Рефлекторски телескоп

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на: содржини, барај
24 инчен променлив Њутнов/Касегринов рефлекторски телескоп изложен во Френклиновиот институт.

Рефлекторски телескоп (или рефлектор) — оптички телескоп кој користи едно или комбинација од повеќе закривени огледала кои ја одбиваат светлината и создаваат слика. Рефлекторскиот телескоп беше осмислен во во XVII век како замена за рефракторниот телескоп кој, во тој период, бил телескоп кој страдал од силна хроматска аберација. Иако рефллекторските телескопи создават други видови на оптички аберации, но пак затоа овозможува создавање на телескопи со многу големи пречници на објективите. Скоро сите поголеми телескопи што се користат во астрономијата се рефлекторски. Рефлекторските телескопи ги има во многу облици и можат да користат дополнителни оптички елементи за да се подобри квалитетот на сликата при предносна механичка местоположба. Откога рефлекторските телескопи користат огледала, а телескопот понекогаш се нарекува и „катаоптрички“ телескоп.

Историја[уреди | уреди извор]

Crystal Clear app xmag.svg Главна статија: „Историјата на телескопот.
Копија на вториот Њутнов рефлекторскителескоп кој го претставил пред Кралското друштво во 1672 г.

Идејата дека закривените огледала се однесуваат како леќи потекнува дури од времето на Алхазеновата книга за оптиката од XI век, дело кое било преведено на латински и користено во ренесансата.[1] По откривањето на рефракторниот телескоп, Халилео, Џовани Франческо Сагредо, и останатите, потикнати од нивното познавање на начелата на закривените огледала, ја разгледувале идејата за создавање на телескопот со употреба на огледало како објектив за создавање на сликата.[2] Постојат записи дека Болоњезанецот Чезаре Караваџи создал токму таков телескоп оклолу 1626 г. и италијанскиот професор Николо Зучи, во подоцнежната работа, запишал дека вршел опити со конкавни бронзени огледала во 1616 г., но не можел да добие задоволителна слика.[3] Можните предности за користење на параболични огледала, со кои се намалува сферичната аберација без присуство на хроматската аберација, доведува до создавае на многу видови на рефлекторски телескопи[4] од кои најзабележителен е оној на Грегориовите идеи објавени во 1663 г. , за она што денес се нарекува Грегоријанов телескоп,[5][6] но употребливи модели не беа изработени се до 1673 г. од страна на Роберт Хук.

Исак Њутон е оној кој вообичаено е прикажан како создавач на првиот рефлекторски телескоп во 1668 г.[7] Овој телескоп користел сферично струган метал примарното огледало и мало дијагонално огледало во оптичка конфигурација која денес е позната како Њутнов телескоп.

Покрај теориските предности на рефлекторските телескопи, тешкотијата за конструирање и слабата изведба од метални огледала кои се користеле во тој период, што значи дека биле потребни 100 години за истите да станат познати и употребливи. Многу од предностите на рефлекоторските телескопи се совршеноста на изработка на параболичните огледала во XVIII век,[8] посребрените стаклени огледал од XIX век, и долготрајните алуминиумски навлаки во XX век,[9] поделените огледала кои овозможуваат поголеми пречници, и активната оптика за да се надомести гравитационото нарушување на сликата. Во средината на XX век беа создадени катадиоптричките телескопи како што е Шмидовата камера, која ги користи и сферните огледала и леќи како примарни оптички елементи, главно користени за широкопојасни слики без присуство на сферичната аберација.

Во доцниот XX век се развива адаптивната оптика и среќните експозиции со кои се надминуваат проблемите на набљудувањата, и рефлекторските телескопи се користат кај вселенските телескопи и многуте видови на вселенски направи за сликање.

Технички погледи[уреди | уреди извор]

Закривеното примарно огледало е основниот оптички елемент на рефлекторскиот телескоп кое создава слика жаришната рамнина. Растојанието од огледалото до жаришната рамнина се нарекува жаришна должина. Филм или дигитален сетилник можат да бидат поставени во оваа точка за да ја снимат сликата, или пак може да се додаде секундарно огледало за да се преиначат оптичките особености или пак да се пренасочи светлината до филмот, дигитаслните сетилници или пак за директно набљудување преку окуларот.

Примерното огледало во повеќето современи телескопи е составено од цврст стаклен цилиндер чија предна површина е со сферичен или параболичен облик. Тенка обвивка од алуминиум е нанесена со помош на вакуум на огледалото, со што се создава високоодбивна огледална површина.

Некои телескопи користат примарни огледала кои се изработени на поинаков начин. Се врти стопено стакло за да се добие параболична површина, и се одржува во вртење се додека не се олади и зацврсти. (Погледајте вртежна печка.) Добиениот облик на огледалото е приближен параболоид на кој му е потребно стружење и полирање за да се постигне бараниот облик.[10]

Оптички грешки[уреди | уреди извор]

Рефлектирачките телескопи, како и сите останати оптички системи, не создаваат „совршени“ слики. Потребата да се видат телата на огромни далечини па се до бесконечноста, и да се гледаат при различни бранови должини на светлината, со потреба да постои начин да се види сликата од примарното огледало, па затоа мора да се направат компромиси при осмислувањето на рефлекторските телескопи.

Слика од Сириус А и Сириус В направена од страна на вселенскиот телескоп Хабл каде може да се забележат дифракционите шилци и концентричните дифракциони прстени.

Бидејќи примарното огледало ја фокусира светлината во една точка пред сопствената рефлектирачка површина, и скоро сите телескопи поседуваат секундарно огледало, држач за филм, или детектор во близина на жаришната точка со што делумно се попречува светлината да пристигне до примарното огледало. Не само што ова предизвикува намалување на количеството на светлина која е собрана од системот, но се предизвикува и загуба во контрастот на сликата поради ефектите на дифракцијата од препреката и дифракционите шилци предизвикани од повеќето второстепени структури.[11][12]

Со употребата на огледала се избегнува хроматската аберација но се добиваат други видови на аберации. Едноставно сферично огледало не може да ја собере светлината од далечните тела до обично жариште бидејќи рефлексијата на светлинските зраци кои се судираат со огледалото во близина на работ од огледалото не се собираат во како тие во центарот на огледалото, појава која се нарекува сферична аберација. За да се избегне овој проблем повеќето рефлекторски телескопи користат параболични огледала, облик кој може да ја фокусира целата светлина во единствено жариште. Параболичните огледала даваат мошне добри слики на телата во близина на ццентарот на огледалото, (светлината која патува паралелно на оптичката оска на огледалото), но на работ од истото поле на поглед настануваат осни аберации:[13][14]

  • Кома - аберација при која точкастите извори (ѕвезди) во центарот на сликата се фокусирани до точка но истата наликува на замачканици во облик на „комета“ која е најизразена при рабовите на сликата.
  • Закривеност на полето - најдобрите слики се всушност добиени со помош на закривени рамнини, кои не соодејствуваат со обликот на регистрирачот, со што се создава жаришна грешка низ полето. Оца се исправа со користење на леќе кои го израмнуваат полето.
  • Астигматизам - азимутна промена на жариштето околу отворот со што сликите кои не се на соката изгледаат елиптично. Астигматизмот не е само проблем само во тесни полиња на набљудување, но при широки видни полиња астигматизмот крајно се влошува и се менува постепено со полето на аголот.
  • Дисторзија - дисторзијата не го опфаќа квалитетот на сликата (острина) н о влијае на обликот на телата. Понекогаш ова се исправа со обработка на сликите.

Постојат облици на рефлектирачки телескопи кои користат преработени огледални површини (како што е Ричи-Кретиеновиот телескоп) или пак облик на соодветни леќи (како што се катадиоптричките телескопи) кои ги отстрануваат некои од овие аберации.

Употреба при истражувањата[уреди | уреди извор]

Скоро сите големи истражувачки телескопи се рефлектори. Постојат неколку причини за ова:

  • Рефлекторите работат во пошироки спектри на светлина бидејќи одредени бранови должини се впиени кога минуваат низ стаклени елементи како тие кои постојат во самиот рефрактор или во катадиоптрискиот телескоп.
  • Целата зафатнина на материјалот на леќите мора да биде ослободен од недостатоци и нехомогености, додека пак кај огледалата само една површина треба да биде перфектоно исполирана.
  • Светлината при различни бранови должини патува со различна брзина низ сите средини совен при вакуум. Ова предизвикува хроматска аберација. Сведувањето на ова до прифатливо ниво вообичаено влкучува комбинација од две или три леќи со големина на отворот. Трошоците за ваквите системи при поголеми отвори се зголемува значително како што се зголемува отворот. Сликата добиена од огледало не страда од хроматска аберација, а и трошоците за производство на огледалата не се толку значајни со зголемувањето на големината на истите.
  • Постојат структурни проблеми при изработката и користењето на големите леќи. Бидејќи леќата може да се одржува во местоположбата само преку работ, центарот на големите леќи ќе спадне поради тежата, со што ќе се наруши сликата која се добива. Најголемите употребливи леќи при рефракторните телескопи се околу 1 метар.[15] За споредба, огледалото може да биде зацврстено по целата страна од огледалото, со што се овозможуваат облици на рефлектирачки телескопи кои го надминуваат гравитационото натежнување. Најголемите рефлекторски облици имаат пречници и над 10 метри.

Облици на рефлектирачки телескопи[уреди | уреди извор]

Грегоријанов[уреди | уреди извор]

Crystal Clear app xmag.svg Главна статија: „Грегоријанов телескоп.
Светлинската патека кај Грегоријановиот телескоп.

Грегоријановиот телескоп, опишан од шкотскиот астроном и математичар Џејмс Грегори во неговата книга „Напредна оптика“ (Optica Promota, 1663), употребува секундарно вдлабнато огледало кое ја одбива сликата назад низ дупката на примарното огледало. На овој начин се добива исправена слика, која може да се употреби за површински набљудувања. Некои помали телескопи сеуште се изработуваат на овој начин. Постојат неколку поголеми современи телескопи кои користат Грегоријанова конструкција како што се Ватикановиот технолошко напреден телескоп, Магелановите телескопи, [[Голем двоокуларен телескоп|Големиот двоокуларен телескоп], и Џиновскиот Магеланов телескоп.

Њутнов[уреди | уреди извор]

Светлинската патека кај Њутновиот телескоп.
Crystal Clear app xmag.svg Главна статија: „Њутнов телескоп.
Поврзано: Шмид–Њутнов телескоп

Њутновиот телескоп е првиот успешен рефлекторски телескоп, изработен од Исак Њутн во 1668 г. Истиот има примарно параболично огледало но при жаришен однос од f/8 или подолг доволно е и сферично примарно огледало за да се добие висока разделна моќ. Рамно секундарно огледало ја рефлектира светлината до жаришната рамнина на страната од врвот на телескопската цевка. Станува збор за наједноставниот и најевтин облик за определена големина на примарното огледало, и поради ова е популарен кај произведувачите на аматерски телескопи или пак како домашна задача „направи сам“.

Касегриновиот облик и неговите подвидови[уреди | уреди извор]

Light path in a Cassegrain telescope.
Crystal Clear app xmag.svg Главна статија: „Касегринов рефлектор.

Касегриновиот телескоп неговиот облик за првпат е објавен во 1672 г. од страна на Лорен Касегрин. Се состои од параболично примарно огледало, и хиперболично секундарно огледало кое ја рефлектира светлината назад низ постоечката дупка во примарното огледало. Ефектот на превиткување и разидување на светлината од секундарното огледало создава телескоп со долго жаришно растојание додека пак должината на цевката е мошне кратка.

Ричи–Кретиенов[уреди | уреди извор]

Crystal Clear app xmag.svg Главна статија: „Ричи–Кретиенов телескоп.

Ричи-Кретиеновиот телескоп, осмислен од страна на Џорџ Вилис Ричи и Анри Кретиен во почетокот на 1910 г., е специјализиран Касегринов рефлектор кои поседува две хиперболични огледала. Кај истиот не постои кома и сферична аберација во близина на рамната жаришна рамнина доколку примарната и секундарнатакрива се правилно осмислени, со што станува погоден за широкопојасните и фотографски набљудувања.[16] Скоро секој професионален рефлекторски телескоп во светот се според Ричи-Кретиеновиот облик.

Три огледален анастигмат[уреди | уреди извор]

Crystal Clear app xmag.svg Главна статија: „Три огледален анастигмат.

Вклучува и трето закривено огледало кое овозможува исправка на останатата дисторзија, астигматизам, од обликот на Ричи–Кретиен. Со ова се обезбедуваат уште пошироки полиња на гледање.

Дал–Киркхамов[уреди | уреди извор]

Поврзано: Изменет Дал-Киркхамов телескоп

Дал–Киркхамов телескоп|Дал-Киркхамовиот телескоп е осмислен според Касегриновиот облик и беше создаден од страна на Хорас Дал во 1928 г. и го добил името според написот објавен во Scientific American во 1930 г. следејќи по расправата на аматерот астроном Ален Киркхам и Алберт Ингалс уредникот во списанието. Истиот користи елиптично примарно огледало и секундарно испакнато сферично огледало. Додека овој систем е поедноставен за добивање отколку што се Касегриновиот или пак Ричи-Кретиеновиот систем, но не ја отстранува комата присутна надвор од оската на огледалото. Закривеноста на полето е всушност помала од класичниот Касегринов телескоп. Бидејќи ова е помалку забележливо при подолги жаришни односи, ретко се случува Дал-Киркхамовиот телескоп да е побрз од f/15. Такахаши Мевлоновиот телескоп е всушност Дал-Киркхамов инструмент со жаришен однос f/12 и се доста ценети. Потребно е да се употреби коректор за широкопојасните примени.

Настрано-осни облици[уреди | уреди извор]

Постојат неколку облици на телескопи со кои се одбегнуваат пречките на патот на светлината со изместување на секундарните огледала или елементи настрана од оптичката оска на примарните огледала, и овие системи се често наречени настрано-осни оптички системи.

Хершелов телескоп [уреди | уреди извор]

Хершелов телескоп.

Хершеловиотрефлектор е именуван според Вилијам Хершел, кој го употребил овој облик за да создаде мошне големи телескопи вклучувајќи го тука и телекопот со пречник од 126 см од 1789 г. Кај Хершеловиот рефлектор примарното огледало е накосено така што главата на набљудувачот не ја блокира светлината. Иако со ова се создаваат геометриски аберации, Хершел го употребил овој облик за да ги избегене недостатоците на тогашните Њутнови секундарни огледала бидејќи металот кај истите брзо поцрнувал и постигнувал само 60% рефлективност.[17]

Шифшпиглеров телескоп[уреди | уреди извор]

Светлинската патека на Шифшпиглеровиот оптички систем.

Облик на Касегриновиот телескоп, Шифшпиглеровиот телескоп користи закосени огледала за да се избегне создавањето на сенка од секундарното огледало на примарното огледало. Но, со отстранувњето на дифракционите шеми се зголемува влијанието на комата и астигматизмот. Овие дефекти стануваат занемарливи при огромни жаришни односи, повеќето Шифшпиглерови телескопи користат жаришен однос од f/15 или подолг, со што не се добиваат корисни набљудуваља на Месечината и планетите. Познати се голем број на изменети Шифшпиглерови телескопи, со променливи броеви на огледала од најразлични видови. Кутеровата рамнина користи само едно вдлабнато примарно огледало, испакнато секундарно огледало и рамнинско-испакната леќа меѓу секундарното огледало и жаришната рамнина. Еден вид на изменет Шифшпиглеров телескоп користи вдлабнато примарно огледало. испакнато секундарно огледало и трето параболично огледало. Една од интересните особини на некои од Шифшпиглеровите телескопи е дека едно од огледалата може да биде два пати вклучено на патеката на светлината, секоја светлинска патека се рефлектира по должината на различната посрединска линија.

Јоло-телескоп[уреди | уреди извор]

Јоло-телескопот беше осмислен од Артур Леонард во средината на 60-ите години на минатиот век.[18] Исто како и Шифшпиглеровиот телескоп и овој телескоп е без пречки закосен рефлекторски телескоп. Оригиналниот Јоло-телескоп се состои од примарно и секундарно вдлабнато огледало, со одредена закривеност, и истата закосеност на главната оска. Повеќето од овие телескопи користат тороидални рефлектори. Со обликот на јоло-телескопите се отстранува комата, но пак настанува значителен астигматизам, кој е намален со деформирање на секундарното огледало, или пак преку полирање на тороидален облик во секундарното огледало. Како и во случајот со Шифшпиглеровиот телескоп, и кај Јоло-телескопот постојат различни подоблици. Потребата од наразлични големина на тороидалниот облик може целосно или делимично да се направи на примарното огледало. При поголеми жаришни односи на оптичките асамбли, примарното и секундарното огледало можат да бидат сферични и да се постави леќа меѓу секундарното огледало и жаришната рамнина (катадиоптрички-Јоло). Со додавањето на испакнато, долго жаришно трето огледало се добива обликот наречен Солано. Солано-телескопот не содржи тороидни површини.

Телескопи со течни огледала[уреди | уреди извор]

Crystal Clear app xmag.svg Главна статија: „Телескопи со течни огледала.

Неки од осмислените телескопи користат вртежни огледала кои се состојат од течен метал во основа која се врти со постојана брзина. како што основата се врти, течноста создава параболична површина со неограничена големина. на овој начин се добиваат мошне големи телескопски огледала (преку 6 метри), но истите не можат да бидат управувани, бидејќи истите секогаш посочуваат вертикално.

Жаришни рамнини[уреди | уреди извор]

Примарно жариште[уреди | уреди извор]

Осмислен телескоп со примарно жариште. Набљудувачот/камерата е кај жаришната точка (означена со црвено X).

Кај осмисленото примарното жариште не се користи секундарна оптика, сликата се добива во жаришна точка од примарното огледало. Кај жаришната точка постои одреден вид на изведба која ја држи филмската плоча или електронскиот регистрирач во едана местоположба. Во минатото, кај многу големите телескопи, набљудувачот би седел во внатрешноста на телескопот во т.н. „набљудувачки кафез“ со што директно ја набљудувал сликата или пак да управува со камерата.[19] Денес CCD камерите дзволуваат да се вршат набљудувањата од далечина скоро од кое било место на светот. Просторот достапен за примарното жариште е мошне ограничено од потребата да се избегне попречувањето на упадната светлина.[20]

Радио телескопите често имаат облик заснован ан примарното жариште. Огледалото е заменето со метална површина за одбивање на радио брановите, а набљудувачот е всушност антена.

Поврзано: Шмидова камера

Несмитово и кудеово жариште[уреди | уреди извор]

Патеката на светлината кај Несмитово/кудеово жариште.

Несмитово[уреди | уреди извор]

Crystal Clear app xmag.svg Главна статија: „Несмитов телескоп.

Обликот на Несмитовиот телескоп е сличен на Касегриновиот со една разлика што светлината не е насочена низ отвор во примарното огледало, наместо тоа трето огледало ја одбива светлината на страна од телескопот за да се овозможи прикачување на големи инструменти. Ова е мошне чест облик ка големите истражувачки телескопи.[21]

Кудеово[уреди | уреди извор]

Со придодавње на дополнителна оптика на Несмитовиот телескоп за да се доведе светлината до неподвижна жаришна точка се добива т.н. кудеово жариште (потекнува од францускиот збор за лакот).[22] Кудеовото жариште обезбедува потесно поле на гледање за разлика од Несмитовото жариште[22] и се користи со мошне големи тешки инструменти на кои не им е потребно широкопојасно прегледно поле. Едена од примените е кај високоразделните спектографи кои имаат мошне големи колиматорски огледала со мошне долги жаришни растојанија. Ваквите инструменти не можат да бидат придвижени, па се додаваат огледала кој ја пренасочуваат светлината до неподвижната местоположба на инструментото кој е поставен на или под набљудувачкиот кат. Маунт Вилсоновата опсерваторија, Хукеровиот телескоп, Хејловиот телескоп, Шејновиот телескоп и Харлан Џ. Смитовиот телескоп се изградени инструменти кои поседуваат кудеово жариште. Со развојот на скалестите спектрометри се овозможи виско-разложна спектроскопија со покомпактен инструмент, кој може понекогаш да се постави и на Касегриново жариште. Но, бидејќи постојат евтини и подеднакво стабилни сметачко контролирани алт-азимутални телескопи од 1980 г. Несмитовиот облик го заменил кудовото жариште за големите телескопи.

Поврзано[уреди | уреди извор]

Наводи[уреди | уреди извор]

  1. Stargazer - By Fred Watson, Inc NetLibrary, Page 108
  2. Stargazer - By Fred Watson, Inc NetLibrary, Page 109
  3. Stargazer By Fred Watson, Inc NetLibrary Page 109
  4. theoretical designs by Bonaventura Cavalieri, Marin Mersenne, and Gregory among others
  5. Stargazer - By Fred Watson, Inc NetLibrary, Page 117
  6. The History of the Telescope By Henry C. King, Page 71
  7. Isaac Newton: adventurer in thought, by Alfred Rupert Hall, page 67
  8. Parabolic mirrors were used much earlier, but James Short perfected their construction. See „Reflecting Telescopes (Newtonian Type)“. Astronomy Department, University of Michigan. http://www.astro.lsa.umich.edu/undergrad/Labs/optics/Reflectors.html. 
  9. Silvering on a reflecting telescope was introduced by Léon Foucault in 1857, see madehow.com - Inventor Biographies - Jean-Bernard-Léon Foucault Biography (1819-1868), and the adoption of long lasting aluminized coatings on reflector mirrors in 1932. Bakich sample pages Chapter 2, Page 3 "John Donavan Strong, a young physicist at the California Institute of Technology, was one of the first to coat a mirror with aluminum. He did it by thermal vacuum evaporation. The first mirror he aluminized, in 1932, is the earliest known example of a telescope mirror coated by this technique."
  10. Ray Villard, Leonello Calvetti, Lorenzo Cecchi, Large Telescopes: Inside and Out, page 21
  11. Rodger W. Gordon, "Central Obstructions and their effect on image contrast" brayebrookobservatory.org
  12. "Obstruction" in optical instruments
  13. Richard Fitzpatrick, Spherical Mirrors, farside.ph.utexas.edu
  14. Vik Dhillon, reflectors, vikdhillon.staff.shef.ac.uk
  15. "Physics Demystified" By Stan Gibilisco, ISBN 0-07-138201-1, page 515
  16. Sacek, Vladimir (14 јули 2006). „8.2.2 Classical and aplanatic two-mirror systems“. Notes on AMATEUR TELESCOPE OPTICS. http://www.telescope-optics.net/classical_and_aplanatic.htm. конс. 22 јуни 2009 г 
  17. brunelleschi.imss.fi.it - Institute and Museum of the History of Science - Florence, Italy, Telescope, glossary
  18. Arthur S. Leonard THE YOLO REFLECTOR
  19. Patrick McCray, "Giant telescopes", page 27
  20. „Prime Focus“. http://www.ucolick.org/public/telescopes/shane.html#prime. 
  21. Geoff Andersen, “The” Telescope: Its History, Technology, and Future, Princeton University Press, 2007 - page 103
  22. 22,0 22,1 „The Coude Focus“. http://mthamilton.ucolick.org/public/tele_inst/3m/coude.html.