Астрономические телескопы

Главное преимущество оптичес­кого телескопа перед глазом - воз­можность улавливать гораздо больше света. Диаметр человече­ского зрачка не превышает 8 мм. Телескоп с апертурой (отверсти­ем) всего 80 мм улавливает свет с площади в 100 раз больше.

Введение

Устройство, при помощи которого телескоп улавливает свет и фор­мирует изображение, называется объективом. Это может быть выпуклая линза или вогнутое зеркало. Телескоп с линзовым объективом называется рефрактором, поскольку принцип действия линзы основан на преломле­нии света (рефракции) при пересече­нии границы двух прозрачных сред. Телескоп с зеркальным объективом называется рефлектором (букв, отра­жателем). В обоих случаях в качестве окуляра используется линза, которая увеличивает созданное объективом изображение.

(Большая галактика в созвездии Андромеды Фотография получена при помощи телескопа Шмидта, в котором использована комбинация линз с зеркалами.)

Телескоп-рефрактор

Первые телескопы-рефракторы обла­дали целым рядом дефектов, главным из которых была хроматическая аберрация - образование вокруг изо­бражения цветного ореола. Чтобы ослабить это явление, использовали тонкие линзы с большим фокусным расстоянием, что делало мощные те­лескопы чрезвычайно громоздкими (некоторые из них имели длину бо­лее 45 м), превращая управление ими в сложнейшую проблему. В современных телескопах-рефрак­торах используются двойные линзы, изготовленные из разных видов стек­ла с разными коэффициентами пре­ломления. Одна из этих составляю­щих линз вогнутая, а другая выпуклая, и хроматическая аберрация одной части устраняет аберрацию другой. Такие линзы называются ахромати­ческими (т. е. бесцветными). Самые большие из когда-либо пост­роенных телескопов-рефракторов это рефракторы Ликскойи Йерксской об­серваторий в США диаметром соот­ветственно 0,91 м и 1,01 м. Оба эти те­лескопа используются до настоящего времени. В Йерксском телескопе достигнута предельная апертура теле­скопов-рефракторов - около 1 м. Дело в том, что линзы большего диаметра начинают прогибаться под собствен­ной тяжестью. А поскольку линзу, в отличие от зеркала, можно поддер­живать только по краям, то прогиб невозможно устранить. По этой при­чине самые большие оптические теле­скопы - это рефлекторы. У них отсут­ствует хроматическая аберрация, и они значительно короче.

Телескопы-рефлекторы

Свет, улавливаемый главным (первич­ным) зеркалом телескопа-рефлектора, концентрируется на меньшем плоском зеркале и направляется им в окуляр. Окуляр может располагаться как сбоку трубы телескопа, так и позади нее. В отличие от обычных зеркал, отража­ющее покрытие зеркал телескопа нано­сится на наружную поверхность стекла, и поэтому внутренние дефекты стекла не влияют на качество изображения. Первый большой телескоп-рефлек­тор, в котором использовалось стек­лянное зеркало диаметром 1,5 м, был установлен в 1908 г. в Маунт-Вильсо-новской обсерватории (Калифорния) Джорджем Эллери Хейлом. Хейл пла­нировал также построить гигантский 5-метровый рефлектор, и тот был вве­ден в строй в Маунт-Паломарской об­серватории в 1948 г., через 10 лет по­сле его смерти. Его создание потребо­вало много времени и решения ряда технических проблем, обусловленных размерами зеркала. Только медленное (для предотвращения образования трещин) охлаждение отлитой стек лянной заготовки требует несколько месяцев. Долгое время 5-метровый ре­флектор Хейла был самым большим оптическим телескопом в мире. Сей­час есть 6-метровый рефлектор, уста­новленный в Зеленчукской обсервато­рии в Карачаево-Черкесии (РФ). Альтернативным способом получе­ния большой отражающей поверхно­сти является использование несколь­ких зеркал меньшего размера (изго­товить которые гораздо проще), со­бранных вместе так, что они образу­ют одну отражающую поверхность. Самый большой телескоп такого типа – мозаичный телескоп Аризонского университета, США. Его отражаюзая поверхность эквивалентна отражающей поверхности телескопа с зеркалом диаметром 4.5 метра.

  «Позируют» звезды

Недостатком обычных телескопов яв­ляется то, что они позволяют рассмат­ривать очень небольшой участок не­ба. В 1929 г. эстонский оптик Бернгард Шмидт создал свободный от этого не­достатка телескоп, предназначенный для фотографирования астрономиче­ских объектов. Совместное использо­вание в этом телескопе зеркал и линз большого диаметра обеспечило ши­рокий угол обзора. Вначале астроно­мы осматривают интересующий их участок неба при помощи зеркально-линзового телескопа, а затем с его по­мощью наводят большой телескоп. Вопреки распространенному мне­нию, астрономы не проводят бблыпую часть времени, глядя в телескоп. Опти-далеких объектов, используют приборы, называемые электронными усилителями изображения. Для улучшения качества получаемых изображений широко применяются компьютеры. Для анализа спектра света небесных объектов используют спектроскопы.

(Обсерватория Пик-дю-Миди, Фран­ция. Здесь сделаны лучшие снимки Луны и планет, полученные с Земли. Поскольку атмосфера на высоте 2800 м над уровнем моря менее плотная и более чистая, то многие уникальные изображения были получены при помо­щи небольшого теле­скопа-рефлектора с диаметром зеркала 0,6 м. Здесь же распо­ложен еще один теле­скоп-рефлектор диа­метром 1 м.)

Радиоастрономия

Радиоволны из космоса были от­крыты случайно в 1932 г. американ­ским исследователем Карлом Янеки, изучавшим электромагнитное излу­чение грозы. Он обнаружил, что вблизи созвездия Стрельца, где на­ходится центр нашей Галактики, су­ществует источник радиоволн. В ра­боте американского исследователя Гроута Ребера было показано, что источниками радиоволн являются многие точки небосвода. Эти откры­тия стали отправной точкой разви­тия радиоастрономии, а приборы, используемые для приема радио­волн из космоса, получили название радиотелескопов. Типичный радиотелескоп состоит из трех основных частей: антенны, принимающей радиоволны и преоб­разующей их в электрические сигна­лы, усилителя, усиливающего эти сигналы, и выходного устройства, которое отображает их в виде, удоб­ном для исследования, или сохраняет для дальнейшего анализа.

Видимость

Наилучших условий наблюдения можно достичь, подняв наблюдателя с телескопом над земной атмосфе­рой, задерживающей значительную часть излучения и ухудшающей ка­чество изображения. В апреле 1990 г. американский «Шаттл» вывел на око­лоземную орбиту оптический косми­ческий телескоп «Хаббл». Несмотря на ошибки, допущенные при изго­товлении главного зеркала диамет­ром 2,4 м, и неполадки в системе дис­танционного управления, с помощью этого устройства на Земле было получено большое количество пре­красных изображений планет и це­лых галактик.

 Антенны

Антенны радиотелескопа могут иметь самые разные формы; про­стейшие из них состоят из большого числа диполей (пар стержней). Наи­более распространенный тип антен­ны радиотелескопа - «тарелка», во­гнутая металлическая чаша, фокуси­рующая падающие на нее радиовол­ны на одном простом диполе. Самая большая в мире управляемая антен­на радиотелескопа диаметром 100 м сооружена в Германии. В Аресибо (Пуэрто-Рико) построена неподвиж­ная антенна диаметром 300 м. Интенсивность радиосигнала за­висит от величины антенны. Кроме того; поскольку разрешение телеско­па любого вида (минимальное угло­вое расстояние между двумя воспри­нимаемыми раздельно точками) равно длине волны излучения, поде­ленной на диаметр антенны теле­скопа, а радиоволны гораздо длин­нее электромагнитных волн види­мой части спектра, то, чтобы полу­чить разрешение, сравнимое с раз­решением больших оптических те­лескопов, антенна радиотелескопа должна иметь километровые разме­ры. Однако большую эффективную антенну можно получить, суммируя выходные сигналы нескольких ан­тенн меньшего размера. Иногда, объединяя антенны радиотелеско­пов, расположенных в разных стра­нах, получают антенну, сравнимую по размерам с Землей. Такой метод исследования называется интерфе­рометрией со сверхдлинной базой (ИСБ). 

См. также: 

• Планеты-гиганты солнечной системы
• Вселенная, описание свойств звезд и звездные взрывы