Телескопы рефлекторные: описание, устройство, история создания
Хотя рефлекторные телескопы производят другие типы оптических аберраций, это конструкция, которая позволяет достичь целей большого диаметра. Почти все основные телескопы, используемые в астрономических исследованиях, являются таковыми. Отражающие телескопы бывают разных вариантов дизайна и могут использовать дополнительные оптические элементы для улучшения качества изображения или размещения изображения в механически выгодном положении.
Характеристика рефлекторных телескопов
Идея о том, что изогнутые зеркала ведут себя как линзы, восходит, по крайней мере, к трактату Альфазена XI века по оптике - работе, которая широко распространялась в латинских переводах в Европе раннего модерна. Вскоре после изобретения преломляющего телескопа Галилео, Джованни Франческо Сагредо и другие, вдохновленные их знанием принципов изогнутых зеркал, обсуждали идею построения телескопа с использованием зеркала в качестве инструмента формирования изображения. Сообщалось, что Болоньезе Чезаре Караваджи построил первый рефлекторный телескоп около 1626 года. Итальянский же профессор Никколо Цуччи в более поздней работе написал, что экспериментировал с вогнутым бронзовым зеркалом в 1616 году, но сказал, что он не дает удовлетворительного изображения.
История создания
Потенциальные преимущества использования параболических зеркал, в первую очередь сокращение сферической аберрации без хроматической аберрации, привели ко многим предлагаемым проектам будущих телескопов. Наиболее заметным был Джеймс Грегори, который опубликовал инновационный дизайн для «отражающего» телескопа в 1663 г. Прошло десять лет (1673), прежде чем экспериментальный ученый Роберт Гук смог построить этот тип телескопа, который стал известен как Григорианский телескоп.
Исааку Ньютону, как правило, приписывали создание первого рефлекторно-рефракторного телескопа в 1668 году. В нем использовалось первичное зеркало из сферического металла и небольшое диагональное в оптической конфигурации, получившее название ньютоновского телескопа.
Дальнейшее развитие
Несмотря на теоретические преимущества конструкции рефлектора, сложность конструкции и низкая производительность металлических зеркал, используемых в то время, означали, что потребовалось более 100 лет, чтобы они стали популярными. Многие из достижений в области создания рефлекторных телескопов включали совершенствование изготовления параболического зеркала в XVIII веке, стеклянные зеркала с серебряным покрытием в XIX веке, долговечные алюминиевые покрытия в XX веке, сегментированные зеркала для обеспечения большего диаметра, и активную оптику для компенсации гравитационной деформации. Инновацией середины XX века были катадиоптические телескопы, такие как камера Шмидта, которые используют как сферическое зеркало, так и линзу (называемую корректорной пластиной) в качестве первичных оптических элементов, в основном используемых для широкомасштабной визуализации без сферической аберрации.
В конце XX века развитие адаптивной оптики и удачной визуализации для преодоления проблем, связанных с наблюдением, и отражение телескопов повсеместно распространены на космических телескопах и многих типах средств визуализации космических аппаратов.
Криволинейное первичное зеркало является основным оптическим элементом телескопа, оно и создает изображение в фокальной плоскости. Расстояние от зеркала до фокальной плоскости называется фокусным расстоянием. Цифровой датчик может быть расположен здесь для записи изображения, или дополнительное зеркало может быть добавлено для изменения оптических характеристик и/или перенаправления света на пленку, цифровой датчик или окуляр для визуального наблюдения.
Детальное описание
Первичное зеркало в большинстве современных телескопов состоит из твердого стеклянного цилиндра, передняя поверхность которого измельчена до сферической или параболической формы. Тонкий слой алюминия вакуумируется на линзу, образуя светоотражающее первое поверхностное зеркало.
В некоторых телескопах используются первичные зеркала, которые сделаны по-разному. Расплавленное стекло вращается, чтобы сделать его поверхность параболоидальной, оно остывает и затвердевает. Полученная форма зеркала аппроксимирует желаемую форму параболоида, которая требует минимального шлифования и полировки, чтобы достичь точной цифры.
Качество изображения
Рефлекторные телескопы, как и любая другая оптическая система, не создают «идеальных» изображений. Необходимость фотографировать объекты на расстояниях до бесконечности, просматривать их на разных длинах волн света, а также требовать иметь некоторый способ просмотра изображения, которое производит первичное зеркало, означает, что в оптическом дизайне отражающего телескопа всегда есть какой-то компромисс.
Поскольку основное зеркало фокусирует свет на общую точку перед собственной отражающей поверхностью, почти все отражающие конструкции телескопа имеют вторичное зеркало, держатель пленки или детектор вблизи этой фокальной точки, частично препятствуя свету достичь основного зеркала. Это не только приводит к некоторому уменьшению количества света, которое система собирает, но также приводит к потере контраста в изображении из-за дифракционных эффектов обструкции, а также к дифракционным спайкам, вызванным большинством вторичных опорных структур.
Использование зеркал позволяет избежать хроматической аберрации, но они создают другие типы аберраций. Простое сферическое зеркало не может передать свет от отдаленного объекта к общему фокусу, поскольку отражение световых лучей, поражающих зеркало у его края, не сходится с теми, которые отражают от центра зеркала, дефект, называемый сферической аберрацией. Чтобы избежать этой проблемы, наиболее продвинутые устройства рефлекторных телескопов используют параболические зеркала, которые могут фокусировать весь свет на общий фокус.
Григорианский телескоп
Григорианский телескоп описан шотландским астрономом и математиком Джеймсом Грегори в его книге 1663 года Optica Promota как использующий вогнутое вторичное зеркало, которое отражает изображение через отверстие в первичном зеркале. Это создает вертикальное изображение, полезное для наземных наблюдений. Существует несколько крупных современных телескопов, которые используют григорианскую конфигурацию.
Рефлекторный телескоп Ньютона
Ньютоновский аппарат был первым успешным отражающим телескопом, созданным Исааком в 1668 году. Обычно он имеет параболоидное первичное зеркало, но при фокальных соотношениях f / 8 или более - сферическое первичное зеркало, чего может быть достаточно для высокого визуального разрешения. Плоское вторичное зеркало отражает свет в фокальной плоскости сбоку от верхней части трубки телескопа. Это один из простейших и наименее дорогих дизайнов для данного размера первичного материала, и он распространен среди любительских аппаратов. Ход лучей рефлекторных телескопов впервые был отработан именно на Ньютоновском образце.
Аппарат Кассегрена
Телескоп Кассегрена (иногда называемый «классический Кассегрен») был впервые сконструирован в 1672 году, приписываемый Лорану Кассегрейну. Он имеет параболическое первичное зеркало и гиперболическое вторичное зеркало, которое отражает свет назад и вниз через отверстие в первичном.
Дизайн телескопа Dall-Kirkham Cassegrain был создан Горасом Даллом в 1928 году, и получил название в статье, опубликованной в Scientific American в 1930 году после обсуждения астронома-любителя Аллана Киркхэма и Альберта Г. Ингаллса, (редактора журнала в то время). Он использует вогнутое эллиптическое первичное зеркало и выпуклое вторичное. Хотя эту систему легче измельчить, чем классическую систему Cassegrain или Ritchey-Chrétien, она не подходит для внеосевой комы. Кривизна поля фактически меньше, чем у классического Кассегрена. Сегодня такой дизайн используется во многих сферах применения этих замечательных аппаратов. Но его вытесняют электронные аналоги. Тем не менее именно аппарат этого типа считается самым большим рефлекторным телескопом.