Что нужно знать о телескопе
Конструкция телескопаЕсли рассматривать человеческий глаз как оптический инструмент, то такой инструмент имеет ограниченное разрешение, малое увеличение и небольшую светосилу. Именно поэтому, для наблюдений дикой природы, спортивных соревнований, небесных тел и отдаленных объектов мы вынуждены использовать специальные устройства. Наиболее мощным из таких устройств является телескоп – оптическая система, которая «выхватывает» небольшую область пространства, и зрительно приближает находящиеся в этой области объекты. При этом телескоп собирает параллельные оптической оси лучи света в расположенную на оптической оси точку (фокус) а окуляр преобразует расходящиеся лучи в параллельный поток. Благодаря этому мы можем подробно рассмотреть объекты, удаленные на значительное расстояние. Размер видимого участка наблюдаемого пространства зависит от увеличения телескопа и поля зрения окуляра.
Существует две основные разновидности телескопов, которые отличаются способом сведения световых лучей в точку фокуса.
Линзовые телескопы (рефракторы)
Рефракторы имеют целый ряд преимуществ перед телескопами других систем: закрытая оптическая труба (предотвращает попадание внутрь трубы пыли и влаги), жестко закрепленные оптические элементы (не требуется юстировка телескопа), отсутствие центрального экранирования, которое уменьшает количество поступающего в оптическую трубу света и ведет к искажению дифракционной картины. При наблюдении планет рефракторы обеспечивают высокую контрастность и превосходное разрешение. Однако есть у телескопов этой системы и недостатки. Главный из них заключается в том, что световые лучи разной длины волны имеют разную сходимость, то есть точки фокуса для разных оставляющих видимого спектра будут находиться на различном расстоянии от объектива. Этот эффект, получивший название хроматической аберрации, приводит к возникновению вокруг ярких объектов цветных ореолов. Для устранения этого эффекта необходимо использование специальных корректоров, состоящих из дополнительных линз, сделанных из особых видов стекла. Кроме того, конструкция объективов рефракторов предполагает наличие не менее двух линз, все поверхности которых должны иметь точный радиус кривизны, быть тщательно отполированы и иметь просветляющее покрытие. Это увеличивает стоимость производства рефракторов и их конечную стоимость.
Зеркальные телескопы (рефлекторы)
Вторая основная категория телескопов называется рефлекторы или зеркальные телескопы, поскольку для фокусировки света в них используется зеркало. Первым такую конструкцию разработал и применил Исаак Ньютон, в честь которого подобные оптические системы нередко называются телескопами Ньютона. Рабочая поверхность вогнутого зеркала в таких телескопах имеет сферическую или параболическую форму. Свет не проходит через зеркало, а отражаются от него, и изображение, полученное с помощью такой оптической системы не имеет цветовых ореолов (хроматической аберрации). В конструкции небольших рефлекторов и длиннофокусных телескопов со светосилой меньше f/9 часто применяются зеркала сферической формы, однако для больших телескопов и моделей с относительным отверстием больше f/8 такие зеркала использоваться не могут. Дело в том, что при использовании сферического зеркала, отражаемый зеркалом световой пучок не сходится в одной точке, формируя в фокусе немного размытое пятно. В результате этого изображение становится менее контрастным, и этот эффект называется сферическая аберрация. Для предотвращения возникновения сферической аберрации используются зеркала параболической формы. Проникающий в телескоп свет попадает на главное зеркало, и для того чтобы увидеть изображение, необходимо направить свет в окуляр. Для этого служит вторичное (диагональное) зеркало – плоская отражающая поверхность эллиптической формы, укрепленная в центре трубы под углом 45 градусов к оси главного зеркала и направляющая свет окулярный узел. Хотя вторичное зеркало в окуляр не видно, оно является препятствием на пути светового потока и экранирует свет, что влияет на дифракционную картину и выражаться в небольшой потере контрастности изображений. Окуляры рефлекторов расположены в передней части трубы, что позволяет устанавливать телескоп ближе к земле, не жертвуя комфортом наблюдений и устойчивостью. Благодаря тому, что в конструкции рефлекторов только две поверхности оптических элементов нуждаются в полировке и просветлении, такие телескопы дешевле в производстве. Из недостатков рефлекторов необходимо отметить большую длину оптической трубы, делающую телескоп более чувствительным к вибрациям и воздействию ветра, а также необходимость регулярной юстировки оптических элементов.
Зеркально-линзовые (катадиоптрические) телескопы
В третью категорию современных телескопов входят катадиоптрические телескопы, оптические системы которых включают как линзы так и зеркала. Здесь представлены катадиоптрические телескопы системы Ньютона, Шмидта-Кассегрена и Максутова-Кассегрена. Зеркально-линзовые телескопы Ньютона отличаются от классических телескопов Ньютона наличием на пути светового потока к точке фокуса корректирующей линзы, которая, при сохранении компактных размеров телескопа, позволяет получить большее увеличение. Например, при использовании корректирующей линзы с двукратным увеличением и фокусном расстоянии объектива (зеркала) 500 мм, фокусное расстояние такой системы составит 1000 мм. Подобные рефлекторы значительно легче и компактнее классических телескопов Ньютона с таким же фокусным расстоянием, а также проще в эксплуатации, менее подвержены вибрациям и воздействию ветра. Положение корректирующей линзы фиксируется в процессе производства, но, как и при использовании классического телескопа Ньютона, главное зеркало такого телескопа нуждаются в регулярной юстировке. Оптическая схема телескопа Шмидта-Кассегрена включают тонкую асферическую коррекционную пластину, которая обеспечивает исправление сферической аберрации. Через коррекционную пластину свет поступает на главное вогнутое зеркало, и отражается на вторичное зеркало, направляющее поток в отверстие в центре главного зеркала. За главным зеркалом расположен окуляр или диагональное зеркало. Фокусировка такого телескопа осуществляется за счет перемещения главного зеркала или окуляра. Главным достоинством телескопов этой системы являются портативность и большое фокусное расстояние. Основной недостаток – сравнительно большое вторичное зеркало, блокирующее часть поступающего света и вызывающее незначительное снижение контрастности. Телескопы системы Максутова-Кассегрена имеют похожую конструкцию. Так же, как в телескопах системы Шмидта-Кассегрена, в таких телескопах для исправления сферической аберрации используется корректор, представляющий собой толстую выпукло-вогнутая линзу (мениск). Через мениск свет поступает на главное зеркало, которое отражает его на вторичное зеркало (в качестве которого часто используется покрытая зеркальным слоем область на выпуклой стороне мениска). Далее, как и в системе Шмидта-Кассегрена, поток света проходит через отверстие в главном зеркале, и поступает в окуляр. Телескопы системы Максутова-Кассегрена проще в производстве, чем системы Шмидта-Кассегрена, однако использование в оптической системе толстого мениска увеличивает их вес.