Teleskop załamujący - Refracting telescope
Teleskop załamujących (zwany również refraktor ) jest typu lunety optycznej , który wykorzystuje soczewkę jako jego celem do utworzenia obrazu (również określane w dioptriach teleskopu ). Konstrukcja teleskopu refrakcyjnego była pierwotnie używana w okularach szpiegowskich i teleskopach astronomicznych, ale jest również używana w obiektywach aparatów o długiej ogniskowej . Chociaż duże teleskopy refrakcyjne były bardzo popularne w drugiej połowie XIX wieku, w większości celów badawczych teleskop refrakcyjny został wyparty przez teleskop zwierciadlany , który pozwala na większe apertury . Refraktor w powiększeniu oblicza się przez podzielenie długości ogniskowej soczewki obiektywu przez pracę okularu .
Teleskopy załamujące zwykle mają soczewkę z przodu, następnie długą tubę , a następnie okular lub oprzyrządowanie z tyłu, gdzie skupia się widok teleskopu. Pierwotnie teleskopy miały obiektyw jednoelementowy, ale sto lat później powstały obiektywy dwu, a nawet trzyelementowe.
Teleskop załamujący to technologia, która jest często stosowana w innych urządzeniach optycznych, takich jak lornetki i obiektywy zmiennoogniskowe / teleobiektyw / obiektyw o dużej ogniskowej .
Wynalazek
Refraktory były najwcześniejszym typem teleskopu optycznego . Pierwsza wzmianka o teleskopie refrakcyjnym pojawiła się w Holandii około 1608 roku, kiedy twórca okularów z Middelburga o nazwisku Hans Lippershey bezskutecznie próbował go opatentować. Wiadomość o patencie rozeszła się szybko i Galileo Galilei , który akurat przebywał w Wenecji w maju 1609, usłyszał o wynalazku, skonstruował własną wersję i zastosował ją do dokonywania odkryć astronomicznych.
Projekty teleskopów załamujących
Wszystkie teleskopy refrakcyjne działają na tych samych zasadach. Połączenie z obiektywnej obiektywu 1 i pewnego rodzaju okularu 2 służy do zebrania większej ilości światła niż ludzkie oko jest w stanie zbierać na własną rękę, skupić się na 5 i zaprezentować widzowi z jaśniejsze , bardziej przejrzyste , a powiększony obraz wirtualny 6 .
Obiektyw w teleskopie refrakcyjnym załamuje lub ugina światło . To załamanie powoduje, że równoległe promienie światła zbiegają się w ognisku ; natomiast te, które nie są równoległe, zbiegają się na płaszczyźnie ogniskowej . Teleskop przekształca wiązkę równoległych promieni, tworząc kąt α, z osią optyczną, w drugą wiązkę równoległą o kącie β. Stosunek β/α nazywany jest powiększeniem kątowym. Jest to stosunek wielkości obrazów siatkówki uzyskanych z teleskopem i bez niego.
Teleskopy załamujące mogą występować w wielu różnych konfiguracjach, aby korygować orientację obrazu i rodzaje aberracji. Ponieważ obraz powstał w wyniku załamania światła lub załamania, teleskopy te nazywane są teleskopami refrakcyjnymi lub refraktorami .
Teleskop Galileusza
W projekcie Galileo Galilei wykorzystano ok. 3 tys. 1609 jest powszechnie nazywany teleskopem Galileusza . Wykorzystano zbieżną (plano-wypukłą) soczewkę obiektywową i rozbieżną (plano-wklęsłą) soczewkę okularową (Galileo, 1610). Teleskop Galileusza, ponieważ konstrukcja nie ma pośredniego ogniskowania, daje obraz nieodwrócony, a za pomocą niektórych urządzeń pionowy obraz.
Najpotężniejszy teleskop Galileusza, o całkowitej długości 980 milimetrów (3 stopy 3 cale), powiększył obiekty około 30 razy. Z powodu wad konstrukcyjnych, takich jak kształt obiektywu i wąskie pole widzenia, obrazy były nieostre i zniekształcone. Pomimo tych wad teleskop wciąż był wystarczająco dobry, aby Galileusz mógł badać niebo. Używał go do oglądania kraterów na Księżycu , czterech największych księżyców Jowisza i faz Wenus .
Równoległe promienie światła od odległego obiektu ( y ) byłyby skupiane w płaszczyźnie ogniskowej soczewki obiektywu ( F′ L1 / y′ ). Soczewka (rozbieżna) okularu ( L2 ) przechwytuje te promienie i ponownie czyni je równoległymi. Nierównoległe promienie światła od obiektu biegnące pod kątem α1 do osi optycznej wędrują pod większym kątem ( α2 > α1 ) po przejściu przez okular. Prowadzi to do zwiększenia pozornej wielkości kątowej i odpowiada za postrzegane powiększenie.
Ostateczny obraz ( y″ ) jest obrazem wirtualnym, znajdującym się w nieskończoności i jest taki sam jak obiekt.
Teleskop Keplera
Keplerian teleskop , wynalezione przez Johannesa Keplera w 1611 roku, jest poprawa na projekt Galileo. Jako okular wykorzystuje soczewkę wypukłą zamiast wklęsłej Galileo. Zaletą takiego układu jest to, że promienie światła wychodzące z okularu zbiegają się. Pozwala to na znacznie szersze pole widzenia i większy odstęp źrenicy , ale obraz dla widza jest odwrócony. Dzięki tej konstrukcji można uzyskać znacznie większe powiększenia, ale aby przezwyciężyć aberracje prosty obiektyw musi mieć bardzo wysoki współczynnik f ( Jan Hevelius zbudował taki z ogniskową 46 m (150 stóp) i jeszcze dłuższą bezdętkową anteną teleskopy " zostały skonstruowane). Konstrukcja pozwala również na zastosowanie mikrometru w płaszczyźnie ogniskowej (do określenia wielkości kątowej i/lub odległości między obserwowanymi obiektami).
Huygens zbudował teleskop powietrzny dla Royal Society of London z jednoelementowym obiektywem 19 cm (7,5 cala).
Refraktory achromatyczne
Kolejnym ważnym krokiem w ewolucji teleskopów refrakcyjnych było wynalezienie soczewki achromatycznej , soczewki z wieloma elementami, która pomogła rozwiązać problemy z aberracją chromatyczną i umożliwiła skrócenie ogniskowych. Został wynaleziony w 1733 roku przez angielskiego adwokata Chestera Moore'a Halla , chociaż został niezależnie wynaleziony i opatentowany przez Johna Dollonda około 1758 roku. Projekt przezwyciężył potrzebę bardzo długich ogniskowych w teleskopach refrakcyjnych dzięki zastosowaniu obiektywu wykonanego z dwóch kawałków szkła o różnej dyspersji , „ korona ” i „ szkło krzemienne ”, aby zredukować aberrację chromatyczną i sferyczną . Każda strona każdego kawałka jest szlifowana i polerowana , a następnie dwie części są składane razem. Soczewki achromatyczne są korygowane, aby ustawić ostrość na dwóch długościach fal (zwykle czerwonej i niebieskiej) w tej samej płaszczyźnie.
Chester More Hall jest znany jako producent pierwszej podwójnej soczewki z korekcją kolorów w 1730 roku.
Achromaty Dollond były dość popularne w XVIII wieku. Główną atrakcją było to, że można je skrócić. Jednak problemy z wytwarzaniem szkła powodowały, że szklane obiektywy nie miały średnicy większej niż około cztery cale.
Pod koniec XIX wieku wytwórca szkła Guinand opracował sposób na wytwarzanie wyższej jakości półfabrykatów szklanych o wielkości przekraczającej cztery cale. Przekazał tę technologię również swojemu uczniowi Fraunhoferowi, który dalej rozwijał tę technologię, a także opracował konstrukcję podwójnego obiektywu Fraunhofera. Przełom w technikach wytwarzania szkła doprowadził do powstania wielkich refraktorów z XIX wieku, które w ciągu dekady stawały się coraz większe, ostatecznie osiągając ponad 1 metr pod koniec tego stulecia, zanim zostały zastąpione przez teleskopy zwierciadlane ze srebrzonego szkła w astronomii.
Znani producenci obiektywów z XIX wieku to:
- Alvan Clark
- Brashear
- Szansa Bracia
- Cauchoix
- Fraunhofer
- Gautier
- Grubb
- Henryk Bracia
- Lerebours
- Tulley
Niektóre słynne refraktory dubletowe z XIX wieku to teleskop Jamesa Licka (91 cm/36 cali ) i 28-calowy refraktor Greenwich (71 cm). Przykładem starszego refraktora jest teleskop Shuckburgh (datowany na koniec XVIII wieku). Słynnym refraktorem był „Trophy Telescope”, zaprezentowany na Wielkiej Wystawie w Londynie w 1851 roku . Era „ wielkich refraktorów ” w XIX wieku przyniosła duże soczewki achromatyczne, której kulminacją był największy refraktor achromatyczny, jaki kiedykolwiek zbudowano, Teleskop Wielkiej Wystawy Paryskiej z 1900 roku .
W Królewskim Obserwatorium w Greenwich instrument z 1838 roku nazwany teleskopem Sheepshanks zawiera obiektyw Cauchoix. Sheepshanks miał szerokokątny obiektyw o szerokości 6,7 cala (17 cm) i był największym teleskopem w Greenwich przez około dwadzieścia lat.
Raport z Obserwatorium z 1840 r. odnotował nowy wówczas teleskop Sheepshanks z dubletem Cauchoix:
Moc i ogólna dobroć tego teleskopu sprawiają, że jest on najbardziej pożądanym dodatkiem do instrumentów obserwatorium
W latach 1900 znanym producentem optyki był Zeiss. Przykładem największych osiągnięć refraktorów, od czasu jego otwarcia w 1935 r. przez 12-calowy refraktor Zeissa w Griffith Observatory mogło oglądać ponad 7 milionów ludzi ; to najwięcej ludzi, którzy widzieli przez jakikolwiek teleskop.
Achromaty były popularne w astronomii do tworzenia katalogów gwiazd i wymagały mniej konserwacji niż metalowe lustra. Niektóre znane odkrycia wykorzystujące achromaty to planeta Neptun i księżyce Marsa .
Długie achromaty, pomimo mniejszej apertury niż większe reflektory, były często preferowane w „prestiżowych” obserwatoriach. Pod koniec XVIII wieku co kilka lat pojawiał się większy i dłuższy refraktor.
Na przykład Obserwatorium w Nicei zadebiutowało z 77-centymetrowym (30,31 cala) refraktorem, największym w owym czasie, ale został pokonany w ciągu zaledwie kilku lat.
Refraktory apochromatyczne
Refraktory apochromatyczne mają obiektywy zbudowane ze specjalnych materiałów o bardzo niskiej dyspersji. Zostały zaprojektowane tak, aby skupiały się na trzech długościach fal (zwykle czerwonej, zielonej i niebieskiej) w tej samej płaszczyźnie. Błąd resztkowy koloru (widmo trzeciorzędowe) może być o rząd wielkości mniejszy niż w przypadku obiektywu achromatycznego. Takie teleskopy zawierają w obiektywie elementy z fluorytu lub specjalnego szkła o bardzo niskiej dyspersji (ED) i dają bardzo wyraźny obraz, praktycznie wolny od aberracji chromatycznej. Ze względu na specjalne materiały potrzebne do produkcji refraktory apochromatyczne są zwykle droższe niż teleskopy innych typów o porównywalnej aperturze.
W XVIII wieku Dolond, popularny producent teleskopów dubletowych, również wykonał trójkę, chociaż nie były one tak popularne jak teleskopy dwuelementowe.
Jednym ze słynnych celów trójek jest trójka Cooke'a , znana z tego, że jest w stanie korygować aberracje Seidala. Jest uznawany za jeden z najważniejszych obiektywnych projektów w dziedzinie fotografii. Trójka Cooke'a może skorygować tylko trzy elementy dla jednej długości fali, aberrację sferyczną , komę , astygmatyzm , krzywiznę pola i zniekształcenie .
Względy techniczne
Refraktory cierpią na szczątkową aberrację chromatyczną i sferyczną . Wpływa to bardziej na krótsze ogniskowe niż na dłuższe. Achromatyczny refraktor f /6 o średnicy 100 mm (4 cale) może wykazywać znaczne kolorowe obwódki (zwykle fioletową aureolę wokół jasnych obiektów). 100 mm (4 cale) f /16 ma mało kolorowych obwódek.
W bardzo dużych aperturach pojawia się również problem zwisania obiektywu , co jest wynikiem grawitacyjnego odkształcania szkła . Ponieważ soczewkę można utrzymać na miejscu tylko za jej krawędź, środek dużej soczewki ugina się pod wpływem grawitacji, zniekształcając wytwarzane obrazy. Największy praktyczny rozmiar obiektywu w teleskopie refrakcyjnym wynosi około 1 metra (39 cali).
Dodatkowym problemem są defekty szkła, rozstępy lub małe pęcherzyki powietrza uwięzione w szkle. Ponadto szkło jest nieprzezroczyste dla pewnych długości fal , a nawet światło widzialne jest przyciemniane przez odbicie i absorpcję, gdy przechodzi przez granice powietrze-szkło i przechodzi przez samo szkło. Większości z tych problemów można uniknąć lub zmniejszyć w teleskopach zwierciadlanych , które mogą być wykonane w znacznie większych aperturach i które prawie zastąpiły refraktory w badaniach astronomicznych.
ISS-WAC na Voyager 1 / 2 użyto 6 cm (2,36 "), soczewkę, uruchomiony w przestrzeni, w latach 1970, przykład zastosowania refraktorami w przestrzeni.
Aplikacje i osiągnięcia
Teleskopy refrakcyjne były znane z zastosowania w astronomii, a także do obserwacji naziemnych. Wiele wczesnych odkryć Układu Słonecznego zostało dokonanych za pomocą refraktorów singletowych.
Zastosowanie refrakcyjnej optyki teleskopowej jest wszechobecne w fotografii i jest również stosowane na orbicie okołoziemskiej.
Jednym z bardziej znanych zastosowań teleskopu refrakcyjnego było odkrycie przez Galileusza w 1609 roku czterech największych księżyców Jowisza. Co więcej, kilkadziesiąt lat później wczesne refraktory zostały wykorzystane do odkrycia Tytana, największego księżyca Saturna, wraz z trzema innymi. księżyców Saturna.
W XIX wieku teleskopy refrakcyjne były wykorzystywane do pionierskich prac w astrofotografii i spektroskopii, a powiązany z nimi instrument, heliometr, został po raz pierwszy użyty do obliczenia odległości do innej gwiazdy. Ich skromne apertury nie doprowadziły do tylu odkryć, a apertury były zazwyczaj tak małe, że wielu obiektów astronomicznych po prostu nie dało się zaobserwować aż do pojawienia się fotografii o długich ekspozycjach, kiedy to reputacja i dziwactwa teleskopów zwierciadlanych zaczynały przewyższać reputację teleskopów zwierciadlanych. refraktory. Mimo to niektóre odkrycia obejmują Księżyce Marsa, piąty Księżyc Jowisza i wiele odkryć gwiazd podwójnych, w tym Syriusza (gwiazdę psa). Refaktory były często używane w astronomii pozycyjnej, poza innymi zastosowaniami w fotografii i obserwacji naziemnej.
Podkoszulki
Księżyce Galileusza i wiele innych księżyców Układu Słonecznego odkryto za pomocą jednoelementowych obiektywów i teleskopów lotniczych.
Galileo Galilei odkrył galileuszowe satelity Jowisza w 1610 za pomocą teleskopu refrakcyjnego.
Księżyc planety Saturna, Tytan , został odkryty 25 marca 1655 roku przez holenderskiego astronoma Christiaana Huygensa .
Dublety W 1861 roku najjaśniejsza gwiazda na nocnym niebie, Syriusz, okazała się mieć mniejszego gwiezdnego towarzysza przy użyciu 18 i pół calowego teleskopu refrakcyjnego Dearborna.
W XVIII wieku refraktory zaczęły mieć dużą konkurencję ze strony reflektorów, które mogły być dość duże i normalnie nie miały tego samego nieodłącznego problemu z aberracją chromatyczną. Niemniej jednak społeczność astronomiczna nadal używała dubletowych refraktorów o skromnej aperturze w porównaniu z nowoczesnymi instrumentami. Odnotowane odkrycia obejmują Księżyce Marsa i piąty księżyc Jowisza, Amalteę .
Asafa Hall odkrył Deimos na 12 sierpnia 1877 roku na około 07:48 UTC i Phobos w dniu 18 sierpnia 1877 roku, w US Naval Observatory w Waszyngtonie , około 09:14 GMT (współczesnych źródeł, korzystając z pre-1925 astronomiczną konwencję , która rozpoczęła w południe należy podać czas odkrycia odpowiednio 11 sierpnia 14:40 i 17 sierpnia 16:06 czas Waszyngtonu ).
Teleskopem użytym do odkrycia był 26-calowy (66 cm) refraktor (teleskop z soczewką), znajdujący się wówczas w Foggy Bottom . W 1893 obiektyw został ponownie zamontowany i umieszczony w nowej kopule, gdzie pozostaje w XXI wieku.
Księżyc Jowisza Amalthea został odkryty 9 września 1892 roku przez Edwarda Emersona Barnarda za pomocą 36-calowego (91 cm) teleskopu refrakcyjnego w Obserwatorium Licka . Została odkryta przez bezpośrednią obserwację wzrokową za pomocą refraktora z podwójną soczewką.
W 1904 roku jedno z odkryć dokonanych przy użyciu Wielkiego Refraktora Poczdamskiego (podwójnego teleskopu z dwoma dubletami) dotyczyło ośrodka międzygwiazdowego . Astronom profesor Hartmann ustalił na podstawie obserwacji podwójnej gwiazdy Mintaka w Orionie, że w przestrzeni pośredniej znajdował się pierwiastek wapnia .
- Trojaczki
Planetę Pluton odkryto patrząc na fotografie (tj. "płytki" w języku astronomicznym) w komparatorze mrugnięcia zrobionym teleskopem refrakcyjnym, astrografem z trzyelementowym 13-calowym obiektywem.
Lista największych teleskopów refrakcyjnych
Przykłady niektórych z największych achromatycznych teleskopów refrakcyjnych o średnicy ponad 60 cm (24 cale).
- Teleskop Wielkiej Wystawy Paryskiej z 1900 r. (1,25 m lub 49 cali) – zdemontowany po wystawie
- Obserwatorium Yerkesa (101,6 cm lub 40 cali)
- Szwedzki 1-metrowy teleskop słoneczny (98 cm lub 39 cali)
- Obserwatorium Liźa (91 cm lub 36 cali)
- Obserwatorium Paryskie Meudon Wielki Refraktor (83 cm (33 cale), + 62 cm (24 cale))
- Poczdamski Wielki Refraktor (80 cm (31 cali), + 50 cm (20 cali))
- Ładne obserwatorium (77 cm lub 30 cali)
- Teleskop dialitowy Johna Walla (76,20 cm lub 30 cali ) — największy refraktor zbudowany przez człowieka w Hanwell Community Observatory
- 28-calowy refraktor Grubba w Royal Greenwich Observatory , obiektyw z przysłoną (71 cm lub 28 cali)
- Wielki Refraktor w Obserwatorium Wiedeńskim (69 cm lub 27 cali)
- Obserwatorium Archenhold – najdłuższy teleskop refrakcyjny, jaki kiedykolwiek zbudowano (ogniskowa 68 cm lub 27 cali × 21 m lub 69 stóp)
- Refraktor Obserwatorium Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych (66 cm lub 26 cali)
- Refraktor Newalla w Narodowym Obserwatorium Ateńskim (62,5 cm lub 24,6 cala)
- Obserwatorium Lowella (61 cm lub 24 cale)
Zobacz też
- Astrograf
- Unilens Baden-Powella
- Teleskopy katadioptryczne
- Lista największych optycznych teleskopów refrakcyjnych
- Lista największych teleskopów optycznych w historii
- Lista typów teleskopów
- Teleskop zwierciadlany
- Przekątna gwiazdy
- Heliometr