Наземні оптичні телескопи - матеріал до уроку "Методи та засоби астрономічних досліджень"

Цю сторінку створено користувачем «Всеосвіти», якщо її вміст порушує ваші авторські права, надішліть скаргу у службу підтримки, ми оперативно відреагуємо.

This page was created by the website user. If its content violates your copyright, you can submit a takedown request to our support team, and we will respond promptly.

Поскаржитися / Report
Опис документу:
Справжня революція в телескопобудуванні відбулася у 70-роках XX ст. При побудові сучаснихаких телескопів використовуються найновіші досягнення техніки, і працюють вони, керовані на відстані зі спеціальних приміщень, без присутності людей поблизу телескопа.

Відображення документу є орієнтовним і призначене для ознайомлення із змістом, та може відрізнятися від вигляду завантаженого документу. Щоб завантажити документ, прогорніть сторінку до кінця

Перегляд
матеріалу
Отримати код

Наземні оптичні телескопи

Весною 1609 р. професор математики університету італійського міста Падуї Галілео Галілей дізнався, що один голландець винайшов незвичайну трубу. Віддалені предмети, якщо їх розглядати через неї, здавалися більш близькими. Взявши кусок свинцевої труби, професор вставив в неї з двох кінців дві окулярні лінзи: одну – двоякоопуклу (збирна лінза), а другу – двоякоувігнуту (розсіювальна лінза). Професор вирішив показати свій інструмент друзям в Венеції. «Багато знатних людей та сенатори піднімалися на найвищі дзвіниці церков Венеції, щоб побачити паруси кораблів, які знаходились так далеко, що їм необхідно було дві години повного ходу, щоб їх побачити без моєї зорової труби» - писав він.

Переконавшись в поганій якості окулярних лінз, Галілей почав сам шліфувати лінзи. Деякі з них збереглися до наших днів; їх дослідження показали, що вони досконалі з точки зору сучасної оптики. Правда, Галілей змушений був серед них вибирати: відомо, що обробивши 300 лінз, він відібрав для зорової труби тільки декілька з них. Зорова труба, побудована Галілеєм, мала скромні розміри (довжина труби 1245 мм, діаметр об’єктива 53 мм), недосконалу оптичну систему і 30-кратке збільшення.

Назвавши свою зорову трубу телескопом та направивши його на небо Галілей застиг вражений: таку надзвичайну картину він побачив.

Людина неозброєним оком бачить на небі не більше трьох тисяч зір. Галілей же побачив в свій телескоп багато тисяч таких зір, яких до нього не бачив ніхто: телескоп підсилив яскравість слабких зір і зробив їх видимими.

До Галілея астрономи вважали, Місяць має форму диска. А в телескоп було видно, що Місяць – куля, одна половина якої в тіні. Люди давно вже відмітили на Місяці якісь плями. Але що це за плями, ніхто не міг сказати. Одним здавалося, що на Місяці намальована людська особа, іншим увижався заєць або ще яка-небудь тварина. Галілей же розрізнив через телескоп на Місяці гори, рівнини, великі поглиблення, немовби моря. По величині тіней від місячних гір він зумів навіть обчислити їх висоту.

Планета Юпітер здається неозброєному оку світною точкою. А якщо дивитися в телескоп, то видно, що насправді Юпітер - блискуча кулька. Виявилось, що не тільки Земля має супутник. Недалеко від Юпітера Галілей відмітив ще чотири маленькі світлі кульки. Це були супутники Юпітера.

Направивши телескоп на Чумацький Шлях, Галілей ясно побачив, що це скупчення незліченної кількості зір. Тепер уже ніяк не можна було говорити, що Чумацький Шлях - це скупчення земних випаровувань, засвічених в небесах.

Це був цілий переворот в науці про Всесвіт.

Телескопи, по своїй будові схожі з телескопом Галілея, які збирають світло лінзою, називаються рефракторами.

У телескопів Галілея був істотний недолік. Показник заломлення скла залежить від довжини хвилі: червоні промені відхиляються ним менше, ніж зелені, а зелені - менше, ніж фіолетові. В результаті яскраві зорі виглядають як синьо-зелені точки, оточені червоною і синьою облямівкою. Це явище називається хроматичною аберацією; зрозуміло, воно сильно заважає спостереженню зір, Місяця і планет.

Погана якість зображення в перших телескопах змусила оптиків шукати шляхи розв’язання цієї проблеми. Теорія і досвід показали, що вплив хроматичної аберації можна зменшити, якщо використовувати як об'єктив лінзу з дуже великою фокусною відстанню.

Перший крок в справі удосконалення зорових труб зробив польський астроном Ян Гевелій. У 1641 р. він побудував обсерваторію, на якій працював разом з дружиною Єлизаветою і помічниками. Гевелій почав з об'єктивів з 20-метровим фокусом, а найдовший його телескоп мав фокусну відстань близько 50 м. Об'єктив з'єднувався з окуляром чотирма дерев'яними планками, в які було вставлено безліч діафрагм, що робили конструкцію більш стійкою і захищали окуляр від стороннього світла. Все це підвішувалося за допомогою системи канатів на високому стовпі; наводився телескоп на потрібну точку неба за допомогою кількох чоловік, мабуть відставних матросів, знайомих з обслуговуванням рухомих суднових снастей.

Нідерландські астрономи брати Християн і Костянтин Гюйгенси будували телескопи по-своєму. Об'єктив, укріплений на кульовому шарнірі, поміщався на стовпі і міг за допомогою особливого пристосування встановлюватися на потрібній висоті. Оптична вісь об'єктиву спрямовувалась на досліджуване світило спостерігачем, що повертав його за допомогою каната. Окуляр вмонтовувався на тринозі на відстані 64 метри від об’єктива. Телескоп такої конструкції дістав назву повітряний.

25 березня 1655 р. Християн Гюйгенс відкрив Титан - найяскравіший супутник Сатурна, а також розгледів на диску планети тінь кілець і розпочав вивчення самих кілець, хоча у той час вони спостерігалися з ребра.

Гюйгенс полірував об'єктиви сам, а його "повітряна труба" виявилася кроком вперед в порівнянні з "довгими трубами" Гевелія. Придуманий ним окуляр просто виготовити, і він використовується до тепер.

Науковий метод виготовлення лінзових об’єктивів на початку XIX ст. розробив німецький оптик Й.Фраунгофер. 24-сантиметровий об’єктив для Дерптського рефрактора, виготовлений Фраугофером, довгий час залишався найбільшим у світі. Однак в середині ХІХ ст. астрономи зрозуміли і три головні недоліки телескопів-рефракторів: значний хроматизм, неможливість виготовлення об’єктивів дуже великого діаметру і дуже велика довжина тубуса.

Найбільший рефрактор з діаметром об’єктива 1,02 м був побудований ще в 1897 р., а в ХХ ст. розвиток рефракторів і їх будівництво зупинилось.

В 1663 році шотландський астроном та математик Дж. Грегорі вперше пропонує використовувати в телескопі замість лінзи дзеркало.

Телескопи, у яких роль об'єктиву виконує дзеркало, називаються рефлекторами. Перший телескоп – рефлектор був побудований в 1668 році Ісаком Ньютоном. Вчений зробив свій перший рефлектор з одним увігнутим дзеркалом. Інше невелике плоске дзеркало направляло побудоване зображення убік, де спостерігач розглядав його в окуляр. Схема, за якою він був побудований отримала назву «схема Ньютона». Довжина телескопа складала близько 15 дюймів. "Порівнюючи його з трубою Галілея завдовжки в 120 см, - писав Ньютон, - за допомогою мого телескопа я міг читати на більшій відстані, хоча зображення в ньому було менш яскравим".

Ньютон не тільки відполірував дзеркало першого рефлектора, але і розробив рецепт так званої дзеркальної бронзи, з якої він відлив заготовку дзеркала. У звичайну бронзу (сплав міді і олова) він додавав миш'як: це покращувало відбивання світла; до того ж поверхня легше і краще полірувалася.

У 1672 р. француз, викладач провінційного ліцею (за іншими даними, архітектор) Кассегрен запропонував конфігурацію двохдзеркальної системи, перше дзеркало в якій було параболічним, друге ж мало форму опуклого гіперболоїда обертання і розташовувалось перед фокусом першого. Ця конфігурація дуже зручна і зараз широко застосовується, тільки головне дзеркало стало гіперболічним. Але у той час виготовити кассегреновській телескоп так і не змогли через труднощі, пов'язані з досягненням потрібної форми дзеркала.

Появі нових рефлекторів сприяв розвиток техніки. В середині XIX ст. німецький хімік Юстус Лібіх запропонував простий метод сріблення скляних поверхонь, що давало змогу виготовляти дзеркала зі скла. Вони краще поліруються ніж метал, і значно легші від нього. В 50 рр. XIX ст. французький фізик Ж. Фуко розробив науково обґрунтований метод контролю якості ввігнутих дзеркал.

В 1879 р. в Англії оптик Коммон, використовуючи наукові методи контролю, виготовив ввігнуте дзеркало діаметром 91 см. В 1894 р. телескоп з цим дзеркалом придбала Лікська обсерваторія. З його допомогою виявлено велику кількість невідомих раніше позагалактичних туманностей. Наступні телескопи з діаметром дзеркала 1,5 та 2,5 м були побудовані в обсерваторії Маунт-Вільсон. З їх допомогою в 20 рр. XX ст. відкритого десяток змінних зір (цефеїди) в різних галактиках, визначено їх періоди, а за ними відстані до інших галактик.

З 1948 по 1975 р. найбільшим в світі був 5-метровий рефлектор Паламарської обсерваторії (США). В 1975 р. на Північному Кавказі було введено в дію 6-метровий телескоп системи Кассегрена.

Справжня революція в телескопобудуванні відбулася у 70-роках XX ст. На зміну системі Кассегрена прийшла телескопічна система Річі-Кретьєна, у якій головне дзеркало за формою дещо відрізняється від параболоїда, а допоміжне – від гіперболоїда. Тому і довжина труби, і діаметри павільйонів у два – чотири рази менші, ніж у попередніх телескопів. На сьогоднішній день введено в дію близько десяти телескопів системи Річі-Кретьєна з діаметром дзеркал 3,6-4,2 м. З 1996 р. працює багато дзеркальний телескоп «Кек-І» з сумарним діаметром дзеркала 10 м, а з 1998 р. – такий же «Кек-ІІ». В 1999 р. введено в дію японський «Субару» з діаметром дзеркала 8,3 м та «Джеміні» з діаметром 8,1 м. З 1998 р. почергово вводяться в дію одне з чотирьох (діаметром 8,2 м) дзеркал «Дуже великого телескопа», які можуть працювати як окремо, так і спільно. Якщо працює всі чотири телескопи, то їхня збірна здатність рівна збірній здатності 16-метрового телескопа.

При побудові таких телескопів використовуються найновіші досягнення техніки, і працюють вони, керовані на відстані зі спеціальних приміщень, без присутності людей поблизу телескопа.

Зверніть увагу, свідоцтва знаходяться в Вашому особистому кабінеті в розділі «Досягнення»

Всеосвіта є суб’єктом підвищення кваліфікації.

Сертифікат від «Всеосвіти» відповідає п. 13 постанови КМУ від 21 серпня 2019 року № 800 (із змінами і доповненнями, внесеними постановою КМУ від 27 грудня 2019 року № 1133)

Обрати Курс або Вебінар.

Співпраця із закладами освіти.

Дізнатись більше про сертифікати.