Как устроен телескоп

Как устроен телескоп? У любого телескопа имеются две наиболее важные задачи: он должен увеличивать находящиеся на большом расстоянии от него объекты и собирать солнечные лучи. Причем мало кто знает, что второе куда более важно, чем первое. Даже детская модель телескопа при должном оборудовании может выдать очень неплохой результат, однако различить полученное изображение при этом будет крайне сложно. Так в чем же тут заключается основная сложность?

Две основные системы телескопов: линзовые (рефракторы) и зеркальные (рефлекторы)

Как устроен телескоп рефрактор

Простейший телескоп-рефрактор состоит из объектива, представляющего собой двояковыпуклую линзу, и двояковыпуклого окуляра. Объектив собирает лучи, идущие от источника света, в точку, которая носит название фокус. В фокусе создается действительное изображение рассматриваемого объекта. Это изображение увеличивается с помощью окуляра.

Как устроен телескоп
Ход лучей в телескопе-рефракторе

Телескоп позволяет решать две задачи. Первая заключается в том, чтобы с помощью объектива собрать свет далеких небесных тел. Чем больше площадь объектива, тем большее количество света он собирает.

Вторая задача — получить увеличенное изображение изучаемого объекта. Что это значит? В фокусе телескопа создается изображение светила, которое, разумеется, во много раз меньше самого светила. Но так как это изображение находится близко от наблюдателя, его можно рассматривать в окуляр под значительно большим углом, чем само светило невооруженным глазом.

Таким образом, увеличение телескопа — это отношение угла, под которым видно изображение объекта в окуляр, к углу, под которым этот объект можно было бы наблюдать невооруженным глазом. Чтобы вычислить увеличение, надо знать фокусные расстояния объектива и окуляра. Увеличение равно отношению фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра.

Используя различные окуляры, можно получать разные увеличения. При этом с ростом увеличения будет уменьшаться поле зрения телескопа. При 300-кратном увеличении на Луне можно различить значительно больше деталей, чем при 30-кратном. Однако в первом случае в поле зрения телескопа поместится гораздо меньший участок лунной поверхности.

Если наблюдаемый объект обладает заметными угловыми размерами (Солнце, Луна, планеты, кометы, туманности, галактики), то телескоп построит его протяженное изображение, позволяющее обнаружить такие детали, которые недоступны невооруженному глазу.

При наблюдениях звезд дело обстоит иначе. Даже ближайшие звезды столь далеки от нас, что при наблюдении в самые крупные телескопы, как уже было упомянуто выше, остаются точками. Таким образом, телескопы не увеличивают видимые размеры звезд, зато они во много раз повышают их видимый блеск.

В то же время, поскольку собственные размеры звезд весьма малы по сравнению с межзвездными расстояниями, телескоп увеличивает видимые расстояния между звездами, как бы отодвигая их друг от друга. Благодаря этому в ряде случаев с помощью телескопа удается раздельно наблюдать такие звезды, которые невооруженному глазу кажутся одиночными.

Линзовые объективы, применяемые в современных телескопах-рефракторах, представляют собой весьма сложные оптические системы. Дело в том, что простая двояковыпуклая линза обладает серьезными недостатками. Во-первых, световые лучи от небесного светила, которые проходят через нее, собираются не совсем в одной точке. Это так называемая сферическая аберрация. Из-за сферической аберрации нельзя получить протяженное изображение наблюдаемого объекта, одинаково резкое как в центре, так и на краях поля зрения. Если с помощью наводки добиться резкой видимости в центре, станут размытыми края; наоборот, если сделать резкими края — изображение в центре станет нечетким.

Второй недостаток — хроматическая аберрация. Она возникает вследствие того, что свет, излучаемый космическими источниками, состоит из различных цветных лучей, которые, проходя через объектив, преломляются неодинаково и собираются в разных точках оптической оси телескопа. Иными словами, у лучей каждого цвета образуется свой собственный фокус. В результате изображение наблюдаемого точечного объекта, например звезды, сильно искажается. Для борьбы с аберрациями линзовые объективы приходится делать составными, их изготовление требует колоссальной точности и связано с огромными трудностями.

Поэтому не случайно в современной астрономии наибольшее распространение получили телескопы, в которых роль объектива выполняет вогнутое зеркало. Первый такой телескоп был сконструирован и построен Исааком Ньютоном в 1668 году.

Как устроен телескоп рефлектор

У телескопа-рефлектора фокус находится на пути падающих лучей, то есть между объективом и наблюдаемым объектом. И для того чтобы рассматривать изображение, создаваемое объективом, приходится между основным зеркалом и его фокусом помещать дополнительное зеркало, которое отклоняет отраженные объективом лучи и выводит полученное изображение либо в сторону, либо через отверстие в центре главного зеркала. В некоторых очень больших телескопах, например в шестиметровом, кабина наблюдателя располагается непосредственно внутри трубы.

Как устроен телескоп
Ход лучей в телескопе-рефлекторе (одна из возможных систем)

Телескопы-рефлекторы свободны от хроматической аберрации, так как при отражении от поверхности зеркала не происходит разложения света. Чтобы ликвидировать сферическую аберрацию, зеркалу-объективу придают так называемую параболическую форму. Параболическая поверхность обладает замечательным свойством — она сводит все лучи, падающие на нее параллельно оптической оси, в одну точку.

Расстояние от центра объектива до главного фокуса — точки пересечения параллельного пучка лучей, прошедших через линзовый объектив или отраженных зеркалом, называется главным фокусным расстоянием телескопа. А отношение диаметра объектива к его главному фокусному расстоянию — относительным отверстием объектива. У фотографических камер относительное отверстие обычно называют светосилой. Объективы со светосилой от 1:2 до 1:6 считаются светосильными, с их помощью можно фотографировать слабосветящиеся протяженные космические объекты — кометы, туманности, звездные поля. Светосила обычного среднего телескопа-рефрактора составляет около 1:15.

Возможности телескопа находятся в прямой зависимости от диаметра его объектива. Чем больше площадь объектива, тем более слабые звезды можно наблюдать с помощью данного телескопа. Так, телескоп с объективом, имеющим диаметр 80 мм, позволяет видеть звезды вплоть до 11-й звездной величины, а телескоп с диаметром объектива 760 мм — до 16,2 звездной величины.