"Астрономия (базовый уровень)", Воронцов-Вельяминов Б.А., Страут Е.К.
Телескоп собирает излучение далёких небесных объектов и помогает рассмотреть их детали. Его объектив создаёт изображение, а окуляр позволяет наблюдать его под большим углом. Увеличение зависит от фокусных расстояний этих частей, но само по себе не делает картинку чётче. Большой диаметр объектива даёт больше света и помогает различать близкие детали. Оптические системы телескопов бывают линзовыми и зеркальными, а некоторые приборы работают за пределами атмосферы.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Телескоп — оптический прибор для наблюдения удалённых небесных объектов. Он собирает больше света, чем глаз, и создаёт изображение, в котором можно заметить детали. Поэтому с его помощью наблюдают тусклые звёзды, планеты и другие объекты, далёкие от Земли.
Объектив — главная оптическая система телескопа, которая собирает свет от объекта и создаёт его изображение. В зависимости от конструкции объектива эту работу выполняет линза или зеркало. От его диаметра зависит, сколько света попадёт в прибор.
Окуляр — оптическая система, через которую рассматривают изображение, созданное объективом. Он не собирает свет от небесного объекта вместо объектива, а помогает увидеть изображение под большим углом. Окуляры с разными фокусными расстояниями позволяют получать разное увеличение.
Увеличение телескопа — отношение фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра: Г = Fоб / Fок. Фокусное расстояние показывает, где оптическая система формирует изображение или фокусирует свет. Эта формула нужна, чтобы рассчитать, во сколько раз телескоп увеличивает видимый угловой размер объекта.
Свет от очень далёкого объекта приходит к телескопу почти параллельными лучами, потому что расстояние до источника огромно по сравнению с размером прибора. Объектив преломляет или отражает эти лучи и сводит их в изображение. Окуляр рассматривает его как увеличительное стекло, поэтому изображение видно под большим углом, чем без прибора. Именно сочетание объектива и окуляра позволяет получить увеличенное наблюдаемое изображение.
В рефракторе свет собирает линзовый объектив: лучи проходят через стекло и преломляются. В рефлекторе свет отражается от вогнутого зеркала и фокусируется в изображение, после чего направляется к окуляру. Линза преломляет свет разных цветов неодинаково, поэтому цветные составляющие могут фокусироваться в разных местах и создавать окрашенные края. Зеркало отражает все цвета по одному закону, поэтому такой вид хроматической аберрации у рефлектора не возникает.
Диаметр объектива определяет площадь, с которой телескоп собирает свет. Если диаметр увеличить, прибор перехватит больше излучения от объекта, и слабый источник станет заметнее. Площадь круга растёт как квадрат диаметра, поэтому увеличение диаметра в два раза даёт не вдвое, а в четыре раза больше собираемого света. Это свойство особенно важно при наблюдении далёких и тусклых объектов.
Разрешающая способность — способность различать две близкие детали как отдельные. Чем больше диаметр объектива, тем меньший угол могут разделять приборы и тем более мелкие детали удаётся различить. Однако воздух в атмосфере движется и неоднородно преломляет свет, из-за чего изображение колеблется и размывается. Поэтому даже большой телескоп не всегда раскрывает все детали, которые могла бы различить его оптика.
Наземный телескоп наблюдает сквозь атмосферу, а космический находится за её пределами. Атмосфера поглощает часть излучения небесных тел и искажает свет, поэтому наблюдения некоторых диапазонов проводят в космосе. За пределами атмосферы также можно получать изображения без вызываемого воздухом мерцания. При этом наземные обсерватории остаются полезными для тех наблюдений, которым атмосфера не мешает настолько сильно.
Сравнивая телескопы, сначала смотрите, чем именно собирается свет, а затем учитывайте путь лучей и ограничения конструкции. Таблица помогает увидеть, какие свойства связаны с применением линзы, а какие — зеркала. Ни один тип не следует считать лучшим во всех ситуациях: выбор зависит от задач наблюдения и устройства прибора.
| Свойство | Рефрактор | Рефлектор |
|---|---|---|
| Главная часть, собирающая свет | Линзовый объектив | Вогнутое зеркало |
| Путь света | Свет проходит через линзу и преломляется | Свет отражается от зеркала и фокусируется |
| Хроматическая аберрация | Возможна из-за неодинакового преломления цветов | Не возникает у зеркала |
| Возможность увеличить диаметр | Увеличение линзы затруднено ростом массы и сложностью изготовления | Большое зеркало проще поддерживать с обратной стороны |
| Особенности конструкции | Длинная труба; объектив расположен спереди | Зеркало расположено в глубине трубы; лучи направляются к окуляру |
Задача 1. Фокусное расстояние объектива телескопа равно 900 мм, окуляра — 30 мм. Найдите увеличение.
Ответ: увеличение телескопа равно 30.
Задача 2. Диаметр объектива одного телескопа в 3 раза больше диаметра другого. Во сколько раз первый телескоп собирает больше света?
Ответ: в 9 раз.
Задача 3. Телескопы имеют диаметры объективов 10 см и 40 см. Во сколько раз различаются их разрешающая способность и светособирающая способность?
Ответ: разрешающая способность различается в 4 раза, светособирающая — в 16 раз.
Ошибочно считать, что увеличение само по себе гарантирует больше деталей. Увеличенное изображение может оставаться размытым, если объектив не способен разделить близкие детали или мешает атмосфера. Эту ошибку допускают, смешивая размер изображения с качеством оптики. Проверьте себя: отдельно оцените увеличение и разрешающую способность.
Не путайте объектив с окуляром: объектив собирает свет и создаёт изображение, а окуляр помогает его рассматривать. Путаница возникает потому, что обе части находятся в оптическом приборе и влияют на видимое изображение. Проверьте назначение деталей вопросом: какая из них принимает свет от объекта, а какая расположена у глаза наблюдателя?
Увеличение не равно отношению диаметров оптических частей. Его находят по фокусным расстояниям объектива и окуляра, потому что именно они определяют угловой размер изображения при наблюдении. Чтобы проверить расчёт, запишите Г = Fоб / Fок и убедитесь, что в дроби стоят фокусные расстояния, а не диаметры.
Светособирающую способность нельзя считать прямо пропорциональной диаметру: она зависит от площади объектива. Ошибка появляется, если забыть, что площадь круга растёт как квадрат радиуса, а значит, и как квадрат диаметра. Для самопроверки возведите отношение диаметров в квадрат: при диаметре в три раза больше света собирается в девять раз больше.
Для понимания телескопов нужны знания о распространении света, его преломлении и отражении, а также о фокусном расстоянии линзы. Эти понятия объясняют, как оптические части собирают лучи и создают изображение. Позже устройство телескопа поможет разбираться в наблюдательной астрономии и в том, как получают спектры небесных тел. Эти методы используют для исследования состава, свойств и строения Вселенной.
Почему телескоп позволяет увидеть более слабые звёзды, чем глаз?
Объектив телескопа собирает свет с гораздо большей площади, чем зрачок глаза. Благодаря этому до наблюдателя доходит больше света от далёкой звезды, и её можно заметить, даже если она слишком тусклая для невооружённого глаза.
Зачем телескопу нужны объектив и окуляр?
Объектив собирает свет от небесного объекта и создаёт его изображение. Окуляр помогает рассматривать это изображение под большим углом, поэтому оно кажется увеличенным.
Почему увеличение телескопа не всегда делает изображение более чётким?
Увеличение делает изображение крупнее, но количество различимых деталей зависит прежде всего от диаметра объектива и состояния атмосферы. Если оптика или воздух не позволяют разделить детали, дополнительное увеличение лишь увеличит размытое изображение.
Чем рефлектор отличается от рефрактора?
В рефракторе свет собирает линзовый объектив, а в рефлекторе — вогнутое зеркало. Зеркало отражает свет, не разлагая его на цвета так, как это делает линза, поэтому у рефлектора нет хроматической аберрации.
Почему некоторые телескопы размещают в космосе?
Атмосфера поглощает часть излучения и искажает проходящий через неё свет. В космосе телескоп может наблюдать излучение, которое не достигает поверхности Земли, и получать изображения без атмосферных помех.
Телескопы
