Luneta (teleskop refraktorowy) przeznaczona jest do obserwacji odległych obiektów. Tubus składa się z 2 soczewek: obiektywu i okularu.
Definicja 1
Obiektyw jest soczewką skupiającą o długiej ogniskowej.
Definicja 2
Okular- To obiektyw o krótkiej ogniskowej.
Jako okular stosuje się soczewki skupiające lub rozbieżne.
Komputerowy model teleskopu
Za pomocą programu komputerowego można stworzyć model demonstrujący działanie teleskopu Keplera z 2 soczewek. Teleskop przeznaczony jest do obserwacji astronomicznych. Ponieważ urządzenie wyświetla odwrócony obraz, jest to niewygodne w przypadku obserwacji naziemnych. Program jest skonfigurowany tak, aby oko obserwatora było akomodowane na nieskończoną odległość. Dlatego w teleskopie wykonywana jest teleskopowa droga promieni, czyli równoległa wiązka promieni z odległego punktu, która wpada do soczewki pod kątem ψ. Wychodzi z okularu dokładnie w taki sam sposób, jak wiązka równoległa, ale względem osi optycznej pod innym kątem φ.
Powiększenie kątowe
Definicja 3Powiększenie kątowe teleskopu jest stosunkiem kątów ψ i φ, który wyraża się wzorem γ = φ ψ.
Poniższy wzór pokazuje powiększenie kątowe teleskopu poprzez ogniskową soczewki F 1 i okularu F 2:
γ = - fa 1 fa 2 .
Znak negatywny, które pojawia się we wzorze na powiększenie kątowe przed obiektywem F 1, oznacza, że obraz jest odwrócony do góry nogami.
W razie potrzeby można zmienić ogniskowe F 1 i F 2 obiektywu i okularu oraz kąt ψ. Wartości kąta φ i powiększenia kątowego γ są wskazywane na ekranie urządzenia.
Jeśli zauważysz błąd w tekście, zaznacz go i naciśnij Ctrl+Enter
INSTRUMENTY OPTYCZNE Z TELESKOPOWYM PRZESUWEM PROMIENIA: TUBA KEPLERA I TUBA GALILEO
Celem tej pracy jest zbadanie budowy dwóch instrumentów optycznych - tuby Keplera i tuby Galileo oraz pomiar ich powiększeń.
Rura Keplera jest prostym systemem teleskopowym. Składa się z dwóch soczewek dodatnich (zbieżnych) zainstalowanych w taki sposób, że równoległa wiązka padająca na pierwszą soczewkę wychodzi z drugiej soczewki, również równoległej (rys. 1).
Soczewka 1 nazywana jest obiektywem, soczewka 2 nazywana jest okularem. Tylne ogniskowanie obiektywu pokrywa się z przednim ogniskowaniem okularu. Ta ścieżka promieni nazywa się teleskopową, a układ optyczny będzie afokalny.
Rysunek 2 przedstawia drogę promieni z punktu obiektu leżącego poza osią.
Segment AF ok jest rzeczywistym odwróconym obrazem obiektu w nieskończoności. W ten sposób rura Keplera wytwarza odwrócony obraz. Okular można ustawić tak, aby działał jak szkło powiększające, tworząc wirtualny powiększony obraz oddalonego obiektu najlepsza wizja D (patrz rys. 3).
Aby określić powiększenie rurki Keplera, rozważ rys. 4.
Niech promienie z nieskończenie odległego obiektu padają na soczewkę wiązką równoległą pod kątem -u do osi optycznej, a wychodzą z okularu pod kątem u'. Powiększenie jest równe stosunkowi wielkości obrazu do wielkości obiektu, a stosunek ten jest równy stosunkowi stycznych odpowiednich kątów widzenia. Zatem powiększenie rurki Keplera wynosi:
γ = - tgu′/ tgu (1)
Ujemny znak powiększenia oznacza, że rura Keplera wytwarza odwrócony obraz. Korzystając z zależności geometrycznych (podobieństwa trójkątów), oczywistych z rys. 4, możemy wyprowadzić zależność:
γ = - fob′/fok′ = -d/d′ , (2)
gdzie d jest średnicą oprawy soczewki, d′ jest średnicą rzeczywistego obrazu oprawy soczewki utworzonego przez okular.
Teleskop Galileusza pokazano schematycznie na ryc. 5.
Okular jest ujemną (rozpraszającą) soczewką 2. Ogniska soczewki 1 i okularu 2 pokrywają się w jednym punkcie, więc droga promieni tutaj również jest teleskopowa. Odległość obiektywu od okularu jest równa różnicy ich ogniskowych. W przeciwieństwie do tubusu Keplera obraz oprawy soczewki tworzony przez okular będzie wirtualny. Rozpatrując drogę promieni z punktu obiektu leżącego poza osią (ryc. 6) zauważamy, że tuba Galileusza tworzy bezpośredni (nie odwrócony) obraz obiektu.
Wykorzystując zależności geometryczne w taki sam sposób, jak to zrobiono powyżej dla rurki Keplera, można obliczyć powiększenie rurki Galileusza. Jeżeli promienie z nieskończenie odległego obiektu padają na soczewkę wiązką równoległą pod kątem -u do osi optycznej, a wychodzą z okularu pod kątem u′, to powiększenie wynosi:
γ = tgu′/tgu (3)
Można to też wykazać
γ = fob′/fok′, (4)
Pozytywny znak powiększenie pokazuje, że obraz obserwowany przez teleskop Galileusza jest prosty (nie odwrócony).
PROCEDURA OPERACYJNA
Urządzenia i materiały: stanowisko optyczne z zamontowanymi w miernikach następującymi elementami optycznymi: oświetlacze (laser półprzewodnikowy i żarówka), bipryzmat, dwie soczewki dodatnie, soczewka negatywowa, ekran.
ĆWICZENIE 1. Pomiar powiększenia rurki Keplera.
1. Zainstaluj laser półprzewodnikowy i bipryzm na stole optycznym. Promień lasera musi trafić w krawędź bipryzmatu. Następnie z dwupryzmatu wyjdą dwie wiązki, biegnące równolegle. Rurka Keplera służy do obserwacji bardzo odległych obiektów, dlatego na jej wejście docierają równoległe wiązki promieni. Analogiem takiej równoległej wiązki będą dwie wiązki wychodzące z dwupryzmatu równolegle do siebie. Zmierz i zapisz odległość d pomiędzy tymi promieniami.
2. Następnie zmontuj tubę Keplera, używając soczewki dodatniej o większym ognisku jako obiektywu i soczewki dodatniej o mniejszym ognisku jako okularu. Naszkicuj powstały projekt optyczny. Z okularu powinny wychodzić dwie wiązki, równoległe do siebie. Zmierz i zapisz odległość d" pomiędzy nimi.
3. Oblicz powiększenie rurki Keplera jako stosunek odległości d i d", uwzględniając znak powiększenia. Oblicz błąd pomiaru i zapisz wynik z błędem.
4. Możesz zmierzyć powiększenie w inny sposób. Aby to zrobić, należy oświetlić obiektyw innym źródłem światła - żarówką i uzyskać rzeczywisty obraz tubusu obiektywu za okularem. Zmierz średnicę tubusu obiektywu d i średnicę jego obrazu d. Oblicz powiększenie i zapisz je, uwzględniając błąd pomiaru.
5. Oblicz powiększenie korzystając ze wzoru (2) jako stosunku ogniskowych soczewki i okularu. Porównaj z podwyżką obliczoną w ust. 3 i ust. 4.
ZADANIE 2. Pomiar powiększenia rurki Galileusza.
1. Zainstaluj laser półprzewodnikowy i bipryzm na stole optycznym. Z dwupryzmatu powinny wychodzić dwie równoległe wiązki. Zmierz i zapisz odległość d pomiędzy nimi.
2. Następnie zmontuj tubus Galileusza, używając soczewki dodatniej jako obiektywu i soczewki ujemnej jako okularu. Naszkicuj powstały projekt optyczny. Z okularu powinny wychodzić dwie wiązki, równoległe do siebie. Zmierz i zapisz odległość d" pomiędzy nimi.
3. Oblicz powiększenie rurki Galileusza jako stosunek odległości d i d.” Oblicz błąd pomiaru i zapisz wynik z błędem.
4. Oblicz powiększenie korzystając ze wzoru (4) jako stosunku ogniskowych soczewki okularu. Porównaj ze wzrostem obliczonym w kroku 3.
PYTANIA KONTROLNE
1. Jaka jest droga wiązki teleskopowej?
2. Czym różni się trąbka Keplera od trąbki Galileusza?
3. Jakie układy optyczne nazywane są afokalnymi?
16.12.2009 21:55 | V. G. Surdin, N. L. Wasiljewa
W tych dniach obchodzimy 400-lecie powstania teleskop optyczny- najprostszy i najskuteczniejszy instrument naukowy, który otworzył ludzkości drzwi do Wszechświata. Zaszczyt stworzenia pierwszych teleskopów słusznie należy do Galileusza.
Jak wiadomo, Galileo Galilei zaczął eksperymentować z soczewkami w połowie 1609 roku, gdy dowiedział się, że w Holandii wynaleziono lunetę na potrzeby nawigacji. Wykonali go w 1608 roku, być może niezależnie od siebie, holenderscy optycy Hans Lippershey, Jacob Metius i Zachariah Jansen. W ciągu zaledwie sześciu miesięcy Galileuszowi udało się znacznie ulepszyć ten wynalazek, stworzyć na jego zasadzie potężny instrument astronomiczny i dokonać wielu niesamowitych odkryć.
Sukcesu Galileusza w udoskonalaniu teleskopu nie można uważać za przypadkowy. Włoscy mistrzowie szkła byli już wtedy powszechnie znani: już w XIII wieku. wynaleźli okulary. I to właśnie we Włoszech optyka teoretyczna była w najlepszym wydaniu. Dzięki dziełom Leonarda da Vinci z dziedziny geometrii przekształciła się w naukę praktyczną. „Zrób okulary dla oczu, abyś mógł widzieć księżyc w dużych rozmiarach” – napisał pod koniec XV wieku. Możliwe, choć nie ma na to bezpośrednich dowodów, że Leonardoowi udało się wdrożyć system teleskopowy.
Oryginalne badania nad optyką prowadził już w połowie XVI wieku. Włoch Francesco Maurolicus (1494-1575). Jego rodak Giovanni Batista de la Porta (1535-1615) poświęcił optyce dwa wspaniałe dzieła: „Magia naturalna” i „O refrakcji”. W tym ostatnim podaje nawet konstrukcję optyczną teleskopu i twierdzi, że potrafił widzieć małe obiekty z dużej odległości. W 1609 roku próbował bronić pierwszeństwa w wynalezieniu teleskopu, ale dowody rzeczowe nie wystarczyły. Tak czy inaczej, prace Galileusza w tej dziedzinie rozpoczęły się na dobrze przygotowanym terenie. Ale oddając hołd poprzednikom Galileusza, pamiętajmy, że to on z zabawnej zabawki zrobił funkcjonalny instrument astronomiczny.
Galileusz rozpoczął swoje eksperymenty od prostego połączenia soczewki dodatniej jako obiektywu i soczewki ujemnej jako okularu, co dało trzykrotne powiększenie. Teraz ten projekt nazywa się lornetką teatralną. To najpopularniejszy zaraz po okularach przyrząd optyczny. Oczywiście we współczesnych lornetkach teatralnych jako soczewki i okulary stosuje się wysokiej jakości soczewki powlekane, czasem nawet złożone, składające się z kilku szkieł. Zapewniają szerokie pole widzenia i doskonały obraz. Używano Galileusza proste soczewki zarówno dla obiektywu jak i okularu. Jego teleskopy cierpiały na poważną wadę chromatyczną i aberracje sferyczne, tj. generował obraz, który był rozmyty na krawędziach i nieostry w różnych kolorach.
Jednak Galileusz nie poprzestał, jak holenderscy mistrzowie, na „lornetkach teatralnych”, ale kontynuował eksperymenty z soczewkami i do stycznia 1610 roku stworzył kilka instrumentów o powiększeniu od 20 do 33 razy. To z ich pomocą dokonał niezwykłych odkryć: odkrył satelity Jowisza, góry i kratery na Księżycu, niezliczone gwiazdy w Drodze Mlecznej itp. Już w połowie marca 1610 roku w Wenecji łacina W nakładzie 550 egzemplarzy ukazało się dzieło Galileusza „Gwiaździsty posłaniec”, w którym opisano pierwsze odkrycia astronomii teleskopowej. We wrześniu 1610 roku naukowiec odkrył fazy Wenus, a w listopadzie odkrył ślady pierścienia na Saturnie, choć nie miał pojęcia o prawdziwym znaczeniu swojego odkrycia („Obserwowałem najwyższą planetę z trzech” – pisze w anagram, próbując zabezpieczyć priorytet odkrycia). Być może żaden teleskop w kolejnych stuleciach nie wniósł takiego wkładu do nauki, jak pierwszy teleskop Galileusza.
Jednak miłośnicy astronomii, którzy próbowali składać teleskopy z okularów, często są zaskoczeni niewielkimi możliwościami ich konstrukcji, które pod względem „możliwości obserwacyjnych” wyraźnie ustępują domowemu teleskopowi Galileusza. Często współczesny „Galileos” nie jest w stanie wykryć nawet satelitów Jowisza, nie mówiąc już o fazach Wenus.
We Florencji, w Muzeum Historii Nauki (obok słynnej Galerii Sztuki Uffizi), przechowywane są dwa z pierwszych teleskopów zbudowanych przez Galileusza. Jest też pęknięta soczewka trzeciego teleskopu. Soczewki tej Galileusz używał do wielu obserwacji w latach 1609-1610. i został przez niego podarowany wielkiemu księciu Ferdynandowi II. Obiektyw został później przypadkowo uszkodzony. Po śmierci Galileusza (1642) soczewka ta znajdowała się w posiadaniu księcia Leopolda Medycejskiego, a po jego śmierci (1675) została włączona do kolekcji Medyceuszy w Galerii Uffizi. W 1793 roku zbiory przekazano do Muzeum Historii Nauki.
Bardzo interesująca jest dekoracyjna oprawa z kości słoniowej wykonana dla soczewki galilejskiej przez grawera Vittorio Crostena. Bogate i misterne wzory kwiatowe przeplatają się z wizerunkami instrumentów naukowych; We wzór organicznie wkomponowano kilka napisów łacińskich. Na górze znajdowała się wcześniej zagubiona wstęga z napisem „MEDICEA SIDERA” („Gwiazdy Medyceuszy”). Środkowa część Kompozycję wieńczy wizerunek Jowisza z orbitami 4 jego satelitów, otoczony tekstem „CLARA DEUM SOBOLES MAGNUM IOVIS INCREMENTUM” („Wspaniałe [młode] pokolenie bogów, wielkie potomstwo Jowisza”). Po lewej i prawej stronie znajdują się alegoryczne twarze Słońca i Księżyca. Na wstędze oplatającej soczewkę wianek brzmi: „HIC ET PRIMUS RETEXIT MACULAS PHEBI ET IOVIS ASTRA” („Jako pierwszy odkrył zarówno plamy Phoebusa (czyli Słońca), jak i gwiazdy Jowisza”). Na poniższym kartuszu widnieje tekst: „COELUM LINCEAE GALILEI MENTI APERTUM VITREA PRIMA HAC MOLE NON DUM VISA OSTENDIT SYDERA MEDICEA IURE AB INVENTORE DICTA SAPIENS NEMPE DOMINATUR ET ASTRIS” („Niebo, dzięki temu otwarte dla przenikliwego umysłu Galileusza” pierwszy szklany obiekt pokazywał gwiazdy, do dziś niewidzialne, słusznie nazwane przez ich odkrywcę Medyceuszem. Wszak gwiazdami rządzi mędrzec.”
Informacje o eksponacie znajdują się na stronie internetowej Muzeum Historii Nauki: link nr 100101; numer referencyjny 404001.
Na początku XX wieku badano teleskopy Galileusza przechowywane w Muzeum Florenckim (patrz tabela). Dokonywano przy ich pomocy nawet obserwacji astronomicznych.
Charakterystyka optyczna pierwszych soczewek i okularów teleskopów Galileo (wymiary w mm)
Okazało się, że pierwsza tuba miała rozdzielczość 20” i pole widzenia 15”. A drugi to odpowiednio 10” i 15”. Powiększenie pierwszego tubusu wynosiło 14x, a drugiego 20x. Uszkodzona soczewka trzeciego tubusu z okularami z dwóch pierwszych tubusów dawałaby powiększenia 18 i 35 razy. Czy zatem Galileusz mógł dokonać swoich niesamowitych odkryć, korzystając z tak niedoskonałych instrumentów?
Eksperyment historyczny
Właśnie takie pytanie zadał sobie Anglik Stephen Ringwood i aby poznać odpowiedź, stworzył dokładną kopię najlepszego teleskopu Galileusza (Ringwood S. D. A Galilean teleskop // The Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, 1994, tom 35, 1, s. 43-50) . W październiku 1992 roku Steve Ringwood odtworzył projekt trzeciego teleskopu Galileusza i spędził rok, dokonując za jego pomocą wszelkiego rodzaju obserwacji. Soczewka jego teleskopu miała średnicę 58 mm i ogniskową 1650 mm. Aby uzyskać obraz, podobnie jak Galileusz, Ringwood przymknął obiektyw do średnicy apertury D = 38 mm najwyższa jakość obrazy ze stosunkowo niewielką utratą przepuszczalności. Okularem była soczewka negatywowa o ogniskowej -50 mm, dająca powiększenie 33 razy. Ponieważ w tej konstrukcji teleskopu okular znajduje się przed płaszczyzną ogniskową obiektywu, całkowita długość tubusu wyniosła 1440 mm.
Za największą wadę teleskopu Galileo Ringwood uważa jego małe pole widzenia - zaledwie 10 cali, czyli jedną trzecią tarczy Księżyca. Ponadto na brzegu pola widzenia jakość obrazu jest bardzo niska. Stosując proste Kryterium Rayleigha, które opisuje granicę dyfrakcji zdolności rozdzielczej obiektywu, jakości obrazu można oczekiwać przy ogniskowej 3,5-4,0". Jednak aberracja chromatyczna zmniejszyła ją do 10-20". Moc penetracji teleskopu, oszacowana za pomocą prostego wzoru (2 + 5lg D), oczekiwano około +9,9 m. Jednak w rzeczywistości nie udało się wykryć gwiazd słabszych niż +8 m.
Podczas obserwacji Księżyca teleskop spisał się dobrze. Można było dostrzec jeszcze więcej szczegółów, niż naszkicował Galileusz w swoim pierwszym mapy księżycowe. „Być może Galileusz był nieistotnym kreślarzem, a może nie interesowały go zbytnio szczegóły powierzchni Księżyca?” - Ringwood jest zaskoczony. A może doświadczenie Galileusza w budowie teleskopów i obserwacjach za ich pomocą nie było jeszcze wystarczająco duże? Wydaje nam się, że to jest powód. Jakość szkła, wypolerowanego własnoręcznie przez Galileusza, nie mogła konkurować z nowoczesnymi obiektywami. I oczywiście Galileusz nie od razu nauczył się patrzeć przez teleskop: obserwacje wizualne wymagają dużego doświadczenia.
Swoją drogą, dlaczego twórcy pierwszych teleskopów – Holendrzy – nie dokonali odkryć astronomicznych? Wykonując obserwacje za pomocą lornetki teatralnej (powiększenie 2,5-3,5 razy) i lornetki polowej (powiększenie 7-8 razy) zauważysz, że istnieje rozbieżność między ich możliwościami. Nowoczesna, wysokiej jakości lornetka 3x pozwala (przy obserwacji jednym okiem!) z trudem zauważyć największe kratery księżycowe; Oczywiście holenderska trąbka o takim samym powiększeniu, ale gorszej jakości, też tego nie potrafiła. Lornetki polowe, które zapewniają w przybliżeniu takie same możliwości jak pierwsze teleskopy Galileusza, pokazują nam Księżyc w całej okazałości, z wieloma kraterami. Po udoskonaleniu trąbki holenderskiej, osiągając kilkukrotnie większe powiększenie, Galileusz przekroczył „próg odkrycia”. Od tego czasu zasada ta nie zawodzi w nauce eksperymentalnej: jeśli uda Ci się kilka razy poprawić wiodący parametr urządzenia, na pewno dokonasz odkrycia.
Oczywiście najbardziej niezwykłym odkryciem Galileusza było odkrycie czterech satelitów Jowisza i dysku samej planety. Wbrew oczekiwaniom niska jakość teleskopu nie zakłóciła znacząco obserwacji układu satelitów Jowisza. Ringwood widział wyraźnie wszystkie cztery księżyce i potrafił, podobnie jak Galileusz, każdej nocy oznaczać ich ruchy względem planety. To prawda, że nie zawsze można było dobrze ustawić ostrość obrazu planety i satelity w tym samym czasie: aberracja chromatyczna obiektywu była bardzo trudna.
Ale jeśli chodzi o samego Jowisza, Ringwood, podobnie jak Galileusz, nie był w stanie wykryć żadnych szczegółów na dysku planety. Pasma równoleżnikowe o niskim kontraście przecinające Jowisza wzdłuż równika zostały całkowicie rozmyte w wyniku aberracji.
Ringwood uzyskał bardzo interesujący wynik podczas obserwacji Saturna. Podobnie jak Galileusz, przy 33-krotnym powiększeniu widział jedynie słabe zgrubienia („tajemnicze wyrostki”, jak pisał Galileusz) po bokach planety, których wielki Włoch oczywiście nie potrafił zinterpretować jako pierścienia. Jednakże dalsze eksperymenty przeprowadzone przez Ringwooda wykazały, że przy użyciu innych okularów o dużym powiększeniu nadal można dostrzec wyraźniejsze cechy pierścieni. Gdyby Galileusz zrobił to w swoich czasach, odkrycie pierścieni Saturna miałoby miejsce prawie pół wieku wcześniej i nie należało do Huygensa (1656).
Jednak obserwacje Wenus wykazały, że Galileusz szybko stał się utalentowanym astronomem. Okazało się, że przy największym wydłużeniu fazy Wenus nie są widoczne, gdyż jej rozmiar kątowy jest zbyt mały. I dopiero gdy Wenus zbliżyła się do Ziemi i w fazie 0,25 jej średnica kątowa osiągnęła 45 cali, zauważalny stał się jej kształt półksiężyca. W tym czasie jej odległość kątowa od Słońca nie była już tak duża, a obserwacje były trudne.
Być może najciekawszą rzeczą w badaniach historycznych Ringwooda było ujawnienie jednego starego błędnego przekonania na temat obserwacji Słońca dokonanych przez Galileusza. Do tej pory panowało powszechne przekonanie, że obserwacje Słońca za pomocą teleskopu galilejskiego nie są możliwe poprzez projekcję jego obrazu na ekran, gdyż negatywowa soczewka okularu nie jest w stanie skonstruować rzeczywistego obrazu obiektu. Umożliwiło to dopiero wynaleziony nieco później teleskop Keplera, składający się z dwóch soczewek dodatnich. Uważano, że pierwszą obserwacją Słońca na ekranie umieszczonym za okularem był niemiecki astronom Christoph Scheiner (1575-1650). Równolegle i niezależnie od Keplera stworzył w 1613 roku teleskop o podobnej konstrukcji. Jak Galileusz obserwował Słońce? W końcu to on odkrył plamy słoneczne. Przez długi czas panowało przekonanie, że Galileusz to obserwował światło dzienne oko w okular, używając chmur jako filtrów światła lub wypatrując Słońca we mgle nisko nad horyzontem. Uważano, że utrata wzroku Galileusza w starszym wieku była częściowo spowodowana obserwacjami Słońca.
Jednak Ringwood odkrył, że teleskop Galileusza mógł również uzyskać całkiem przyzwoitą projekcję obrazu Słońca na ekranie, a plamy słoneczne były bardzo wyraźnie widoczne. Później w jednym z listów Galileusza odkrył to Ringwood szczegółowy opis obserwacje Słońca poprzez projekcję jego obrazu na ekranie. Dziwne, że wcześniej nie zauważono tej okoliczności.
Myślę, że każdy miłośnik astronomii nie odmówi sobie na kilka wieczorów przyjemności „stania się Galileuszem”. Aby to zrobić, wystarczy zrobić teleskop Galileusza i spróbować powtórzyć odkrycia wielkiego Włocha. Jako dziecko jeden z autorów tej notatki wykonał rurki Keplera z okularów. I już w środku dojrzały wiek nie mógł się oprzeć i zbudował instrument podobny do teleskopu Galileusza. Jako soczewkę wykorzystano soczewkę mocującą o średnicy 43 mm o mocy +2 dioptrii, a okular o ogniskowej około -45 mm pobrano ze starej lornetki teatralnej. Teleskop okazał się niezbyt mocny, bo miał tylko 11-krotne powiększenie, ale jego pole widzenia okazało się małe, około 50" średnicy, a jakość obrazu jest nierówna, pogarszająca się znacząco w kierunku krawędzi. Jednakże, obrazy stały się wyraźnie lepsze po zmniejszeniu przysłony obiektywu do średnicy 22 mm, a jeszcze lepsze - do 11 mm. Jasność zdjęć oczywiście spadła, ale obserwacje Księżyca nawet na tym skorzystały.
Zgodnie z oczekiwaniami, obserwując Słońce w projekcji na biały ekran, teleskop ten rzeczywiście stworzył obraz dysku słonecznego. Okular negatywowy kilkakrotnie zwiększał równoważną ogniskową obiektywu (zasada teleobiektywu). Ponieważ nie ma informacji, na jakim statywie Galileusz zainstalował swój teleskop, autor obserwował trzymając teleskop w dłoniach, a jako podparcie dłoni wykorzystał pień drzewa, płot lub ramę Otwórz okno. Przy powiększeniu 11x było to wystarczające, ale przy powiększeniu 30x Galileo mógł oczywiście mieć problemy.
Można uznać, że historyczny eksperyment odtworzenia pierwszego teleskopu zakończył się sukcesem. Wiemy już, że teleskop Galileusza był instrumentem raczej niewygodnym i kiepskim z punktu widzenia współczesnej astronomii. Pod każdym względem był gorszy nawet od obecnych instrumentów amatorskich. Miał tylko jedną przewagę - był pierwszy, a jego twórca Galileusz „wycisnął” ze swojego instrumentu wszystko, co się dało. Za to oddajemy cześć Galileuszowi i jego pierwszemu teleskopowi.
Zostań Galileuszem
Bieżący rok 2009 został ogłoszony Międzynarodowym Rokiem Astronomii z okazji 400. rocznicy narodzin teleskopu. Oprócz już istniejących, w sieci komputerowej pojawiło się wiele nowych wspaniałych stron z niesamowitymi zdjęciami obiektów astronomicznych.
Ale nieważne, jak nasycony interesująca informacja internetowych, głównym celem MHA było pokazanie każdemu prawdziwego Wszechświata. Dlatego wśród priorytetowych projektów znalazła się produkcja niedrogich teleskopów, dostępnych dla każdego. Najpopularniejszym był „galileoskop” – mały refraktor zaprojektowany przez wysoce profesjonalnych astronomów optycznych. Nie jest to dokładna kopia teleskopu Galileusza, ale raczej jego współczesna reinkarnacja. Galileoskop posiada dwusoczewkową soczewkę ze szkła achromatycznego o średnicy 50 mm i ogniskowej 500 mm. Czteroelementowy okular z tworzywa sztucznego zapewnia powiększenie 25x, a soczewka Barlowa 2x aż do 50x. Pole widzenia teleskopu wynosi 1,5 o (lub 0,75 o w przypadku soczewki Barlowa). Mając taki instrument łatwo jest „powtórzyć” wszystkie odkrycia Galileusza.
Jednak sam Galileusz, mając taki teleskop, uczyniłby je znacznie większymi. Cena narzędzia wynosząca 15-20 dolarów sprawia, że jest ono naprawdę przystępne. Co ciekawe, ze standardowym okularem dodatnim (nawet z soczewką Barlowa) „Galileoskop” jest tak naprawdę tubusem Keplera, ale gdy jako okular wykorzystuje się wyłącznie soczewkę Barlowa, spełnia swoją nazwę, stając się tubą Galileusza 17x. Powtórzenie odkryć wielkiego Włocha w takiej (oryginalnej!) konfiguracji nie jest zadaniem łatwym.
Jest to bardzo wygodne i dość rozpowszechnione narzędzie, odpowiednie dla szkół i początkujących miłośników astronomii. Jego cena jest znacznie niższa niż w przypadku wcześniej istniejących teleskopów podobne możliwości. Zakup takich instrumentów dla naszych szkół byłby bardzo pożądany.
Wyznaczanie powiększenia teleskopu za pomocą łaty. Jeśli skierujesz fajkę na pobliską laskę, możesz policzyć, ile podziałów laski N widocznych gołym okiem odpowiada n podziałom laski widocznym przez rurę. W tym celu należy patrzeć na przemian w rurę i w szynę, rzutując podziały szyny z pola widzenia rury na szynę widoczną gołym okiem.
Wysokoprecyzyjne instrumenty geodezyjne posiadają wymienne okulary o różnych ogniskowych, a zmiana okularu pozwala na zmianę powiększenia tubusu w zależności od warunków obserwacji.
Powiększenie tubusu Keplera jest równe stosunkowi ogniskowej obiektywu do ogniskowej okularu.
Oznaczmy przez γ kąt, pod którym widocznych jest n podziałów na rurę i N podziałów bez rury (rys. 3.8). Następnie widoczny jest jeden podział stojaka w rurze pod kątem:
α = γ/n,
i bez rury - pod kątem:
β = γ / N.
Ryc.3.8
Stąd: V = N/n.
Powiększenie rury można w przybliżeniu obliczyć ze wzoru:
V = D/d, (3.11)
gdzie D jest średnicą wejściową soczewki;
d to średnica wylotu tubusu (ale nie średnica okularu).
Pole widzenia rury. Pole widzenia rury to obszar przestrzeni widoczny przez rurę, gdy jest ona nieruchoma. Pole widzenia mierzy się kątem ε, którego wierzchołek leży w środku optycznym obiektywu, a boki stykają się z krawędziami otworu przysłony (ryc. 3.9). Wewnątrz tubusu, w płaszczyźnie ogniskowej soczewki, zainstalowana jest apertura o średnicy d1. Z rysunku 3.11 wynika, że:
Gdzie
Ryc.3.9.
Zwykle w instrumentach geodezyjnych przyjmuje się d1 = 0,7 * fok, wówczas w radianach:
ε = 0,7 / V.
Jeśli ε wyraża się w stopniach, to:
ε = 40o/V. (3.12)
Im większe powiększenie rury, tym mniejszy jest jej kąt widzenia. I tak np. przy V = 20x ε = 2o i przy V = 80x ε = 0,5o.
Rozdzielczość rury szacuje się za pomocą wzoru:
Na przykład przy V = 20x ψ = 3″; pod tym kątem obiekt o średnicy 5 cm widoczny jest z odległości 3,3 km; ludzkie oko widzi ten obiekt z odległości zaledwie 170 m.
Siatka wątków. Za prawidłowe skierowanie teleskopu na obiekt uważa się sytuację, w której obraz obiektu znajduje się dokładnie w środku pola widzenia teleskopu. Aby wyeliminować czynnik subiektywny przy znajdowaniu środka pola widzenia, wyznacza się go siatką nitek. Siatka nici to w najprostszym przypadku dwa wzajemnie prostopadłe pociągnięcia nałożone na szklaną płytkę, która jest przymocowana do membrany rury. Siatka nici może być różne rodzaje; Rysunek 3.10 pokazuje niektóre z nich.
Siatka nici posiada śruby korekcyjne: dwie boczne (poziome) i dwie pionowe. Linia łącząca środek siatki i środek optyczny soczewki nazywana jest linią wzroku lub linią wzroku tubusu.
Ryc.3.10
Montaż rury na oko i na przedmiot. Kierując teleskop na jakiś obiekt, należy jednocześnie wyraźnie widzieć siatkę celowniczą i obraz obiektu w okularze. Instalując rurę wzdłuż oka, uzyskuje się wyraźny obraz siatki nici; W tym celu należy przesunąć okular względem siatki celowniczej, obracając rowkowany pierścień na okularze. Umiejscowienie rury na obiekcie nazywa się ogniskowaniem rury. Odległość do danych obiektów jest zmienna i zgodnie ze wzorem (3.6), gdy zmienia się a, zmienia się także odległość b do jego obrazu. Aby obraz obiektu oglądany przez okular był wyraźny, musi on znajdować się w płaszczyźnie siatki nici. Przesuwając część okularową tubusu wzdłuż głównej osi optycznej, zmieniaj odległość od siatki celowniczej do soczewki, aż będzie równa b.
Tubusy, w których ogniskowanie uzyskuje się poprzez zmianę odległości obiektywu od siatki, nazywane są tubusami zewnętrznego ogniskowania. Takie rury mają dużą, a ponadto zmienną długość; nie są szczelne, przez co dostają się do nich kurz i wilgoć; W ogóle nie skupiają uwagi na bliskich obiektach. W nowoczesnych przyrządach pomiarowych nie stosuje się lunet celowniczych z ogniskowaniem zewnętrznym
Bardziej zaawansowane są tubusy z wewnętrznym ogniskowaniem (ryc. 3.11); wykorzystują dodatkową ruchomą soczewkę rozpraszającą L2, która wraz z soczewką L1 tworzy soczewkę równoważną L. Kiedy soczewka L2 się porusza, zmienia się odległość między soczewkami l, a co za tym idzie, zmienia się ogniskowa f soczewki równoważnej. Obraz obiektu znajdujący się w płaszczyźnie ogniskowej soczewki L również porusza się wzdłuż osi optycznej, a po zetknięciu z płaszczyzną siatki staje się wyraźnie widoczny w okularze tubusu. Tubusy ogniskowane wewnętrznie są krótsze; są szczelne i pozwalają na obserwację bliskich obiektów; współczesne przyrządy pomiarowe wykorzystują głównie takie lunety.
Teleskop jest przyrząd optyczny, przeznaczony do oglądania za pomocą oka bardzo odległych obiektów. Podobnie jak mikroskop składa się z soczewki i okularu; oba są mniej lub bardziej złożonymi układami optycznymi, choć nie tak skomplikowanymi jak w przypadku mikroskopu; przedstawimy je jednak schematycznie cienkie soczewki. W lunetach soczewka i okular są ustawione w taki sposób, że tylne ogniskowanie obiektywu prawie pokrywa się z przednim ogniskiem okularu (ryc. 253). Soczewka wytwarza prawdziwie zmniejszony odwrócony obraz obiektu w nieskończoności w jego tylnej płaszczyźnie ogniskowej; obraz ten ogląda się przez okular, jak przez szkło powiększające. Jeżeli przednie ogniskowanie okularu pokrywa się z tylnym ogniskowaniem obiektywu, to podczas oglądania odległego obiektu z okularu wychodzą wiązki równoległych promieni, co jest wygodne do obserwacji normalnym okiem w spokojny stan(bez zakwaterowania) (por. § 114). Jeśli jednak wzrok obserwatora odbiega nieco od normalnego, wówczas przesuwa się okular, ustawiając go „w oczach”. Poruszając okularem, teleskop „celuje” także podczas badania obiektów znajdujących się na różnych niezbyt dużych odległościach długie dystanse od obserwatora.
Ryż. 253. Położenie obiektywu i okularu w teleskopie: back focus. Soczewka jest dopasowana do przedniego ogniskowania okularu
Soczewka teleskopu musi zawsze być układem zbierającym, natomiast okular może być zarówno układem zbierającym, jak i rozpraszającym. Teleskop z okularem zbierającym (dodatnim) nazywany jest tubą Keplera (ryc. 254, a), teleskop z okularem rozbieżnym (ujemnym) nazywany jest tubą Galileusza (ryc. 254, b). Soczewka teleskopu 1 wytwarza prawdziwy odwrócony obraz odległego obiektu w jego płaszczyźnie ogniskowej. Rozbieżna wiązka promieni z punktu pada na okular 2; Ponieważ promienie te wychodzą z punktu w płaszczyźnie ogniskowej okularu, wiązka wychodzi z niego równolegle do wtórnej osi optycznej okularu pod kątem do osi głównej. Wchodząc do oka, promienie te zbiegają się na siatkówce i dają prawdziwy obraz źródła.
Ryż. 254. Droga promieni w teleskopie: a) teleskop Keplera; b) Trąbka Galileusza
Ryż. 255. Droga promieni w lornetce pryzmatycznej (a) i jej wygląd(B). Zmiana kierunku strzałki oznacza „odwrócenie” obrazu po przejściu promieni przez część układu
(W przypadku rurki Galileusza (b) oko nie jest przedstawione, aby nie zaśmiecać obrazu.) Kąt - kąt, jaki promienie padające na soczewkę tworzą z osią.
Tubus Galileo, często stosowany w zwykłych lornetkach teatralnych, daje bezpośredni obraz obiektu, natomiast tubus Keplera daje obraz odwrócony. W rezultacie, jeśli tuba Keplera ma służyć do obserwacji naziemnych, to wyposażona jest w system owijania (dodatkowa soczewka lub układ pryzmatów), dzięki czemu obraz staje się bezpośredni. Przykładem takiego urządzenia jest lornetka pryzmatyczna (ryc. 255). Zaletą rurki Keplera jest to, że zawiera ona rzeczywisty obraz pośredni, w płaszczyźnie którego można umieścić skalę pomiarową, kliszę fotograficzną do robienia zdjęć itp. Dzięki temu rura Keplera znajduje zastosowanie w astronomii i nie tylko wszystkie przypadki związane z pomiarami.
