2. Из каких оптических элементов состоит микроскоп? Объясните назначение объектива и окуляра.
Микроскоп состоит из двух короткофокусных линз - окуляра (ближайшая линза к глазу наблюдателя) и объектива (ближайшая к предмету линза). Окуляр выполняет роль лупы.3. Объясните ход лучей в микроскопе. Напишите выражение для углового увеличения микроскопа. В каких пределах оно может изменяться?
Оно изменяется от 15 до 1200.
Объектив создает перед окуляром увеличенное изображение предмета, а затем окуляр увеличивает это изображение. (Рис. 222 б учебника.)
4. Из каких оптических элементов состоит телескоп-рефрактор? Объясните назначение объектива и окуляра.
Телескоп-рефрактор состоит из объектива и окуляра.
Окуляр выполняет роль лупы, обеспечивая угловое увеличение предмета. Фокусы объектива и окуляра практически совпадают. В окуляре образуется прямое, мнимое, увеличенное изображение.
5. Объясните ход лучей в телескопе-рефракторе. Напишите выражение для углового увеличения телескопа-рефрактора. Чем ограничено применение таких телескопов?
Окуляр обеспечивает угловое увеличение предмета. Фокусы объектива и окуляра практически совпадают. В окуляре образуется прямое, мнимое, увеличенное изображение.
Астрономия приобретает все большую популярность среди любителей. Наблюдать за небесными телами становится проще ввиду огромного разнообразия приспособлений, использующихся для этих целей. Прежде всего речь идет о телескопах.
Об их особенностях, разновидностях, параметрах и правилах выбора пойдет речь ниже, а начать хотелось бы с того, что каждому прибору есть свое применение, нужно лишь перед покупкой четко сформулировать требования и задачи.
Актуальные вопросы
Выбор телескопа базируется на изучении множества параметров и технических характеристик, однако прежде, чем перейти к их анализу, необходимо решить базовые вопросы.
Что вы хотите увидеть
С помощью хорошего телескопа можно следить за:
Близкими объектами, расположенными в пределах солнечной системы (кометы, планеты, их спутники, солнце и так далее);
Далекими галактиками, туманностями;
Объектами, расположенными на земле.
Безусловно, универсального прибора, который позволил бы охватить все виды наблюдений, не найти, а значит, нужно решить, что будет для вас в приоритете.
Откуда планируете наблюдать
Наверняка вы замечали, что за городом небо выглядит по-особенному. Это видно без специализированного оборудования. Если же вы хотите сделать поездку невероятно интересной и романтичной, захватите с собой телескоп. Для этих целей подойдет модель, которая легко складывается, имеет компактный размер и помещается в сумку.
Для изучения небесных тел из окна квартиры подойдет прибор для близких исследований - в огнях мегаполиса практически нереально разглядеть далекие галактики и туманности.
Пожалуй, наилучшие условия созданы на даче. В таком случае телескоп может быть достаточно объемным, ведь нет необходимости все время перемещать его. Кроме того, вдали от городской иллюминации можно без труда рассмотреть далекие небесные тела, а значит, лучше приобретать прибор с максимальным приближением.
Теоретический базис
Для понимания того, как функционирует телескоп, стоит разобраться с его строением. В числе главных составляющих
. Тубус (труба) - основная часть телескопа, в которой находится объектив. Она может быть открытой или закрытой. Второй вариант предпочтителен, так как защищает телескоп от пыли. Кроме того, такая конструкция не подвержена влиянию потоков воздуха, которые могут существенно ухудшать качество изображения. Тубусы могут иметь разную длину и вес.
. Объектив - главная деталь телескопа, собирающая свет и детализирующая небесные тела.
. Искатель - уменьшенная копия подзорной трубы, которая используется для предварительного обнаружения небесного тела.
. Окуляры - это своего рода лупы, которые позволяют рассматривать предмет, попавший в объектив телескопа. Они характеризуются различными фокусным расстоянием и углом обзора. Для обычных - 40-55 град., широкоугольных и сверхширокоугольных 55-65 град. и 65-80 град. соответственно, ультраширокоугольных - 80 град. и выше. Наиболее комфортны окуляры с большим выносом зрачка.
. Монтировка - это «фундамент» телескопа, механизм, который позволяет наводить его на разные объекты, обеспечивая неподвижность. Монтировка может быть азимутальной (проста в использовании, не требует долгой настройки, имеет 2 оси, подходит для изучения наземных объектов, обзорных наблюдений за небесными телами) и экваториальной (универсальная, позволяет перемещать объектив по полярной оси, зачастую оснащается электрическим приводом и управляется с пульта).
В отдельную категорию выделяют монтировки Добсона, хотя на самом деле они относятся к азимутальным. Они обеспечивают наилучшую апертуру и при этом остаются достаточно компактными и доступными по цене. Наиболее дискуссионные механизмы - так называемые Go-To монтировки. Они создают компьютеризированное наблюдение за небесными телами, что вызывает негодование у многих астрономов, ведь истинное удовольствие приносит поиск объектов по картам и координатам. С другой стороны, автоматизированный подход существенно экономит время.
. Линза Барлоу - оптика, увеличивающая эффективное фокусное расстояние телескопа посредством уменьшения сходимости конуса светового пучка. Это полезный аксессуар, который чаще всего используется с короткофокусными устройствами.
Существует распространенное заблуждение касательно того, что работа телескопа основана на приближении объектов. Это не совсем верно. Принцип его функционирования - в сборе света и направлении его в фокус. Из этого следует, что главный критерий - площадь светоаккумулирующего элемента. Чем она больше, тем больше света собирает телескоп, что в конечном счете обеспечивает лучшую детализацию небесных тел. Именно размер линзы или зеркала влияет на качество изображения, а не сила телескопа или увеличение, хотя эти параметры также важны.
Апертура
Диаметр объектива телескопа - ключевой показатель, отвечающий за детализацию изображения. Чем больше апертура, тем ярче будут небесные тела, даже те, которые расположены совсем далеко и выглядят тускло. При использовании телескопа в городских условиях достаточно линзы или зеркала диаметром 120-150 мм. С таким устройством удастся понаблюдать за объектами Солнечной системы.
Разглядеть туманности и галактики позволит телескоп с апертурой от 200 мм и более. Самые большие модели (по диаметру объектива) идеально подходят для наблюдения за звездами вдали от города, где достаточно темно и нет преград для наслаждения небесными просторами. Такие устройства наиболее дорогие.
Фокусное расстояние
Одна из главных характеристик - расстояние между самим объективом и главным фокусом, измеряемое в миллиметрах. На основании фокусного расстояния окуляра и непосредственно телескопа рассчитывают увеличение (путем деления второго на первое). Предпочтение следует отдавать моделям с большим значением параметра. На телескопах с маленьким фокусным расстоянием труднее получить большое увеличение и обеспечить хорошее качество изображения.
Относительное отверстие
Рассматривая основные параметры, наряду с диаметром объектива и фокусным расстоянием, следует выделить еще один - относительное отверстие. Это величина, равная отношению фокусного к диаметру. Так, для телескопа с диаметром объектива 200 мм и фокусным расстоянием в 1200 мм, относительное отверстие составит 1/6. От этого значения и более телескоп считается быстрым, менее 1/9 - медленным, в диапазоне 1/6-1/9 - средним. При равной апертуре у телескопа с меньшим отверстием будет более длинный тубус, что, в свою очередь, увеличит габариты. Быстрые телескопы более требовательны к окулярам, в то время как с медленными и средними удается получить хорошее изображение при использовании среднестатистического широкоугольного окуляра.
Понятие термостабилизации
Четкий снимок возможен лишь в том случае, если предварительно привести прибор в температурный баланс с окружающей средой. Сколько времени потребуется для этого? Все зависит от параметров телескопа. Временной интервал (при иных равных условиях) увеличивается по мере увеличения апертуры.
Виды телескопов
Исходя из оптической схемы, все приборы делят на три группы:
Рефракторы. Устройства с линзовыми объективами до 120 мм, оптимальны для изучения Луны. Они дают хорошую детализацию и не требуют пошаговой настройки. Главный недостаток - появление хроматической аберрации. Устранить искажение позволит точный расчет параметров линз, расстояния между ними и оправы объектива. Для этих же целей рекомендуют низкодисперсные стекла.
Рефлекторы. Роль объектива в таком приборе выполняет вогнутое стекло. Световой поток отражается, затем собирается главным зеркалом. Устройство требует грамотной настройки, подходит для слежения за далекими небесными телами и туманностями. В числе наиболее популярных - системы Кассегрена и Ньютона.
Катадиоптрики. Это зеркально-линзовые устройства с коротким тубусом и неограниченной апертурой. Они объединили достоинства первых двух разновидностей. В таких моделях компенсированы искажения небесных тел. Телескопы подходят для астрографии и изучения глубокого космоса.
Телескопы для астрофотографии
Устройства, применяемые в астрофотографии, имеют специфические характеристики. В приоритете качество оптической схемы и грамотность настроек. Диаметр объектива должен быть максимальным. Даже при короткой выдержке можно получить качественный снимок за счет аккумуляции большего количества света. Рекомендуют использовать телескопы с экваториальной монтировкой, автоматический привод которых поможет удержать в поле зрения движущиеся тела.
Для астрофотографии подойдут приборы зеркально-линзового типа. У них больше длина фокуса, апертура, а значит, снимок получится более четким.
Детские телескопы
Астрономией интересуются не только взрослые, но и дети. Безусловно, основы выбора телескопов для них несколько отличаются от стандартных «взрослых» критериев. Первый прибор можно смело приобретать ребенку уже в возрасте 8-10 лет. Это должно быть простое устройство, с которым малыш справится самостоятельно.
Оптимален - рефрактор. Он надежен, не требователен в уходе и доступен по цене. Азимутальная монтировка позволит рассмотреть как небо, так и наземные объекты. Для этих целей будет достаточно объектива с апертурой 70 мм. У большинства производителей есть отдельные линейки для юных астрономов.
Распространенные ошибки
В сознании многих неопытных астрономов укрепилось не совсем корректное правило «больше - лучше». Крупногабаритные телескопы далеко не всегда дают хороший результат, в особенности в условиях квартирного использования. В такой ситуации стоит приобрести компактную модель, которую без труда можно будет перемещать в разные точки дома, выбирая оптимальное место для наблюдения.
Еще одна распространенная ошибка - покупка прибора «раз и навсегда». Универсальных устройств не бывает и не стоит пытаться купить телескоп на перспективу. Каждый прибор хорош для определенных целей. Пока вы только осваиваете процесс, стоит присмотреться и задуматься о покупке компактной модели, которая не требует настройки (например, рефрактор с диаметром 90-120 мм). Со временем можно четче сформировать свои потребности и купить более дорогую и функциональную модель телескопа.
Телескоп - это уникальный оптический прибор, предназначенный для наблюдения за небесными телами. Использование приборов позволяет рассмотреть самые разные объекты, не только те, которые располагаются недалеко от нас, но и те, которые находятся за тысячи световых лет от нашей планеты. Так что такое телескоп и кто его придумал?
Первый изобретатель
Телескопические устройства появились в семнадцатом веке. Однако по сей день ведутся дебаты, кто изобрел телескоп первым - Галилей или Липперсхей. Эти споры связаны с тем, что оба ученых примерно в одно время вели разработки оптических устройств.
В 1608 году Липперсхей разработал очки для знати, позволяющие видеть удаленные объекты вблизи. В это время велись военные переговоры. Армия быстро оценила пользу разработки и предложила Липперсхею не закреплять авторские права за устройством, а доработать его так, чтобы в него можно было бы смотреть двумя глазами. Ученый согласился.
Новую разработку ученого не удалось удержать втайне: сведения о ней были опубликованы в местных печатных изданиях. Журналисты того времени назвали прибор зрительной трубой. В ней использовалось две линзы, которые позволяли увеличить предметы и объекты. С 1609 года в Париже вовсю продавали трубы с трехкратным увеличением. С этого года какая-либо информация о Липперсхее исчезает из истории, а появляются сведения о другом ученом и его новых открытиях.
Примерно в те же годы итальянец Галилео занимался шлифовкой линз. В 1609 году он представил обществу новую разработку - телескоп с трехкратным увеличением. Телескоп Галилея имел более высокое качество изображения, чем трубы Липперсхея. Именно детище итальянского ученого получило название «телескоп».
В семнадцатом веке телескопы изготавливались голландскими учеными, но они имели низкое качество изображения. И только Галилею удалось разработать такую методику шлифовки линз, которая позволила увеличить четко объекты. Он смог получить двадцатикратное увеличение, что было в те времена настоящим прорывом в науке. Исходя из этого невозможно сказать, кто изобрел телескоп: если по официальной версии, то именно Галилео представил миру устройство, которое он назвал телескопом, а если смотреть по версии разработки оптического прибора для увеличения объектов, то первым был Липперсхей.
Первые наблюдения за небом
После появления первого телескопа были сделаны уникальные открытия. Галилео применил свою разработку для отслеживания небесных тел. Он первым увидел и зарисовал лунные кратеры, пятна на Солнце, а также рассмотрел звезды Млечного Пути, спутники Юпитера. Телескоп Галилея дал возможность увидеть кольца у Сатурна. К сведению, в мире до сих пор есть телескоп, работающий по тому же принципу, что и устройство Галилея. Он находится в Йоркской обсерватории. Аппарат имеет диаметр 102 сантиметра и исправно служит ученым для отслеживания небесных тел.
Современные телескопы
На протяжении столетий ученые постоянно изменяли устройства телескопов, разрабатывали новые модели, улучшали кратность увеличения. В результате удалось создать малые и большие телескопы, имеющие разное назначение.
Малые обычно применяют для домашних наблюдений за космическими объектами, а также для наблюдения за близкими космическими телами. Большие аппараты позволяют рассмотреть и сделать снимки небесных тел, расположенных в тысячах световых лет от Земли.
Виды телескопов
Существует несколько разновидностей телескопов:
- Зеркальные.
- Линзовые.
- Катадиоптрические.
К линзовым относят рефракторы Галилея. К зеркальным относят устройства рефлекторного типа. А что такое телескоп катадиоптрический? Это уникальная современная разработка, в которой сочетается линзовый и зеркальный прибор.
Линзовые телескопы
Телескопы в астрономии играют важную роль: они позволяют видеть кометы, планеты, звезды и другие космические объекты. Одними из первых разработок были линзовые аппараты.
В каждом телескопе есть линза. Это главная деталь любого устройства. Она преломляет лучи света и собирает их в точке, под названием фокус. Именно в ней строится изображение объекта. Чтобы рассмотреть картинку, используют окуляр.
Линза размещается таким образом, чтобы окуляр и фокус совпадали. В современных моделях для удобного наблюдения в телескоп применяют подвижные окуляры. Они помогают настроить резкость изображения.
Все телескопы обладают аберрацией - искажением рассматриваемого объекта. Линзовые телескопы имеют несколько искажений: хроматическую (искажаются красные и синие лучи) и сферическую аберрацию.
Зеркальные модели
Зеркальные телескопы называют рефлекторами. На них устанавливается сферическое зеркало, которое собирает световой пучок и отражает его с помощью зеркала на окуляр. Для зеркальных моделей не характерна хроматическая аберрация, так как свет не преломляется. Однако у зеркальных приборов выражена сферическая аберрация, которая ограничивает поле зрения телескопа.
В графических телескопах используются сложные конструкции, зеркала со сложными поверхностями, отличающиеся от сферических.
Несмотря на сложность конструкции, зеркальные модели легче разрабатывать, чем линзовые аналоги. Поэтому данный вид более распространен. Самый большой диаметр телескопа зеркального типа составляет более семнадцати метров. На территории России самый большой аппарат имеет диаметр шесть метров. На протяжении многих лет он считался самым большим в мире.
Характеристики телескопов
Многие покупают оптические аппараты для наблюдений за космическими телами. При выборе устройства важно знать не только то, что такое телескоп, но и то, какими характеристиками он обладает.
- Увеличение. Фокусное расстояние окуляра и объекта - это кратность увеличения телескопа. Если фокусное расстояние объектива два метра, а у окуляра - пять сантиметров, то такое устройство будет обладать сорокакратным увеличением. Если окуляр заменить, то увеличение будет другим.
- Разрешение. Как известно, свету свойственны преломление и дифракция. В идеале любое изображение звезды выглядит как диск с несколькими концентрическими кольцами, называемыми дифракционными. Размеры дисков ограничены только возможностями телескопа.
Телескопы без глаз
А что такое телескоп без глаза, для чего его используют? Как известно, у каждого человека глаза воспринимают изображение по-разному. Один глаз может видеть больше, а другой - меньше. Чтобы ученые смогли рассмотреть все, что им необходимо увидеть, применяют телескопы без глаз. Эти аппараты передают картинку на экраны мониторов, через которые каждый видит изображение именно таким, какое оно есть, без искажений. Для малых телескопов с этой целью разработаны камеры, подключаемые к аппаратам и снимающие небо.
Самыми современными методами видения космоса стало использование ПЗС камер. Это особые светочувствительные микросхемы, которые собирают информацию с телескопа и передают ее на ЭВМ. Получаемые с них данные настолько четкие, что невозможно представить, какими еще устройствами можно было бы получить такие сведения. Ведь глаз людей не может различать все оттенки с такой высокой четкостью, как это делают современные камеры.
Для измерения расстояний между звездами и другими объектами пользуются специальными приборами - спектрографами. Их подключают к телескопам.
Современный астрономический телескоп - это не одно устройство, а сразу несколько. Получаемые данные с нескольких аппаратов обрабатываются и выводятся на мониторы в виде изображений. Причем после обработки ученые получают изображения очень высокой четкости. Увидеть глазами в телескоп такие же четкие изображения космоса невозможно.
Радиотелескопы
Астрономы для своих научных разработок используют огромные радиотелескопы. Чаще всего они выглядят как огромные металлические чаши с параболической формой. Антенны собирают получаемый сигнал и обрабатывают получаемую информацию в изображения. Радиотелескопы могут принимать только одну волну сигналов.
Инфракрасные модели
Ярким примером инфракрасного телескопа является аппарат имени Хаббла, хотя он может быть одновременно и оптическим. Во многом конструкция инфракрасных телескопов схожа с конструкцией оптических зеркальных моделей. Тепловые лучи отражаются обычным телескопическим объективом и фокусируются в одной точке, где находится прибор, измеряющий тепло. Полученные тепловые лучи пропускаются через тепловые фильтры. Только после этого происходит фотографирование.
Ультрафиолетовые телескопы
При фотографировании фотопленка может засвечиваться ультрафиолетовыми лучами. В некоторой части ультрафиолетового диапазона возможно принимать изображения без обработки и засвечивания. А в некоторых случаях необходимо, чтобы лучи света прошли через специальную конструкцию - фильтр. Их использование помогает выделить излучение определенных участков.
Существуют и другие виды телескопов, каждый из которых имеет свое назначение и особые характеристики. Это такие модели, как рентгеновские, гамма-телескопы. По своему назначению все существующие модели можно разделить на любительские и профессиональные. И это далеко не вся классификация аппаратов для отслеживания небесных тел.
