Оптические телескопы служат для того, чтобы собрать как можно больше света от далекого объекта и создать вблизи от наблюдателя его изображение, позволив, таким образом, различить подробности, недоступные невооруженному глазу.
Системы телескопов можно разделить на три группы: линзовые телескопы-рефракторы, зеркальные телескопы-рефлекторы и зеркально-линзовые (катадиоптрические). В рефракторах объективом является система линз, в рефлекторах - зеркало. В зеркально-линзовых телескопах Одновременно применяются линза и зеркало.
Впервые телескоп для наблюдений звездного неба использовал Галилео Галилей. Его инструмент состоял из выпуклой линзы (объектива) и вогнутой линзы (окуляра). Диаметр объектива был всего 4 см. Использованная оптическая схема оказалась очень неудачной, так как сильно искажала изображение. В 1611 году Иоганн Кеплер предложил другую систему телескопа, состоящую из двух двояковыпуклых линз. Телескоп Кеплера изображение переворачивал, но для небесных наблюдений это не имеет значения.
При наблюдениях в простые рефракторы сильно мешают аберрации, т. е. искажения изображения. Например, хроматическая аберрация раскрашивает изображение во все цвета радуги, сферическая искажает его по краям, кома вытягивает и делает похожим на комету с хвостом и т. д. Чтобы ослабить аберрации, изготавливают комбинированные объективы, Например, если объектив сделать составным, где разные линзы (одна выпуклая, другая вогнутая) будут из особых сортов стекла, можно значительно уменьшить хроматическую аберрацию. Такие объективы называются апохроматами.
Телескопы-рефлекторы
Телескопы-рефлекторы были описаны теоретически в 1616 году, но построен первый зеркальный телескоп был лишь Исааком Ньютоном в 1668 году. Его зеркало имело диаметр 2,8 см, а фокусное расстояние было всего 6,5 см. Главное преимущество рефлекторов - отсутствие хроматической аберрации. При параболическом зеркале можно уничтожить и сферическую аберрацию. Есть несколько распространенных схем телескопов-рефлекторов.
В этой системе световые лучи отражаются главным параболическим зеркалом и направляются на маленькое диагональное плоское зеркальце, размещенное внутри трубы. Это зеркальце перенаправляет лучи в окуляр, размещенный сбоку.
В этой системе главное параболическое зеркало наклонено таким образом, чтобы световые лучи попадали в окуляр без вторичного зеркальца, что позволяет избавиться от экранирования падающего на зеркало светового пучка.
Эта система состоит из главного зеркала, имеющего форму вогнутого параболоида вращения, и вторичного зеркала в форме вогнутого эллипсоида вращения. Один фокус последнего совмещен с фокусом параболоида, во втором строится изображение. Система дает прямое изображение.
В этой системе параллельный пучок лучей, падающий на главное зеркало, сходится к фокусу, затем перехватывается вторичным зеркалом, установленным за фокусом, и параллельным пучком более узкого сечения, выходит через центральное отверстие, просверленное в главном зеркале.
В этой системе световые лучи попадают на главное вогнутое гиперболическое зеркало, отражаются на вторичное выпуклое гиперболическое зеркало и направляются на окуляр.
Зеркально-линзовые телескопы
Зеркально-линзовый, или катадиоптрический, телескоп состоит из сферического зеркала и расположенной перед ним линзы такого же диаметра. Линза особой кривизны исправляет аберрации сферического зеркала. Центральная часть линзы, обращенная к зеркалу, покрывается отражающим слоем, что позволяет «сложить» фокусное расстояние объектива в несколько раз внутри маленькой трубы. Благодаря такой технологии зеркально-линзовые телескопы имеют малые размеры при большом диаметре объектива. Впервые оптические схемы телескопов такого типа были предложены в начале XIX века, но их бурное развитие началось в середине XX века благодаря изобретениям Б. Шмидта и Д. Максутова.
Перед главным сферическим (или эллиптическим) зеркалом устанавливаются один или несколько ахроматических менисков. В центре мениска устанавливается вторичное зеркальце, направляющее световые лучи через центральное отверстие в главном зеркале на окуляр. В этой системе исправлены сферическая и хроматическая аберрации, а также кома.
В этой системе главное сферическое зеркало направляет световые лучи на коррекционную пластинку, установленную в центре кривизны зеркала. Пластинка исправляет сферическую аберрацию зеркала.
Эта система основана на схеме Кассегрена, но с применением корректора, состоящего из мениска, не превышающего трети диаметра главного зеркала, и отрицательной линзы небольших размеров. Сегодня есть три разновидности этой системы:
с мениском и отражательной линзой;
с двухлинзовым корректором;
с мениском, склеенным из двух линз.
В фокальной плоскости объектива устанавливается окуляр - короткофокусная система линз Всякий телескоп характеризуется прежде всего диаметром объектива (D). От его величины зависит Следующей важной характеристикой телескопа является его увеличение (М). Найти увеличение очень насколько слабые объекты можно наблюдать и насколько подробные детали можно разглядетьс просто, нужно разделить фокусное расстояние объектива (F) на фокусное расстояние окуляра М = F/f.
Значения этих величин можно найти в паспорте телескопа. К телескопу обычно прилагается несколько окуляров. Меняя окуляры, наблюдатель получает разные увеличения. Для наблюдения туманностей лучше использовать небольшие увеличения, для наблюдения деталей на дисках планет и Луны следует применять максимально возможные. Нужно помнить, что чем большее увеличение применяется, тем менее ярким будет наблюдаемый объект.
Всякий телескоп имеет предел своих возможностей. Видимая звездная величина наиболее слабой звезды, доступной телескопу, определяет его проницающую силу (m). Она зависит только от диаметра объектива. В эту формулу величина D подставляется в миллиметрах: m=5 IgD (мм) + 2,1.
В таблице приводятся приближенные значения проницающей силы телескопа с различными объективами.
Еще одна важная характеристика телескопа относительное отверстие (А) — показывает насколько светосильный телескоп, т.е. насколько ярким будет изображение наблюдаемого объекта. Чем больше светосила, тем ярче выглядят в телескоп изображения протяженных объектов: А = D/F.
Часто бывает нужно знать величину поля зрения телескопа (W), т. е. угловые размеры площадки на небе, которая видна в окуляре: W = w/М. Здесь w поле зрения окуляра, величина, которую можно найти в паспорте телескопа. Большинство окуляров имеют поле зрения около 40°. Если мы подставим в формулу увеличение М = 80 раз, то получим поле зрения телескопа равным 0,5°. Это означает, что мы можем увидеть площадку с диаметром равным лунному диску.
Чтобы определить насколько мелкие детали можно разглядеть в телескоп, находят разрешающую способность (0). Она напрямую связана с диаметром объектива телескопа: 0 = 140/D("). Результат получается в секундах дуги. Разрешающая способность определяет возможность увидеть отдельно два смежных объекта, чтобы они не сливались воедино. Телескоп с большей разрешающей способностью позволяет лучше увидеть два близко расположенных друг к другу объекта, например компоненты двойной звезды. Если у телескопа большой диаметр объектива, а значит, лучше разрешающая способность, в него можно разглядеть маленькие кратеры на Луне или детали солнечных пятен, которые будут незаметны в маломощный телескоп.
____________________________________________________________________________________________________
Классический рефрактор изгибает лучи света, пропуская их через двойную линзу с элементами из кронгласса и Флинтгласса и гладкой шлифованной поверхностью.
Апохроматический рефрактор
Чтобы убрать хроматическую аберрацию, в таких телескопах используется двойная или тройная линза, один элемент которой изготовлен из сверх- низкодисперсного стекла (ED).
Преимущества
Оптическая труба защищает оптику; долгий срок службы; не требуется частая коллимация; дает контрастные изображения с высоким разрешением; отсутствует центральная обструкция. При больших апертурах отлично подходит для наблюдения Луны, планет, двойных звезд; апохроматический рефрактор дает очень четкое изображение, практически без искажения цветов.
Недостатки
Дороже, тяжелее, длиннее и массивнее, чем другие телескопы такой же конструкции; слишком большие линзы будут проседать, искажая изображение, что ограничивает размер используемых линз; в ахроматических телескопах возможно некоторое искажение цветов.
____________________________________________________________________________________________________
Рефлектор Ньютона отражает лучи света с поверхности изогнутого зеркала, покрытого отражающим материалом.
Преимущества
Разумно компактные; отсутствует искажение цветов, идеальны для наблюдения туманностей, галактик, шаровидных скоплений, прекрасны для астрофотографирования.
Недостатки
Требуют большего ухода и обслуживания, выравнивания зеркал; потери света из-за вторичной обструкции.
____________________________________________________________________________________________________
Телескопы Шмидта-Кассегрена (ЅСТ)
Дают изображение, «сгибая» (отражая) световой путь с помощью первичной и вторичной линз. Тонкая асферическая коррекционная планка используется для коррекции сферической аберрации, возникшей из-за вогнутого первичного зеркала.
Преимущества
Универсальные телескопы, чрезвычайно компактные; дают очень четкие изображения в широком поле зрения, при больших увеличениях подходят для наблюдения Луны и планет; годятся для наблюдения объектов глубокого космоса.
Недостатки
Небольшая потеря света из-за вторичной обструкции.
____________________________________________________________________________________________________
Телескопы Максутова-Кассегрена
Похожи на телескопы Шмидта-Кассегрена. У них тоже есть коррекционная планка для избавления от сферической аберрации, но, в отличие от линзы Шмидта, используется толстая менисковая линза.
Преимущества
Чрезвычайно компактные телескопы с большим фокусным расстоянием. Дают четкие изображения; подходят для изучения деталей поверхности Луны и планет при больших увеличениях, идеальны для наземных наблюдений..
Недостатки
Малая диафрагма и узкое поле зрения, долго охлаждаются при больших апертурах; чуть тяжеловаты.
____________________________________________________________________________________________________
Катадиоптрические телескопы, которые сочетают оптические преимущества камер Шмидта и рефлекторов Ньютона.
Преимущества
Дают изображения с меньшей комой, чем рефлекторы Ньютона с тем же диафрагменным числом; подходят для астрофотографирования.
Недостатки
Коррекционная планка сверху телескопа может собирать росу; требуется регулярная коллимация.
____________________________________________________________________________________________________
Телескопы Максутова-Ньютона
Фокусируют свет с помощью и зеркал и линз. Подобно телескопам Максутова-Кассегрена, они используют вогнутую менисковую коррекционную линзу для устранения сферической аберрации, возникшей из-за первичного зеркала.
Преимущества
Широкое и плоское поле зрения; четкие высококонтрастные изображения; дают большое увеличение, подходят для наблюдения планет.
Недостатки
Долго остывают, тяжелые
