Телескоп

Телескопы

Радиотелескоп

Шведский солнечный телескоп с апертурой 1 м.

Телеско́п (от др.-греч. τῆλε — далеко + σκοπέω — смотрю) — прибор, предназначенный для наблюдения небесных светил.

В частности, под телескопом понимается оптическая телескопическая система, применяемая не обязательно для астрономических целей.

Существуют телескопы для всех диапазонов электромагнитного спектра: оптические телескопы, радиотелескопы, рентгеновские телескопы, гамма-телескопы. Кроме того, детекторы нейтрино часто называют нейтринными телескопами. Также, телескопами могут называть детекторы гравитационных волн.

Оптические телескопические системы используют в астрономии (для наблюдения за небесными светилами), в оптике для различных вспомогательных целей: например, для изменения расходимости лазерного излучения. Также, телескоп может использоваться в качестве зрительной трубы, для решения задач наблюдения за удалёнными объектами. Самые первые чертежи простейшего линзового телескопа были обнаружены в записях Леонардо Да Винчи. Построил телескоп в 1608 Ханс Липперсхей. Также создание телескопа приписывается его современнику Захарию Янсену.

История

Годом изобретения телескопа, а вернее зрительной трубы, считают 1608 год, когда голландский очковый мастер Иоанн Липперсгей продемонстрировал своё изобретение в Гааге. Тем не менее в выдаче патента ему было отказано, в силу того что и другие мастера, как Захарий Янсен из Мидделбурга и Якоб Метиус из Алкмара, уже обладали экземплярами подзорных труб, а последний вскоре после Липперсгея подал в Генеральные штаты (голландский парламент) запрос на патент. Позднейшее исследование показало, что, вероятно, подзорные трубы были известны ранее, ещё в 1605 году. в «Дополнениях в Вителлию», опубликованных в 1604 г. Кеплер рассмотрел ход лучей в оптической системе, состоящей из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Самые первые чертежи простейшего линзового телескопа (причем как однолинзового, так и двухлинзового) были обнаружены еще в записях Леонардо Да Винчи датируемых 1509-м годом. Сохранилась его запись: «Сделай стекла, чтобы смотреть на полную Луну» («Атлантический кодекс»).

Первым, кто направил зрительную трубу в небо, превратив её в телескоп, и получил новые научные данные стал Галилей. В 1609 году он создал свою первую зрительную трубу с трёхкратным увеличением. В том же году он построил телескоп с восьмикратным увеличением длиной около полуметра. Позже им был создан телескоп, дававший 32-кратное увеличение: длина телескопа была около метра, а диаметр объектива — 4,5 см. Это был очень несовершенный инструмент, обладавший всеми возможными аберрациями, тем не менее, с его помощью Галилей сделал ряд открытий.

Название «телескоп» предложил в 1611 году греческий математик Джованни Демизиани для одного из инструментов Галилея, показанном на банкете в Академии деи Линчеи. Сам Галилей использовал для своих телескопов термин лат. perspicillum.

Оптические телескопы

Телескоп представляет собой трубу (сплошную, каркасную или ферму), установленную на монтировке, снабжённой осями для наведения на объект наблюдения и слежения за ним. Визуальный телескоп имеет объектив и окуляр. Задняя фокальная плоскость объектива совмещена с передней фокальной плоскостью окуляра. В фокальную плоскость объектива вместо окуляра может помещаться фотоплёнка или матричный приёмник излучения. В таком случае объектив телескопа, с точки зрения оптики, является фотообъективом. Телескоп фокусируется при помощи фокусера (фокусировочного устройства).

По своей оптической схеме большинство телескопов делятся на:

• Линзовые (рефракторы или диоптрические) — в качестве объектива используется линза или система линз.
• Зеркальные (рефлекторы или катаптрические) — в качестве объектива используется вогнутое зеркало.
• Зеркально-линзовые телескопы (катадиоптрические) — в качестве объектива используется сферическое зеркало, а линза, система линз или мениск служит для компенсации аберраций.

Кроме того, для наблюдений Солнца профессиональные астрономы используют специальные солнечные телескопы, отличающихся конструктивно от традиционных звездных телескопов.

Характеристики оптических телескопов

Оптический телескоп — это афокальная система (оптическая сила равна нулю), состоящая из объектива и окуляра. Телескоп увеличивает видимый угловой размер и видимую яркость наблюдаемых объектов. Основными параметрами, которые определяют другие характеристики телескопа, являются: диаметр объектива (апертура) и фокусное расстояние объектива.

• Разрешающая способность зависит от апертуры. Приблизительно определяется по формуле

$r={\frac {140}{D}}$,

где $r$ — угловое разрешение в угловых секундах, а $D$ — диаметр объектива в миллиметрах.

• Оптическое увеличение определяется отношением

$\Gamma ={\frac {F}{f}}$,

где $F$ и $f$ — фокусные расстояния объектива и окуляра.

• Максимальное оптическое увеличение телескопа определяется удвоенным значением диаметра его объектива, выраженного в миллиметрах, увеличение выражается в кратах (N^x — эн крат),

$\Gamma =\ {2}{D}$.

• Диаметр поля зрения телескопа $S$ (size of visible sky field-размер видимого поля неба). Опытным путём установлено, что диаметр поля зрения телескопа, выраженный в минутах дуги, зависит от применённого увеличения,

$S={\frac {2000}{\Gamma }}$.

• Относительное отверстие телескопа $A$ — это отношение диаметра объектива телескопа $D$ к его фокусному расстоянию $F$, где $D$ и $F$ выражаются в миллиметрах,

$A={\frac {D}{F}}={\frac {1}{\forall }}={\forall }^{-1}$.

• Светосила телескопа ${\forall }$,

${\forall }={\frac {F}{D}}={\frac {1}{A}}={A}^{-1}$.

Относительное отверстие телескопа $A$ и светосила ${\forall }$ являются важной характеристикой объектива телескопа. Это обратные друг другу величины. Чем больше светосила — меньше относительное отверстие, тем ярче формирует изображение в фокальной плоскости объектив телескопа. Но при этом получается меньшее увеличение, которое даёт данный объектив.

• Проницающая сила (оптическая мощь) $m$ — звёздная величина наиболее слабых звёзд, видимых с помощью телескопа при наблюдении в зените. Для визуального телескопа может быть оценена по формуле Боуэна

$~m=3+2,5\lg D+2,5\lg {\Gamma }$.

Так же в литературе встречается другая формула (упрощённая),

$~m=2,1+5\lg D$.

Проницающая сила рефлекторов на 1-2^m выше, чем у рефракторов. Проницающая сила телескопа сильно зависит от качества оптики, яркости неба, прозрачности атмосферы и её спокойствия. Уровень и тип оптических искажений (аберраций) зависит от конструкции телескопа, и физических свойств его оптических компонентов — линз, зеркал, призм и стеклянных корректоров.

• Линейные размеры диаметров дисков Солнца и Луны в фокальной плоскости объектива телескопа вычисляются по формуле

$l={F}~{\frac {30}{3440}}$,

где $l$ — диаметр диска Солнца в фокусе в миллиметрах, а $F$ — фокусное расстояние объектива в миллиметрах.

• Масштаб фотонегатива (или ПЗС)

$u={\frac {3440}{F}}$,

где $u$ — масштаб в угловых минутах на миллиметр ('/мм), а $F$ — фокусное расстояние объектива в миллиметрах. Если известны линейные размеры ПЗС матрицы, её разрешение и размер её пикселов, то тогда отсюда можно вычислить разрешение цифрового снимка в угловых минутах на пиксел.

Радиотелескопы

Основная статья: Радиотелескоп

Радиотелескопы Very Large Array в штате Нью-Мексико, США.

22-метровый телескоп ПРАО РТ-22, работающий в сантиметровом диапазоне

Для исследования космических объектов в радиодиапазоне применяют радиотелескопы. Основными элементами радиотелескопов являются принимающая антенна и радиометр — чувствительный радиоприемник, перестраиваемый по частоте, и принимающая аппаратура. Поскольку радиодиапазон гораздо шире оптического, для регистрации радиоизлучения используют различные конструкции радиотелескопов, в зависимости от диапазона. В длинноволновой области (метровый диапазон; десятки и сотни мегагерц) используют телескопы составленные из большого числа (десятков, сотен или, даже, тысяч) элементарных приемников, обычно диполей. Для более коротких волн (дециметровый и сантиметровый диапазон; десятки гигагерц) используют полу- или полноповоротные параболические антенны. Кроме того, для увеличения разрешающей способности телескопов, их объединяют в интерферометры. При объединении нескольких одиночных телескопов, расположенных в разных частях земного шара, в единую сеть, говорят о радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ). Примером такой сети может служить американская система VLBA (англ. Very Long Baseline Array). С 1997 по 2003 год функционировал японский орбитальный радиотелескоп HALCA (англ. Highly Advanced Laboratory for Communications and Astronomy), включенный в сеть телескопов VLBA, что позволило существенно улучшить разрешающую способность всей сети. Российский орбитальный радиотелескоп Радиоастрон также планируется использовать в качестве одного из элементов гигантского интерферометра.

Космические телескопы

См. также: Астрономический спутник

The Einstein Observatory, рентгеновский телескоп первоначально названный HEAO B (High Energy Astrophysical Observatory B) — Обсерватория Эйнштейна

Космический телескоп Хаббл, вид с космического шаттла Дискавери во время второй миссии по обслуживанию телескопа (STS-82).

Земная атмосфера хорошо пропускает излучение в оптическом (0,3-0,6 мкм), ближнем инфракрасном (0,6 — 2 мкм) и радиодиапазонах (1 мм — 30 м). Уже в ближнем ультрафиолетовом диапазоне с уменьшением длины волны прозрачность атмосферы сильно ухудшается, вследствие чего наблюдения в ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма диапазонах становятся возможными только из космоса. Исключением является регистрация гамма-излучения сверхвысоких энергий, для которого подходят методы астрофизики космических лучей: высокоэнергичные гамма-фотоны в атмосфере порождают вторичные электроны, которые регистрируются наземными установками по черенковскому свечению. Примером такой системы может служить телескоп C.A.C.T.U.S..

В инфракрасном диапазоне также сильно поглощение в атмосфере, однако, в области 2-8 мкм имеется некоторое количество окон прозрачности (как и в миллиметровом диапазоне), в которых можно проводить наблюдения. Кроме того, поскольку большая часть линий поглощения в инфракрасном диапазоне принадлежит молекулам воды, инфракрасные наблюдения можно проводить в сухих районах Земли (разумеется, на тех длинах волн, где образуются окна прозрачности в связи с отсутствием воды). Примером такого размещения телескопа может служить англ. South Pole Telescope, установленный на южном географическом полюсе, работающий в субмиллиметровом диапазоне.

В некоторых случаях удается решить проблему атмосферы подъемом телескопов или детекторов в воздух на самолетах или стратосферных баллонах. Но, наибольшие результаты достигаются с выносом телескопов в космос. Космическая астрономия — единственный способ получить информацию о вселенной в коротковолновом и, по большей части, в инфракрасном диапазоне; способ сильно улучшить разрешающую способность радиоинтерферометров. Оптические наблюдения из космоса не столь привлекательны в свете современного развития адаптивной оптики, позволяющей сильно снизить влияние атмосферы на качество изображения, а также дороговизны вывода на орбиту телескопа с зеркалом, сравнимым по размерам с крупными наземными телескопами.

Крупнейшие оптические телескопы

Телескопы-рефракторы

Обсерватория	Местонахождения	Диаметр, дюйм/см	Год сооружения — демонтажа	Примечания
Йеркская обсерватория	Уильямс Бэй, Висконсин	40/102	1897	Рефрактор Кларка
Обсерватория Лика	гора Гамильтон, Калифорния	36/91	1888
Парижская Обсерватория	Медон, Франция	33/83	1893	Двойной, визуальный объектив 83 см, фотографический — 62 см.
Астрофизическая Обсерватория	Потсдам, Германия	32/81	1899	Двойной, визуальный 50 см, фотографический 80 см.
Обсерватория Ниццы	Франция	30/76	1880
Пулковская обсерватория	Санкт-Петербург	30/76	1885
Аллегенская обсерватория	Питтсбург, Пенсильвания	30/76	1917	Рефрактор Thaw
Гринвичская обсерватория	Гринвич, Великобритания	28/71	1893
Гринвичская обсерватория	Гринвич, Великобритания	28/71	1897	Двойной, визуальный 71 см, фотографический 66
Обсерватория Архенхольда	Берлин, Германия	27/70	1896	Самый длинный современный рефрактор

Солнечные телескопы

Обсерватория	Местонахождения	Диаметр, м	Год сооружения
Китт-Пик	Тусон, Аризона	1,60	1962
Сакраменто-Пик	Санспот, Нью-Мексико	1,50	1969
Крымская астрофизическая обсерватория	Крым, Украина	1,00	1975
Шведский солнечный телескоп	остров Пальма, Канары	1,00	2002
Китт-Пик, 2 штуки в общем корпусе с 1,6 метра	Тусон, Аризона	0,9	1962
Тейде	Тенерифе, Канары	0,9	2001
Китт-Пик	Тусон, Аризона	0,7	1973
Институт физики Солнца, Германия	Тенерифе, Канары	0,7	1988
Митака	Токио, Япония	0,66	1920

Камеры Шмидта

Обсерватория	Местонахождения	Диаметр коррекционной пластины — зеркала, м	Год сооружения
Обсерватория Карла Шварцшильда	Таутенбург, Германия	1,3-2,0	1960
Паломарская обсерватория	гора Паломар, Калифорния	1,2-1,8	1948
Англо-австралийская обсерватория	Сайдинг-Спринг, Австралия	1,2-1,8	1973
Токийская астрономическая обсерватория	Токио, Япония	1,1-1,5	1975
Европейская южная обсерватория	Ла-Силья, Чили	1,1-1,5	1971

Телескопы-рефлекторы

Название	Местонахождения	Диаметр зеркала, м	Год сооружения
Гигантский южно-африканский телескоп, SALT	Сазерлэнд, ЮАР	11	2005
Gran Telescopio Canarias	Ла-Пальма, Канары	10,4	2002
Телескопы Кек	Мауна-Кеа, Гавайи	9,82 × 2	1993, 1996
Телескоп Хобби-Эберли, HET	Джефф-Дэвис, Техас	9,2	1997
Большой бинокулярный телескоп, LBT	, Аризона	8,4 × 2	2004
Very Large Telescope, ESO VLT	Серро Параналь, Чили	8,2 × 4	1998, 2001
Subaru Telescope	Мауна-Кеа, Гавайи	8,2	1999
Gemini North Telescope, GNT	Мауна-Кеа, Гавайи	8,1	2000
Gemini South Telescope, GST	Серро Пашон, Чили	8,1	2001
, MMT	, Аризона	6,5	2000
Magellan Telescope	Лас Кампанас, Чили	6,5 × 2	2002
Большой телескоп азимутальный, БТА	гора Пастухова, Кавказ	6,0	1975
Large Zenith Telescope, LZT	Мейпл Ридж, Канада	6,0	2001
G.E.Hale 200-inch Telescope, MMT	гора Паломар, Калифорния	5,08	1948

Известные производители любительских телескопов

• Celestron
• Orion
• Coronado
• DeepSky
• Meade
• Vixen
• Sky-Watcher
• НПЗ
• Интес-Микро
• Брессер

Литература

• Чикин А. А. «Отражательные телескопы», Петроград, 1915.
• Дагаев М. М., Чаругин В. М. «АСТРОФИЗИКА: книга для чтения по астрономии», издательство «Просвещение», 1988.

См. также

• Список астрономических инструментов
• Список космических аппаратов с рентгеновскими и гамма-детекторами на борту
• Линза Барлоу
• Обсерватория
• Астрономическая обсерватория
• Список кодов обсерваторий
• Телескоп Хаббл
• Гигантский Магелланов телескоп
• PS1 программы Pan-STARRS
• Гелиоскоп

Ссылки

На русском языке

• Большая подборка информации про телескопы на Astrolab.ru
• «АиТ» — Астрономия и телескопостроение
• - Описание фокусера телескопа на сайте Астротуриста
• Калькулятор характеристик оптического телескопа

На других языках

• weird Telescopes