo teleskopa lielāko trūkumu uzskata tā nelielo redzes lauku – tikai 10" jeb trešdaļu no Mēness diska. Turklāt redzes lauka malā attēla kvalitāte ir ļoti zema. Izmantojot vienkāršo Reilija kritērijs, kas raksturo objektīva izšķirtspējas difrakcijas robežu, varētu sagaidīt kvalitatīvus attēlus pie 3,5-4,0 collas. Tomēr hromatiskā aberācija to samazināja līdz 10-20". Teleskopa caurlaidības spēja, kas aprēķināta, izmantojot vienkāršu formulu (2 + 5 lg D), bija gaidāms ap +9,9 m. Tomēr patiesībā nebija iespējams atklāt zvaigznes, kas ir vājākas par +8 m.
Vērojot Mēnesi, teleskops darbojās labi. Bija iespējams saskatīt pat vairāk detaļu, nekā Galileo ieskicēts savā pirmajā Mēness kartes. "Varbūt Galileo bija mazsvarīgs zīmētājs, vai arī viņu neinteresēja Mēness virsmas detaļas?" – Ringvuds ir pārsteigts. Vai varbūt Galileo pieredze teleskopu veidošanā un novērošanā ar tiem vēl nebija pietiekami plaša? Mums šķiet, ka tas ir iemesls. Ar paša Galileo rokām pulētā stikla kvalitāti nevarēja konkurēt ar mūsdienu lēcām. Un, protams, Galileo ne uzreiz iemācījās skatīties caur teleskopu: vizuāliem novērojumiem ir nepieciešama ievērojama pieredze.
Starp citu, kāpēc pirmo teleskopu veidotāji - holandieši - neveica astronomiskus atklājumus? Veicot novērojumus ar teātra binokļiem (palielinājums 2,5-3,5 reizes) un ar lauka binokļiem (palielinājums 7-8 reizes), jūs ievērosiet, ka starp to iespējām ir plaisa. Mūsdienīgi augstas kvalitātes 3x binokļi ļauj (vērojot ar vienu aci!) gandrīz nepamanīt lielākos Mēness krāterus; Acīmredzot arī holandiešu trompete ar tādu pašu palielinājumu, bet zemākas kvalitātes to nevarēja izdarīt. Lauka binokļi, kas nodrošina aptuveni tādas pašas iespējas kā Galileo pirmie teleskopi, parāda mums Mēnesi visā tā krāšņumā ar daudziem krāteriem. Uzlabojis holandiešu trompeti, panākot vairākas reizes lielāku palielinājumu, Galilejs pārkāpa "atklāšanas slieksni". Kopš tā laika šis princips eksperimentālajā zinātnē nav pievīlis: ja jums izdosies vairākas reizes uzlabot ierīces vadošo parametru, jūs noteikti izdarīsit atklājumu.
Protams, visievērojamākais Galileo atklājums bija četru Jupitera pavadoņu un pašas planētas diska atklāšana. Pretēji gaidītajam, teleskopa zemā kvalitāte Jupitera satelītu sistēmas novērojumiem īpaši netraucēja. Ringvuds skaidri redzēja visus četrus satelītus un spēja, tāpat kā Galileo, katru nakti atzīmēt to kustību attiecībā pret planētu. Tiesa, planētas un satelīta attēlu ne vienmēr bija iespējams labi fokusēt vienlaikus: objektīva hromatiskā aberācija bija ļoti sarežģīta.
Bet, kas attiecas uz pašu Jupiteru, Ringvuds, tāpat kā Galileo, nevarēja atklāt nekādas detaļas planētas diskā. Zema kontrasta platuma joslas, kas šķērso Jupiteru gar ekvatoru, tika pilnībā izskalotas aberācijas rezultātā.
Vērojot Saturnu, Ringwood ieguva ļoti interesantu rezultātu. Tāpat kā Galilejs, 33x palielinājumā viņš planētas malās redzēja tikai vājus pietūkumus (“noslēpumainus piedēkļus”, kā rakstīja Galilejs), ko lielais itālis, protams, nevarēja interpretēt kā gredzenu. Tomēr turpmākie Ringvuda eksperimenti parādīja, ka, izmantojot citus liela palielinājuma okulārus, joprojām var pamanīt skaidrākas gredzena iezīmes. Ja Galilejs to būtu izdarījis savā laikā, Saturna gredzenu atklāšana būtu notikusi gandrīz pusgadsimtu agrāk un nebūtu piederējusi Haigensam (1656).
Tomēr Veneras novērojumi pierādīja, ka Galileo ātri kļuva par prasmīgu astronomu. Izrādījās, ka pie lielākā pagarinājuma Veneras fāzes nav redzamas, jo tās leņķiskais izmērs ir pārāk mazs. Un tikai tad, kad Venera tuvojās Zemei un fāzē 0,25 tās leņķiskais diametrs sasniedza 45", kļuva pamanāma tās pusmēness forma. Šajā laikā tās leņķiskais attālums no Saules vairs nebija tik liels, un novērojumi bija sarežģīti.
Interesantākais Ringvuda vēsturiskajos pētījumos, iespējams, bija viena sena nepareiza priekšstata atmaskošana par Galileja Saules novērojumiem. Līdz šim bija vispārpieņemts, ka Sauli nav iespējams novērot ar Galilejas teleskopu, projicējot tās attēlu uz ekrāna, jo okulāra negatīvā lēca nevarēja izveidot reālu objekta attēlu. Tikai nedaudz vēlāk izgudrotais Keplera teleskops, kas sastāvēja no divām pozitīvām lēcām, padarīja to iespējamu. Tika uzskatīts, ka pirmo reizi Sauli uz ekrāna, kas novietots aiz okulāra, novēroja vācu astronoms Kristofs Šeiners (1575-1650). Viņš vienlaikus un neatkarīgi no Keplera izveidoja līdzīgas konstrukcijas teleskopu 1613. gadā. Kā Galilejs novēroja Sauli? Galu galā tieši viņš atklāja saules plankumus. Ilgu laiku pastāvēja uzskats, ka Galileo ievēroja dienasgaisma acis okulārā, izmantojot mākoņus kā gaismas filtrus vai vērojot Sauli miglā zemu virs horizonta. Tika uzskatīts, ka Galileo redzes zudumu vecumdienās daļēji izraisīja viņa Saules novērojumi.
Tomēr Ringvuds atklāja, ka Galileo teleskops var arī radīt diezgan pienācīgu saules attēla projekciju uz ekrāna, un saules plankumi bija ļoti skaidri redzami. Vēlāk vienā no Galileja vēstulēm Ringvuds atklāja Detalizēts apraksts Saules novērojumi, projicējot tās attēlu uz ekrāna. Dīvaini, ka šis apstāklis iepriekš netika atzīmēts.
Domāju, ka ikviens astronomijas cienītājs neliegs sev prieku “kļūt par Galileo” dažus vakarus. Lai to izdarītu, jums vienkārši jāizveido Galilejas teleskops un jāmēģina atkārtot lielā itāļa atklājumus. Bērnībā viens no šīs piezīmes autoriem izgatavoja Keplera tūbiņas no briļļu brillēm. Un jau iekšā nobriedis vecums nevarēja pretoties un uzbūvēja Galileo teleskopam līdzīgu instrumentu. Kā objektīvs tika izmantots stiprinājuma objektīvs ar diametru 43 mm ar jaudu +2 dioptrijas, bet no vecā teātra binokļa tika ņemts okulārs ar fokusa attālumu aptuveni -45 mm. Teleskops izrādījās ne pārāk jaudīgs, ar palielinājumu tikai 11 reizes, bet tā redzes lauks izrādījās mazs, apmēram 50" diametrā, un attēla kvalitāte ir nevienmērīga, ievērojami pasliktinās malas virzienā. attēli kļuva ievērojami labāki, kad objektīva diafragma tika samazināta līdz 22 mm diametram un vēl labāk - līdz 11 mm.Attēlu spilgtums, protams, samazinājās, bet Mēness novērojumiem tas pat nāca par labu.
Kā gaidīts, novērojot Sauli projekcijā uz balta ekrāna, šis teleskops patiešām radīja Saules diska attēlu. Negatīvs okulārs vairākas reizes palielināja objektīva ekvivalento fokusa attālumu (telefoto objektīva princips). Tā kā nav informācijas par to, uz kura statīva Galilejs uzstādījis savu teleskopu, autors novēroja, turot teleskopu rokās, un kā balstu rokām izmantoja koka stumbru, žogu vai rāmi. atvērts logs. Ar 11x palielinājumu tas bija pietiekami, bet ar 30x palielinājumu Galileo acīmredzot varēja būt problēmas.
Var uzskatīt, ka vēsturiskais eksperiments, lai atjaunotu pirmo teleskopu, bija veiksmīgs. Tagad mēs zinām, ka Galileja teleskops no mūsdienu astronomijas viedokļa bija diezgan neērts un slikts instruments. Visos aspektos tas bija zemāks pat par pašreizējiem amatieru instrumentiem. Viņam bija tikai viena priekšrocība - viņš bija pirmais, un viņa radītājs Galileo “izspieda” no viņa instrumenta visu, kas bija iespējams. Par to mēs godinām Galileo un viņa pirmo teleskopu.
Kļūsti par Galileo
Pašreizējais 2009. gads tika pasludināts par Starptautisko astronomijas gadu par godu teleskopa dzimšanas 400. gadadienai. Papildus jau esošajām datortīklā ir parādījušās daudzas jaunas brīnišķīgas vietas ar pārsteidzošām astronomisko objektu fotogrāfijām.
Bet lai cik piesātināts interesanta informācija Interneta vietnes, MHA galvenais mērķis bija visiem demonstrēt īsto Visumu. Tāpēc starp prioritārajiem projektiem bija lētu, ikvienam pieejamu teleskopu ražošana. Vispopulārākais bija "galileoskops" - neliels refraktors, ko izstrādājuši augsti profesionāli optiskie astronomi. Šī nav precīza Galileja teleskopa kopija, bet gan tā mūsdienu reinkarnācija. “Galileoskopam” ir divu lēcu ahromatiska stikla lēca ar diametru 50 mm un fokusa attālumu 500 mm. Četru elementu plastmasas okulārs nodrošina 25x palielinājumu, un 2x Barlow objektīvs to palielina līdz 50x. Teleskopa redzes lauks ir 1,5 o (vai 0,75 o ar Barlow objektīvu). Ar šādu instrumentu ir viegli “atkārtot” visus Galileo atklājumus.
Tomēr pats Galilejs ar šādu teleskopu būtu tos padarījis daudz lielākus. Instrumenta cena 15-20 USD padara to par patiesi pieejamu. Interesanti, ka ar standarta pozitīvo okulāru (pat ar Bārlova objektīvu) "Galileoscope" patiešām ir Keplera caurule, taču, par okulāru izmantojot tikai Bārlova objektīvu, tas atbilst savam nosaukumam, kļūstot par 17x Galilean lampu. Atkārtot dižā itāļa atklājumus šādā (oriģinālā!) konfigurācijā nav viegls uzdevums.
Šis ir ļoti ērts un diezgan plaši izplatīts rīks, kas piemērots skolām un iesācēju astronomijas entuziastiem. Tā cena ir ievērojami zemāka nekā iepriekš esošajiem teleskopiem ar līdzīgas iespējas. Būtu ļoti vēlams šādus instrumentus iegādāties mūsu skolām.
Teleskopa palielinājuma noteikšana, izmantojot spieķi. Ja pavērsiet cauruli uz blakus esošu spieķi, jūs varat saskaitīt, cik ar neapbruņotu aci redzamās spieķa N daļas atbilst n štāba daļām, kas redzamas caur cauruli. Lai to izdarītu, pārmaiņus jāskatās caurulē un sliedē, projicējot sliedes dalījumus no caurules redzes lauka uz sliedēm, kas redzamas ar neapbruņotu aci.
Augstas precizitātes ģeodēziskajiem instrumentiem ir maināmi okulāri ar dažādu fokusa attālumu, un okulāra maiņa ļauj mainīt caurules palielinājumu atkarībā no novērošanas apstākļiem.
Keplera caurules palielinājums ir vienāds ar objektīva fokusa attāluma attiecību pret okulāra fokusa attālumu.
Ar γ apzīmēsim leņķi, pie kura ir redzami n sadalījumi caurulē un N sadalījumi bez caurules (3.8. att.). Tad caurulē leņķī ir redzams viens statīva sadalījums:
α = γ/n,
un bez caurules - leņķī:
β = γ/N.
3.8.att
Tātad: V = N/n.
Caurules palielinājumu var aptuveni aprēķināt, izmantojot formulu:
V = D/d, (3.11)
kur D ir lēcas ieejas diametrs;
d ir caurules izejas diametrs (bet ne okulāra diametrs).
Caurules skata lauks. Caurules redzes lauks ir telpas laukums, kas redzams caur cauruli, kad tā ir nekustīga. Redzes lauks tiek mērīts ar leņķi ε, kura virsotne atrodas objektīva optiskajā centrā, un malas pieskaras apertūras atvēruma malām (3.9. att.). Caurules iekšpusē objektīva fokusa plaknē ir uzstādīta apertūra ar diametru d1 No 3.11. attēla ir skaidrs, ka:
kur
Att.3.9.
Parasti ģeodēziskajos instrumentos tie ņem d1 = 0,7 * fok, tad radiāna mērī:
ε = 0,7/V.
Ja ε ir izteikts grādos, tad:
ε = 40o/V. (3.12)
Jo lielāks ir caurules palielinājums, jo mazāks ir tās skata leņķis. Tā, piemēram, pie V = 20x ε = 2o un pie V = 80x ε = 0,5o.
Caurules izšķirtspēju aprēķina, izmantojot formulu:
Piemēram, ar V = 20x ψ = 3″; šajā leņķī 3,3 km attālumā ir redzams objekts, kura izmērs ir 5 cm; cilvēka acs var redzēt šo objektu tikai 170 m attālumā.
Vītņu režģis. Par pareizu teleskopa pavēršanu uz objektu tiek uzskatīts, ja objekta attēls atrodas tieši teleskopa redzes lauka centrā. Lai novērstu subjektīvo faktoru, atrodot redzes lauka centru, to apzīmē ar pavedienu režģi. Vītņu režģis vienkāršākajā gadījumā ir divi savstarpēji perpendikulāri sitieni, kas tiek uzlikti uz stikla plāksnes, kas ir piestiprināta pie caurules diafragmas. Diegu sieta var būt dažādi veidi; 3.10. attēlā ir parādīti daži no tiem.
Vītņu sietam ir korekcijas skrūves: divas sānu (horizontālās) un divas vertikālās. Līniju, kas savieno tīklveida centru un objektīva optisko centru, sauc par redzes līniju vai caurules redzes līniju.
3.10.att
Caurules uzstādīšana ar aci un pēc objekta. Pavēršot teleskopu uz objektu, vienlaikus skaidri jāredz tīklojums un objekta attēls okulārā. Uzstādot cauruli gar aci, tiek panākts skaidrs diegu sieta attēls; Lai to izdarītu, pārvietojiet okulāru attiecībā pret tīklojumu, pagriežot okulāra rievoto gredzenu. Caurules novietošanu uz objekta sauc par caurules fokusēšanu. Attālums līdz attiecīgajiem objektiem mainās, un saskaņā ar formulu (3.6), mainoties a, mainās arī attālums b līdz tā attēlam. Lai objekta attēls, skatoties caur okulāru, būtu skaidrs, tam jāatrodas diegu režģa plaknē. Pārvietojot caurules okulāra daļu pa galveno optisko asi, attālums no tīklekļa līdz lēcai tiek mainīts, līdz tas kļūst vienāds ar b.
Caurules, kurās fokusēšana tiek panākta, mainot attālumu starp objektīvu un tīklu, sauc par ārējām fokusēšanas caurulēm. Šādām caurulēm ir liels un turklāt mainīgs garums; tie nav hermētiski, tāpēc tajās nokļūst putekļi un mitrums; Viņi vispār nekoncentrējas uz tuviem objektiem. Mūsdienu mērinstrumentos netiek izmantoti tālmēri ar ārējo fokusēšanu
Progresīvākas ir caurules ar iekšējo fokusēšanu (3.11. att.); tajos tiek izmantots papildus kustīgs diverģējošais objektīvs L2, kas kopā ar objektīvu L1 veido līdzvērtīgu objektīvu L. Kad objektīvs L2 kustas, mainās attālums starp objektīviem l un līdz ar to mainās līdzvērtīgā objektīva fokusa attālums f. Objekta attēls, kas atrodas lēcas L fokusa plaknē, arī pārvietojas pa optisko asi, un, atsitoties pret tīklekļa plakni, tas kļūst skaidri redzams caurules okulārā. Iekšēji fokusētas caurules ir īsākas; tie ir noslēgti un ļauj novērot tuvus objektus, mūsdienu mērinstrumenti galvenokārt izmanto šādus teleskopus.
Teleskops ir optiskais instruments, kas paredzēts ļoti tālu objektu apskatei ar aci. Tāpat kā mikroskops, tas sastāv no lēcas un okulāra; abas ir vairāk vai mazāk sarežģītas optiskās sistēmas, lai gan ne tik sarežģītas kā mikroskopa gadījumā; tomēr mēs tos attēlosim shematiski plānās lēcas. Pētniecības tēmiņos objektīvs un okulārs ir novietoti tā, lai objektīva aizmugures fokuss gandrīz sakristu ar okulāra priekšējo fokusu (253. att.). Objektīvs rada patiesu samazinātu reversu objekta attēlu bezgalībā tā aizmugurējā fokusa plaknē; šis attēls tiek skatīts caur okulāru, it kā caur palielināmo stiklu. Ja okulāra priekšējais fokuss sakrīt ar objektīva aizmugurējo fokusu, tad, skatoties tālu objektu, no okulāra izplūst paralēlu staru kūļi, kas ir ērti vērošanai ar parasto aci. mierīgs stāvoklis(bez izmitināšanas) (sal. 114. §). Bet, ja novērotāja redze nedaudz atšķiras no parastā, okulārs tiek pārvietots, novietojot to "acīs". Pārvietojot okulāru, teleskops tiek “tēmēts” arī, pētot objektus, kas atrodas uz dažādiem ne pārāk lielos attālumos no novērotāja.
Rīsi. 253. Lēcas un okulāra atrašanās vieta teleskopā: aizmugures fokuss. Objektīvs atbilst okulāra priekšējam fokusam
Teleskopa lēcai vienmēr jābūt savākšanas sistēmai, savukārt okulāram var būt gan savākšanas, gan izkliedēšanas sistēma. Teleskopu ar savācošo (pozitīvo) okulāru sauc par Keplera cauruli (254. att., a), teleskopu ar diverģējošo (negatīvo) okulāru sauc par Galilejas cauruli (254. att., b). Teleskopa lēca 1 rada patiesu apgrieztu attālā objekta attēlu tā fokusa plaknē. Atšķirīgs staru kūlis no punkta krīt uz okulāru 2; Tā kā šie stari nāk no punkta okulāra fokusa plaknē, no tā izplūst stars paralēli okulāra sekundārajai optiskajai asij leņķī pret galveno asi. Iekļūstot acī, šie stari saplūst uz tās tīklenes un sniedz reālu avota attēlu.
Rīsi. 254. Staru ceļš teleskopā: a) Keplera teleskops; b) Galileja trompete
Rīsi. 255. Staru ceļš prizmas lauka binoklī (a) un tā izskats(b). Bultiņas virziena maiņa norāda uz attēla “apgriešanos” pēc tam, kad stari iziet cauri sistēmas daļai
(Galilejas caurules (b) gadījumā acs nav attēlota, lai nepārblīvētu attēlu.) Leņķis - leņķis, ko uz objektīvu krītošie stari veido ar asi.
Galileo caurule, ko bieži izmanto parastajos teātra binokļos, sniedz tiešu objekta attēlu, bet Keplera caurule sniedz apgrieztu attēlu. Rezultātā, ja Keplera caurulei paredzēts kalpot sauszemes novērojumiem, tad tā ir aprīkota ar aptīšanas sistēmu (papildu lēcu vai prizmu sistēmu), kā rezultātā attēls kļūst tiešs. Šādas ierīces piemērs ir prizmatiskais binoklis (255. att.). Keplera caurules priekšrocība ir tā, ka tajā ir reāls starpattēls, kura plaknē var novietot mērskalu, fotoplāksni attēlu uzņemšanai u.c.. Rezultātā Keplera caurule tiek izmantota astronomijā un mākslā. visi ar mērījumiem saistītie gadījumi.
