История телескопа

редактировать

Раннее «изображение голландского телескопа» 1624 года.

История телескопа можно проследить до изобретения самого раннего известного телескопа , который появился в 1608 году в Нидерландах, когда Ганс Липперши, производитель очков. Хотя Липперши не получил свой патент, новости об изобретении вскоре распространились в Европе. Конструкция этих преломляющих телескопов состояла из выпуклой линзы объектива и вогнутого окуляра. Галилей улучшил эту конструкцию в следующем году и применил ее к астрономии. В 1611 году Иоганн Кеплер описал, как можно сделать гораздо более полезный телескоп с выпуклой линзой объектива и выпуклой линзой окуляра. К 1655 году такие астрономы, как Христиан Гюйгенс, строили мощные, но громоздкие кеплеровские телескопы сными окулярами.

Исааку Ньютону приписывают создание первого отражателя в 1668 году с конструкцией, включающей небольшую квартиру. диагональное зеркало для отражения света в окуляр, установленный сбоку телескопа. Лоран Кассегрен в 1672 году описал конструкцию отражателя с небольшим выпуклым вторичным зеркалом для отражения света через центральное отверстие в главном зеркале.

ахроматическая линза, которая значительно уменьшила цветовые аберрации в линзах объектива и позволяла создавать более короткие и более функциональные телескопы, впервые в телескопе 1733 года, созданном Честером Муром Холлом, который не огласил это. Джон Доллонд узнал об изобретении Холла и начал телескопы, используя его в коммерческих количествах, начиная с 1758 года.

Важные достижения в области отражающих телескопов были работы Джона Хэдли большие параболоидальные зеркала 1721 г.; процесс серебрения стеклянных зеркал, введенный Леоном Фуко в 1857 г.; и внедрение долговечных алюминизированных покрытий на зеркалах отражателя в 1932 году. Вариант Ричи-Кретьена вариант отражателя Кассегрена был изобретен примерно в 1910 году, но получил широкое распространение только после 1950 года; многие современные телескопы, включая космический телескоп Хаббла, используют эту конструкцию, которая дает более широкое поле зрения, чем классический телескоп Кассегрена.

В период 1850–1900 гг. Отражателидали от проблем с металлическими зеркалами в виде зеркал, и значительное количество «великих рефракторов» было построено с апертурой от 60 см до 1 м, кульминацией стала обсерватория Йеркса рефрактор 1897 г.; однако, с начала 1900-х годов, была построена серия более крупных отражателей со стеклянными зеркалами, в том числе 60-дюймовые (1,5 метра) Mount Wilson, 100-дюймовый (2,5 метра) телескоп Хукера (1917 г.) и 200-дюймовый (5 метров) телескоп Хейла (1948 г.); практически все основные исследовательские телескопы с 1900 года были отражателями. Несколько телескопов 4-метрового класса (160 дюймов) были построены на более высоких высотах, включая Гавайи и чилийскую пустыню в 1975–1985 годах. Разработка управляемой компьютером альт-азимутальной монтировки в 1970-х годах и активной оптики в 1980-х годах позволила создать новое поколение более крупных телескопов, начиная с 10-метровой (400 дюймов)) телескопы Keck в 1993/1996 гг. И 8-метровых телескопов, включая ESO Очень большой ряд телескоп, обсерваторию Близнецов и Subaru Telescope.

Эра радиотелескопов (наряду с радиоастрономией ) родилась с счастливой случайностью Карла Гуте Янски 46>открытие астрономического радиоисточника в 1931 году. В 20 веке было разработано множество типов телескопов для широкого диапазона длин волн от радио до гамма-лучей. Развитие космических обсерваторий после 1960 года позволяет получить доступ к нескольким диапазонам, которые невозможно наблюдать с земли, включая рентгеновские лучи и более длинноволновые инфракрасные диапазоны.

Содержание

  • 1 Оптические телескопы
    • 1.1 Оптические основы
    • 1.2 Изобретение
      • 1.2.1 Формулы предшествующих изобретений
      • 1.2.2 Распространение по Европе
    • 1.3 Дальнейшие усовершенствования
      • 1.3. 1 Отражающие телескопы
        • 1.3.1.1 Рефракторы с большими фокусными расстояниями
        • 1.3.1.2 Воздушные телескопы
      • 1.3.2 Отражающие телескопы586>1.3.3 Ахроматические преломляющие телескопы
    • 1.4 Большие отражающие телескопы
      • 1.4.1 и адаптивная оптика
  • 2 Другие длины волн
    • 2.1 Радиотелескопы
    • 2.2 Инфракрасные телескопы (700 нм / 0,7 мкм - 1000 мкм / 1 мм)
    • 2.3 Ультрафиолетовые телескопы (10 нм - 400 нм)
    • 2,4 Рентгеновские телескопы (0,01-10 нм)
    • 2,5 Гамма-телескопы (менее 0,01 нм)
  • 3 Интерферометрические телескопы
  • 4 См. также
  • 5 Ссылки
    • 5.1 Источники
  • 6 Внешние ссылки

Оптические телескопы

Оптические основы

Оптическая диаграмма, преломляемый сферическим стеклянным сосудом, наполненным водой, от Роджера Бэкона, De multiplicatione specierum

Объекты сборочных линзы датируются 4000 лет назад, хотя неизвестно, использовались ли они из-за их оптических свойств или просто в качестве украшения. Греческие описания оптических свойств сфер, заполненных водой (V век до н.э.), за последовательные столетия по оптике, в том Птолемей (II век) в его Оптика, который писал о свете, включая отражение, преломление и цвет, за все следуют Ибн Саль (10 век) и Ибн Ал- Хайтам (11 век).

Фактическое использование линз восходит к повсеместному производству и использованию очков в Северной Италии, начиная с конца 13 века. Изобретение использования вогнутых линз для коррекции близорукости приписывается Николаю Кузанскому в 1451 году.

Изобретение

Примечания к безуспешно запрошенной Гансу Липперши патент на телескоп в 1608 г.

Первая запись о телескопе поступила из Нидерландов в 1608 г. Он содержится в патенте, поданном Мидделбургом свойства очков Гансом Липперши с Генеральные штаты Нидерландов 2 октября 1608 г. за его инструмент, «позволяющий видеть вещи вдалеке, как если бы они были поблизости». Несколько недель спустя другой голландский производитель инструментов, Якоб Метиус также подал заявку на патент. Генеральные штаты не выдавали патентов, поскольку устройство уже казались повсеместными, но голландское правительство заключило с Липперши контракт на изготовление копий его конструкции.

. Оригинальные голландские телескопы были состоят из выпуклой и вогнутой линзы - телескопы, сконструированные таким образом, не инвертируют изображение. Оригинальный дизайн Липперши имеет только 3-кратное увеличение. Похоже, что вскоре после этого «изобретения» в Нидерландах было произведено значительное количество телескопов, и они быстро распространились по всей Европе.

Формула изобретения в соответствии с предшествующим изобретением

Воспроизведение одного из четырех оптических телескопов устройства, которые в 1841 году утверждал Захариас Снайдер, были ранними телескопами, построенными Захариасом Янссеном. Его фактическая функция и создатель оспаривают на протяжении многих лет.

В 1655 году голландский дипломат Вильям де Бореэль пытался разгадать тайну того, кто изобрел телескоп. У него был местный судья в Мидделбурге, который продолжил детство Борила и воспоминания раннего взрослого о мастере очков по имени «Ганс», которого он помнил как изобретателя телескопа. С магистратом связался тогда еще неизвестный истец, производитель очков из Мидделбурга Йоханнес Захариассен, который показал, что его отец, Захариас Янссен изобрел телескоп и микроскоп еще в 1590 году. Эти показания казались убедительными для Борела, который теперь вспомнил, что Захария и его отец, Ганс Мартенс, были теми, кого он помнил. Вывод Бореля о том, что Захариас Янссен изобрел телескоп немного раньше, чем другой производитель очков, Ханс Липперши, был принят Пьером Борелем в его книге 1656 года De vero telescopii Inventore. Расхождения в исследованиях Борила и показания Захариассена (включая искажение Захариассеном даты своего рождения и роли в изобретении) заставили некоторых историков посчитать это утверждение сомнительным. Утверждение "Янссена" будет продолжаться в течение многих лет и будет добавлено в 1841 году к представлению 4 железных трубок с линзами в них, заявленных как 1590 экземпляров телескопа Янссена, а историк Корнелис де Ваард в 1906 году указанным, что Человек, который пытался продать сломанный телескоп астроному Саймону Мариусу на Франкфуртской книжной ярмарке в 1608 , должно быть, был Янссен.

В 1682 году протокол Королевское общество в Лондоне Роберт Гук отметил Томас Диггес «Пантометрия 1571 г. (книга по измерениям, частично основанная на его отце Леонард Диггес »заметки и наблюдения), по-видимому, подтвержденное английское заявление об изобретении телескопа, описывая Леонарда как имеющего смотровое стекло в середине 1500-х годов, основанное на идее Роджера Бэкона. Томас описал это как «с помощью пропорциональных очков, используемым образом под удобными углами, они не только открывали вещиалеке, читали буквы, пронумеровали денежные единицы с самой монетой и ее надписью, брошенными некоторыми из его друзей цели на холмах в открытых полях, но также в семи милях оттуда заявлено, что было сделано в тот момент в частных местах ». Комментарии к использованию пропорционального или «перспективного стекла» также используются в трудах Джона Ди (1575) и Уильяма Борна (1585). В 1580 году главный советник королевы Елизаветы I лорд Бергли попросил Борна исследовать устройство Диггса. Лучше всего это описал Борн, и, судя по его сочинениям, он выглядел как вглядывание в большое изогнутое зеркало, отражающее изображение, создаваемое большое линзой. Идея «елизаветинского телескопа» развивалась с годами, в том числе астроном и историк Колин Ронан в 1990-х годах пришел к выводу, что этот отражающий / преломляющий телескоп был построен Леонардом Диггесом в 1540 году. и 1559. Этот отражающий телескоп «назад» был бы громоздким, для работы ему требовались очень большие зеркала и линза, наблюдателю приходилось стоять назад, чтобы смотреть на перевернутый вид, и Борн отметил, что у него был очень узкое поле зрения делает его непригодным для использования в военных целях. Оптические характеристики, необходимые для того, чтобы видеть детали монет, лежащих на полях или в частной деятельности в семи милях от нас, по-видимому, далеко, описываемое «перспективное стекло» было намного более простым идеей, возникшей с Бэконом, об использовании единственной линзы, которую держат перед глазом для увеличения изображения вдаль.

Перевод записных книжек Леонардо да Винчи и Джироламо Фракасторо показывает оба использовали кристаллы, заполненные водой или комбинацию линз для увеличения Луны, хотя описания слишком схематичны, чтобы определить, были ли они расположены как телескоп.

В исследовательской работе 1959 года Симона де Гийума утверждено, что у него были доказательства. раскрытый на указатель французского производителя очков Хуана Роже (умер до 1624 г.) как на еще одного возможного создателя раннего телескопа, предшествовавшего заявке на патент Ганса Липперши.

Распространение по Европе

Заявление Липперши о патентном заявлении как В конце дипломатического рапорта о посольстве в Голландию из Королевства Сиам, присланного сиамским королем Экатотсаротом : Посланник Королевства Сиама в Превосходстве принца Мориса, прибытие в La Haye 10 сен. 1608 г. (Посольство короля Сиама, направленное к его превосходительству принцу Морису, прибыло в Гаагу 10 сентября 1608 г.). Этот отчет был выпущен в октябре 1608 года и распространен по Европе, что привело к экспериментам других ученых, таких как итальянец Паоло Сарпи, получивший английский отчет в ноябре, и математик и астроном Томас Харриот., который летом 1609 года использовал телескоп с шестью опорами для наблюдения за объектомми на Луне.

Картина 19 века, изображающая Галилео Галилей, демонстрирующий свой телескоп Леонардо Донато в 1609 г.

Итальянский эрудит Галилео Галилей был в Венеции в июне 1609 г. и там слышали о «голландском перспективном стекле», военном подзорная труба, с помощью которых далекие объекты становились все ближе и крупнее. Галилей заявляет, что он решил проблему создания телескопа в первую ночь после своего возвращения в Падую из Венеции, а на следующий день сделал свой первый телескоп, установив выпуклую линзу на одном конце свинцовой трубки и вогнутая линза в другом. Через несколько дней, сумев создать лучший телескоп, чем первый, он привез его в Венецию, где рассказал о деталях своего изобретения и представил сам инструмент собаке Леонардо. Донато, заседавший в полном совете. сенат взамен устроил его на всю жизнь лектором в Падуе и удвоил его жалованье.

Портрет Галилео Галилей

Галилей потратил время на улучшение телескопа, создавая телескопы повышенной мощности. Его первый телескоп имел 3-кратное увеличение, но вскоре он создал инструменты с 8-кратным размером, наконец, один почти метровой длины с 37-миллиметровым объективом (который он останавливал до 16 или 12 мм) и 23-кратным размером. С помощью этого инструмента он начал серию астрономических наблюдений в ноябре 1609 года, обнаружив спутники Юпитера, холмы и долины на Луне, фазы Венеры и наблюдал пятна на Солнце (используя метод проекции, а не прямое наблюдение). Галилей отметил, что вращение спутников Юпитера, фазы Венеры, вращение Солнца и наклонный путь, по его следователям в течение части года, указывает на справедливость солнечно-центрированного Система Коперника по сравнению с центрами Земли, такими как другие предложенная Птолемеем. Инструмент Галилея получил первое название «телескоп». Название было придумано греческим поэтом / теологом Джованни Демизиани на банкете, устроенном 14 апреля 1611 года принцем Федерико Чези, чтобы сделать Галилео Галилей член Accademia dei Lincei. Слово образовалось от греческого tele = 'далеко' и skopein = 'смотреть или видеть'; teleskopos = 'дальновидный'.

Эти наблюдения, вместе с усовершенствованием инструмента Галилеем, привели к принятию названия галилеевский телескоп для этих ранних форм телескопа, в которых использовалась отрицательная линза.

Дальнейшие уточнения

Преломляющие телескопы

Иоганн Кеплер первый объяснил теорию и некоторые практические преимущества телескопа, построенные из двух выпуклых линз в его «Катоптриках» (1611). Первым человеком, который действительно сконструировал телескоп такую ​​форму, был иезуит Кристоф Шайнер, который дает его описание в своей книге «Роза Урсина» (1630).

Уильям Гаской был первым, кто обладал преимуществом формы телескопа, предложенной Кеплером: небольшой материальный объект можно было связать в общей фокальной плоскости объектива и окуляра. Это привело к его изобретению микрометра и применение телескопических прицелов к точным астрономическим приборам. Лишь примерно в середине 17 века телескоп Кеплера стал представителем: не столько из-за преимущества, Гаскойном, сколько потому, что его поле зрения было намного больше, чем в Галилеевский телескоп.

мощные телескопы кеплеровской конструкции были созданы Христианом Гюйгенсом после долгого труда, в котором ему помогал его брат. С одним из них: с диаметром объектива 2,24 дюйма (57 мм) он обнаружил самый яркий из спутников Сатурна (Титан ) в 1655 году; в 1659 г. он опубликовал свою «Systema Saturnium», которая впервые дала истинное объяснение кольца Сатурна, основанное на наблюдениях, сделанных с помощью же приборов.

Рефракторы с большими фокусными расстояниями
Гравировка кеплеровского астрономического телескопа-рефрактора с фокусным расстоянием 45 м (148 футов), построенного Иоганном Гевелием. Из его книги «Machina coelestis» (первая часть), опубликованной в 1673 году.

резкость изображения в телескоп Кеплера была ограничена хроматической аберрацией, введенной не -однородные преломляющие свойства линзы объектива. Единственный способ преодолеть это ограничение при большом увеличении - создать объективы с очень большим фокусным расстоянием. Джованни Кассини открыл пятый спутник Сатурна (Рея ) в 1672 году с помощью телескопа длиной 35 футов (11 м). Астрономы, такие как Иоганнес Гевелиус, строили телескопы с фокусными расстояниями до 150 футов (46 м). Помимо длинных труб, этим телескопам требовались строительные леса или длинные мачты и подъемные краны, чтобы удерживать их. Их ценность в качестве исследовательских инструментов была минимальной, так как «труба» рамы телескопа изгибалась и вибрировала при малейшем ветре, а иногда и вовсе разрушалась.

Воздушные телескопы

В некоторых очень длинных рефракторных телескопах, построенных позже 1675 г. трубка вообще не использовалась. Цель была установлена ​​на шарнирном шарнире на вершине столба, дерева или любой доступной высокой конструкции и нацелена с помощью струны или соединительной тяги. Окуляр держали в руках или устанавливали на подставку в фокусе, и изображение находили методом проб и ошибок. Следовательно, они были названы воздушными телескопами. и были приписаны Христиану Гюйгенсу и его брату Константину Гюйгенсу-младшему, хотя неясно, изобрели ли они это. Христиан Гюйгенс и его брат изготовили объективы диаметром до 8,5 дюймов (220 мм) и фокусным расстоянием 210 футов (64 м), а другие, такие как Адриен Аузу, сделали телескопы с фокусным расстоянием до 600 футов (180 м).. Телескопы такой большой длины, естественно, было трудно использовать и, должно быть, требовали от наблюдателей максимального мастерства и терпения. Некоторые другие астрономы использовали воздушные телескопы. Кассини открыл третий и четвертый спутники Сатурна в 1684 году с помощью объективов воздушного телескопа, созданных Джузеппе Кампани, с фокусным расстоянием 100 и 136 футов (30 и 41 м).

Отражающие телескопы

Способность изогнутого зеркала формировать изображение, возможно, была известна со времен Евклида и широко изучалась Автор Альхазен в 11 веке. Галилео, Джованни Франческо Сагредо и другие, вдохновленные знанием того, что изогнутые зеркала обладают схожими свойствами с линзами, обсудили идею создания телескопа с использованием зеркала в качестве объектива для формирования изображения. Никколо Цукки., итальянский астроном и физик-иезуит, написал в своей книге «Философия оптики» 1652 года, что в 1616 году он пытался заменить линзу преломляющего телескопа бронзовым вогнутым зеркалом. Цукки пытался смотреть в зеркало с помощью ручной вогнутой линзы, но не получил удовлетворительного изображения, возможно, из-за плохого качества зеркала, угла, под которым оно было наклонено, или того факта, что его голова частично закрывала изображение.

Световой путь в григорианском телескопе.

В 1636 году Марин Мерсенн предложил телескоп, состоящий из параболоидального главного зеркала и параболоидального вторичного зеркала, отражающего изображение через отверстие в главном, решив проблемупросмотра изображения. Джеймс Грегори углубился в подробности я в своей книге Optica Promota (1663), где указывалось, что отражающий телескоп с зеркалом, имеющим форму части конического сечения, исправил сферическую аберрацию, а также хроматическую аберрацию. аберрация, наблюдаемая в рефракторах. Придуманный им дизайн носит его имя: «григорианский телескоп »; но, по его собственному признанию, Грегори не обладает практическими навыками и не может найти оптики, способный воплотить в жизнь его идеи, и после некоторых бесплодных попыток был вынужден отказаться от всякой надежды на практическое применение своего телескопа.

Световой путь в телескопе Ньютона. Реплика второго телескопа-рефлектора Ньютона, который был подарен Королевскому обществу в 1672 году.

В 1666 году Исаак Ньютон, настройки на своих теориях преломления и цвета, понял, что неисправности преломляющего телескопа были вызваны больше изменяющимся преломлением линзой света цветов, чем несовершенной формой разных линзы. Он пришел к выводу, что свет не может быть преломлен через линзу, не вызывая хроматических аберраций, хотя на основании некоторых грубых экспериментов он ошибочно пришел к выводу, что все преломляющие вещества будут расходовать призматические цвета в постоянной пропорции к их среднему преломлению. Из этих экспериментов Ньютон сделал вывод, что преломляющий телескоп нельзя улучшить. Эксперименты Ньютона с зеркалами показали, что они не страдают хроматическими ошибками линз, для всех цветов света угол падения, отраженный в зеркале, был равен стороны отражения, поэтому в качестве доказательства своей теории Ньютон решил построить телескоп-рефлектор. Ньютон завершил свой первый телескоп в 1668 году, и это самый ранний известный функциональный телескоп-рефлектор. После долгих экспериментов он выбрал сплав (металлическое зеркало ) из олова и меди в качестве наиболее подходящего материала для своего объектив зеркало. Позже он изобрел средства для их шлифовки и полировки, но выбрал для своего зеркала сферическую форму вместо параболы, чтобы упростить конструкцию. Он добавил к своему отражателю то, что является отличительной чертой конструкции «ньютоновского телескопа», вторичное «диагональное» зеркало рядом с фокусом главного зеркала, чтобы отразить изображение под углом 90 ° к окуляру , установленному на стороне телескопа. Это уникальное дополнение просматривает изображение с минимальным препятствием для зеркала объектива. Он также сделал все трубы, крепление и фитинги. Первый компактный телескоп-рефлектор Ньютона имел диаметр зеркала 1,3 дюйма и фокусное отношение f / 5. С его помощью он обнаружил, что может видеть галилеевых луны Юпитера и фазу полумесяца планеты Венера. Ободренный этим успехом, он создал второй телескоп с пространством 38x, который он представил Лондонскому королевскому обществу в декабре 1672 года. Этот тип телескопа до сих пор называется ньютоновским телескопом <497.>Световой путь в телескопе Кассегрена .

Третий вид отражающего телескопа, «отражатель Кассегрена » был изобретен в 1672 году Лораном Кассегреном. У телескопа было небольшое выпуклое гиперболоидальное вторичное зеркало, расположенное рядом с основным фокусом, чтобы отражать свет через центральное отверстие в главном зеркале.

Похоже, что никаких дальнейших практических успехов в проектировании или строительстве отражающих телескопов не было достигнуто в течение следующих 50 лет до Джона Хэдли (наиболее известный как изобретатель октанта ) разработал способы изготовления прецизионных асферических и параболических металлических зеркал. В 1721 году он показал Королевскому обществу первый параболический ньютоновский отражатель. Он имел 6 дюймов (15 см) в диаметре, металлическое зеркало объектива с фокусными расстояниями 62 ⁄ 4 дюйма (159 см). Инструмент был исследован Джеймсом Паундом и Джеймсом Брэдли. Отметил, что телескоп Ньютона пролежал в режиме запуска в течение пятидесяти лет, что Хэдли достаточно, что это изобретение не является чистой теорией. Они сравнили его характеристики с характеристиками воздушного телескопа диаметром 7,5 дюймов (190 мм), подаренного Королевскому общественному Константином Гюйгенсом-младшим, представленного, что рефлектор Хэдли «будет нести такой заряд, что заставит его увеличивать объект во столько же раз. раз, как последний с его должным зарядом », и что он представляет объекты как отдельные, хотя и не совсем такие ясные и яркие.

Брэдли и Сэмюэль Молинье, обученные Хэдли его методам полировки металла зеркал, преуспели в создании больших отражающих телескопов, один из которых имел фокусное расстояние 8 футов. (2,4 м). Эти методы изготовления зеркал были переданы Молинье двум лондонским оптикам - Скарлету и Хирну - которые начали бизнес по производству телескопов.

Британский математик, оптик Джеймс Шорт начал экспериментировать с созданием телескопов. по эскизам Григория 1730-х гг. Сначала он попытался сделать свои зеркала из стекла, как это использовал Грегори, но позже он переключился на металлические зеркала в зеркалах, создав григорианские телескопы с оригинальными конструкторами параболическими и эллиптическими фигурами. Затем Шорт стал делать телескопы своей профессией, которой он занимался сначала в Эдинбурге, а затем в Лондоне. Телескопы Олл Шорта были григорианской формы. Шорт умер в Лондоне в 1768 году, заработав значительное состояние на продаже телескопов.

Временные вторичные зеркала с металлическими зеркалами или диагональные зеркала сильно уменьшали свет, попадающий в окуляр, некоторые конструкторы телескопов-рефлекторов попытались избавиться от них. В 1762 году Михаил Ломоносов представил на форуме Российской академии наук телескоп-рефлектор. Это изображение можно рассматривать через окуляр, установленный в передней части трубы телескопа, без того, чтобы голова наблюдателя блокировала входящий свет. Это нововведение не было опубликовано до 1827 года, поэтому этот тип стал называться телескопом Гершеля после аналогичной конструкции, разработанной Уильямом Гершелем.

Уильямом Гершелем, 49-дюймовым (1200 мм) «40-футовым». телескоп 1789 года. Иллюстрация из Третьего издания Британской энциклопедии, энциклопедии в 1797 году.

Примерно в 1774 году Уильям Гершель (тогда учитель музыки в Бат, Англия ) начал свои часы досуга конструировать зеркала телескопов-рефлекторов, наконец, полностью посвятил себя их конструирование и использование в астрономических исследованиях. В 1778 году он выбрал рефлекторное зеркало 6 ⁄ 4 дюймов (16 см) (лучшее из примерно 400 зеркал для телескопов, которые он сделал) и с его помощью построил фокусное расстояние 7 футов (2,1 м). длина телескопа. Используя этот телескоп, он сделал свои первые блестящие астрономические открытия. В 1783 году Гершель завершил рефлектор диаметром около 18 дюймов (46 см) и фокусным расстоянием 20 футов (6,1 м). Он наблюдал небеса в этот телескоп около двадцати лет, несколько раз меняя зеркало. В 1789 году Гершель закончил строительство своего самого большого телескопа-рефлектора с зеркалом 49 дюймов (120 см) и фокусным расстоянием 40 футов (12 м) (широко известный как его 40-футовый телескоп ) на своем новом месте. дома, в Обсерватория в Слау, Англия. Чтобы уменьшить потери из-за плохой отражательной способности зеркал того времени, Гершель исключил маленькое диагональное зеркало из своей конструкции и наклонил главное зеркало, чтобы он мог непосредственно видеть сформированное изображение. Эта конструкция получила название телескоп Гершеля. Он открыл шестой известный спутник Сатурна, Энцелад, в первую ночь, когда он использовал его (28 августа 1789 г.), и 17 сентября, его седьмой известный спутник, Мимас. Этот телескоп был самым большим телескопом в мире более 50 лет. Однако с этим большим прицелом было трудно обращаться, и поэтому он использовался меньше, чем его любимый 18,7-дюймовый рефлектор.

В 1845 году Уильям Парсонс, 3-й граф Росс построил свой 72-дюймовый (180 см) ньютоновский отражатель, названный «Левиафан Парсонстаунский », с помощью которого он обнаружил спиральная форма галактик.

Все эти большие отражатели страдали из-за плохой отражательной способности и быстрого потускнения их металлических зеркал. Это означало, что им требовалось более одного зеркала на телескоп, поскольку зеркала приходилось часто снимать и повторно полировать. Это занимало много времени, поскольку процесс полировки мог изменить кривую зеркала, поэтому обычно его приходилось «переделывать » до правильной.

Ахроматические преломляющие телескопы

Световой путь через ахроматическую линзу.

Со временем изобретения первых преломляющих телескопов считалось, что хроматические ошибки, наблюдаемые в линзах, просто представляют из-за ошибок в сферической форме их поверхности. Оптики пытались сконструировать линзы различной формы кривизны, чтобы исправить эти ошибки. Исаак Ньютон обнаружил в 1666 году, что хроматические цвета на самом деле возникают из-за неравномерного преломления света, проходящего через стеклянную среду. Это побудило оптиков экспериментировать с линзами, изготовленными из более чем одного типа стекла, устранить ошибки, производимые каждым типом стекла. Была надежда, что это создаст «ахроматическую линзу »; объектив, который фокусировал бы все цвета в одну точку и производил инструменты с более коротким фокусным расстоянием.

Первым человеком, которому удалось создать практический ахроматический рефракторный телескоп, был Честер Мур Холл из Эссекса, Англия. Он утверждал, что разные человеческие жидкости глаза преломляют лучи света, чтобы создать изображение на сетчатке, которая свободна от цвета, и он разумно утверждал, что можно было бы получить аналогичный результат, комбинируя линзы. состоит из различных преломляющих сред. Посвятив некоторое время исследованию, он обнаружил, что, объединив две линзы, изготовленные из разных видов стекла, он может создать ахроматическую линзу, в которых были исправлены эффекты неравномерного преломления двух цветов света (красного и синего). В 1733 году ему удалось сконструировать линзы телескопов, которые показали значительно уменьшенную хроматическую аберрацию. Один из его инструментов имел объектив размером 2 ⁄ 2 дюйма (6,4 см) с относительно коротким фокусным расстоянием размером 20 дюймов (51 см).

Холл был независимым средством и похоже, не заботился о славе; по крайней мере, он без труда сообщил миру о своем изобретении. На судебном процессе в Вестминстер-Холле по поводу патентных прав, предоставленных Джону Доллонду (Уоткин против Доллонда), Холл был первым признан изобретателем ахроматического телескопа. Однако лорд Мэнсфилд постановил, что извлекать выгоду из таких изобретений должен не первоначальный изобретатель, а тот, кто создал его на благо человечества.

В 1747 году Леонард Эйлер отправил в Прусскую академию наук доклад, в котором пытался доказать возможность исправления как хроматической, так и сферической аберрации линза. Подобно Грегори и Холлу, он утверждал, что, поскольку различные юмор человеческого глаза были объединены таким образом, чтобы создать идеальное изображение, с помощью подходящих комбинаций линз с различными преломляющими средами можно создать идеальный телескоп объектив. Приняв гипотетический закон рассеяния разноцветных лучей света, он аналитически доказал возможность создания ахроматического объектива, состоящего из линз из стекла и воды.

Все попытки Эйлера создать реальную цель этой конструкции были бесплодны - неудачу, которую он объяснил исключительно трудностью приобретения линз, которые точно соответствовали нужным кривым. Джон Доллонд согласился. с точностью анализа Эйлера, но оспаривал его гипотезу на том основании, что это было чисто теоретическое предположение: теория противоречила результатам экспериментов Ньютона по преломлению света и что это было невозможно чтобы определить физический закон только на основе аналитических рассуждений.

В 1754 году Эйлер отправил в Берлинскую академию новую работу, в которой, исходя из гипотезы, что свет состоит из колебаний, возбуждаемых в упругой жидкости светящимися телами - и что разница в цвете света происходит из-за большей или меньшей частоты этих колебаний в данный момент времени - он вывел свои предыдущие результаты. Он не сомневался в точности экспериментов Ньютона, цитируемых Доллондом.

Доллонд не ответил на это, но вскоре после этого он получил отрывок из статьи шведского математика и астронома Сэмюэля Клингеншерна, который заставил его усомниться точность результатов, полученных Ньютоном по дисперсии преломленного света. Клингеншерна показал, исходя из чисто геометрических соображений (полностью оцененных Доллондом), что результаты экспериментов Ньютона не могут быть согласованы с другими общепринятыми фактами преломления.

телескоп Доллонда.

Как практический человек, Доллонд сразу же подверг свои сомнения экспериментальной проверке: он подтвердил выводы Клингеншерна, обнаружил разницу, далеко превосходящую его надежды, в преломляющих качествах разных видов стекла с в отношении расхождения цветов, и, таким образом, быстро привел к созданию линз, в которых сначала исправлялись хроматическая аберрация, а затем и сферическая аберрация.

Доллонду было известно об этом условия, необходимые для достижения ахроматизма в преломляющих телескопах, но полагались на точность экспериментов, проведенных Ньютоном. Его сочинения показывают, что, за исключением его бравады, он скорее пришел бы к открытию, к которому его разум был полностью подготовлен. В статье Доллонда описываются последовательные шаги, на которых он пришел к своему открытию, независимо от более раннего изобретения Холла, и логические процессы, с помощью которых эти шаги были предложены его индейцу.

В 1765 году Питер Доллонд (сын Джона Доллонда) представил тройной объектив, который состоял из комбинации двух выпуклых линз из коронного стекла и вогнутой кремневой линзы между ними. Он сделал много телескопов такого типа.

Трудность получения дисков из стекла (особенно из бесцветного стекла) подходящей чистоты и однородности ограничивает диаметр и светосилу линз ахроматического телескопа. Напрасно Французская академия наук предлагала призы за большие совершенные диски из оптического бесцветного стекла.

Трудности с непрактичными металлическими зеркалами отражающих телескопов приводят к созданию преломляющих телескопов. К 1866 году преломляющие телескопы достигли 18 дюймов (46 см) в апертуре, и в середине-конце 19 века строилось много более крупных «Великих рефракторов ». В 1897 году рефрактор достиг своего максимального практического предела в исследовательском телескопе, когда был построен 40-дюймовый (100 см) рефрактор Yerkes Observatorys '(хотя и более крупный рефрактор Большой телескоп Парижской выставки 1900 г. с объективом диаметром 49,2 дюйма (1,25 м) был временно выставлен на Парижской выставке 1900 г. ). Из-за воздействия на линзу гравитации построить более крупные рефракторы. Прогибаться под силы тяжести, искаженное изображение линзу можно удерживать только за край.

Большие отражающие телескопы

200-дюймовый (5,1 м)) телескоп Хейла на горе Паломар

В 1856–57 гг. Карл Август фон Штайнхейль и Леон Фуко представили процесс нанесения слоя серебра на стеклянных зеркалах телескопов. Слой серебра был не только намного более отражающим и более долговечным, чем покрытие зеркал в зеркалах, но и имел то преимущество, что его можно было удалить и повторно нанести без изменения формы стеклянной подложки. К концу 19 века были построены очень большие серебряные на стекле зеркальные телескопы.

В начале 20-го века были созданы первые из «современных» больших исследовательских рефлекторов, предназначенных для получения точных фотографических изображений и использования в удаленных местах на большой высоте при чистом небе, таких как 60-дюймовый Хейл. телескоп 1908 года и 100-дюймовый (2,5 м) телескоп Хукера в 1917 году, оба расположены в обсерватории Маунт-Вильсон. Эти и другие телескопы такого размера должны быть приспособления, позволяющие снимать их основные зеркала для повторного серебрения каждые несколько месяцев. Джон Донаван Стронг, молодой физик из Калифорнийского технологического института, разработал метод применения на зеркало более долговечного алюминиевого покрытия с использованием термического вакуумного напыления. В 1932 году он стал первым человеком, который «алюминировал» зеркало; три года спустя 60-дюймовые (1500 мм) и 100-дюймовые (2500 мм) телескопы стали первыми большими астрономическими телескопами, зеркала которых были алюминированы. В 1948 году было завершено строительство 200-дюймового (510 см) рефлектора Хейла на горе Паломар, который был самым большим телескопом в мире до завершения строительства массивного 605-сантиметрового отражателя.) БТА-6 в России двадцать семь лет спустя. Отражатель Хейла представил несколько технических новшеств, используемых в будущих телескопах, в том числе гидростатические подшипники для очень низкого трения, ферму Serrurier для равного отклонения двух зеркал, когда труба провисает под большой тяжести, и использование в зеркалах стекла с низким коэффициентом расширения Pyrex. Появление значительно более крупных телескопов пришлось ждать других методов, помимо жесткости стекла, для поддержания правильной формы зеркала.

Активная и адаптивная оптика

В 1980-х внедрены две новые технологии для создания больших телескопов и улучшения качества изображения, известные как активная оптика и адаптивная оптика.. В активной оптике анализатор определяет изображения аберрации изображения звезды несколько раз в минуту, а компьютер регулирует многие опорные силы на главном зеркале и положение дополнительного зеркала, чтобы поддерживать оптику в оптимальной форме и выравнивании. Это слишком медленно, чтобы исправить эффекты атмосферного размытия, но позволяет использовать тонкие одиночные зеркала диаметром до 8 м или даже большие расширенные зеркала. Этот метод был впервые применен на телескопе ESO New Technology Telescope в конце 1980-х годов.

В 1990-х годах появилось новое поколение гигантских телескопов с активной оптикой, начавшееся строительство первого из двух 10-метровых (390 дюймов) телескопов Кека в 1993 году. Другие гигантские телескопы построенные с тех пор: два телескопа Gemini, четыре отдельных телескопа Очень большой телескопа и Большой бинокулярный телескоп.

ESO VLT может похвастаться передовыми системами адаптивной оптики, которые противодействуют эффекту размытия атмосферы Земли.

Адаптивная оптика использует аналогичный принцип, но вносит поправки несколько сотен раз в секунду для компенсации эффектов. быстро меняющихся оптических искажений из-за движения турбулентности в атмосфере Земли. Адаптивная оптика работает, измеряя искажения в волновом фронте и компенсируя их быстрыми изменениями исполнительных механизмов, с помощью матричного фильтра на жидких кристаллах. Впервые АО была предложена Горасом У. Бэбкоком в 1953 году, но не получила широкого распространения в астрономических телескопах до тех пор, пока достижения в области компьютерных и детекторных технологий в 1990-х годах не позволили рассчитать компенсацию, соответствующую в в реальном времени. В адаптивной оптике требуемые скоростные поправки означают, что достаточно яркая звезда нужна очень близко к интересующей цели. Эффективны только в очень узком поле (десятки угловых секунд), и современные системы, работающие на нескольких телескопах 8-10 м, работают в основном в ближнем инфракрасном диапазоне длин волн для наблюдений одиночных объектов.

Разработки адаптивной оптики включают в себя системы коррекции и / или работающие со скоростями выше килогерц для хорошей коррекции в видимых длинах волн; в настоящее время они находятся в разработке, но по состоянию на 2015 год они еще не используются в плановом порядке.

Другие волны света

<7171>В двадцатом веке были созданы телескопы, которые создают изображение с использованием длин волн, отличных от видимого света начиная с 1931 года, когда Карл Янский обнаружил, что астрономические объекты испускают радиоизлучение; Это вызвало новую эру наблюдательной астрономии после Второй мировой войны, когда телескопы были разработаны для других частей электромагнитного излучения от радио до гамма-лучей.

Радиотелескопы

250-фут (76 м) Радиотеле Ловелла в Джодрелл-Бэнк Обсерватория

Радиоастрономия началась в 1931 году, когда Карл Янски обнаружил, что Млечный Путь был радиоизлучения во время исследования земной статики с помощью направленной антенны. Основываясь на работе Янски, Гроте Ребер построил в 1937 году более сложный радиотелескоп, специально созданный для этого, с тарелкой диаметром 31,4 фута (9,6 м); используя это, он обнаружил в небе различные необъяснимые радиоисточники. Интерес к радиоастрономии вырос после Второй мировой войны, когда были построены гораздо более крупные антенны, в том числе: 250-футовый (76 м) телескоп Джодрелл-бэнк (1957), 300-футовый (91 м) Телескоп Грин Бэнк (1962) и 100-метровый (330 футов) телескоп Эффельсберга (1971). Огромный 300-метровый телескоп Аресибо (1963 г.) настолько, что закреплен в естественном великом углублении в земле; центральную антенну можно поворачивать, чтобы телескоп мог изучать объекты под углом до двадцати градусов от зенита . Однако не все радиотелескопы относ к тарелочному типу. Например, Кросс-телескоп Миллса (1954) был ранним примером решетки, в котором для обзора неба использовались две перпендикулярные линии антенн длиной 1500 футов (460 м).

Радиоволны высокой энергии известны как микроволны, и это была важная область астрономии с момента открытия космического микроволнового фонового излучения в 1964 году. Многие наземные радиотелескопы могут изучать микроволны. Коротковолновые микроволны лучше всего изучать из космоса, потому что водяной пар (даже на большой высоте) сильно ослабляет сигнал. Cosmic Background Explorer (1989) произвел революцию в изучении микроволнового фонового излучения.

Город радиотелескопы имеют низкое разрешение, они были первыми приборами, которые использовались интерферометрия, позволяющая двум или более широко разнесенным приборам одновременно наблюдать один и тот же источник. Интерферометрия с очень длинной базой распространила метод на тысячи километров и позволила разрешить до нескольких миллиугловых секунд.

Телескоп, такой как Большой миллиметровый телескоп (активен с 2006 г.) наблюдает от 0,85 до 4 мм от 850 до 4000 мкм, соединяя телескопы дальнего инфракрасного / субмиллиметрового диапазона и более длинноволновые радиотелескопы, включая микроволновый диапазон от примерно 1 мм (1000 мкм) до 1000 мм (1, 0 м) по длине волны.

Инфракрасные телескопы (700 нм / 0,7 мкм - 1000 мкм / 1 мм)

Хотя большая часть инфракрасного поглощается атмосферой, инфракрасная астрономия на определенных длинах волн может быть проведенным в высокогорье, где мало поглощается атмосферным водяным паром. С тех пор, как появились подходящие детекторы, большинство оптических телескопов на больших высотах изображения показывают в инфракрасном диапазоне длин волн. Некоторые телескопы, такие как 3,8-метровый (150 дюймов) UKIRT и 3-метровый (120 дюймов) IRTF - оба на Мауна-Кеа - предназначены для инфракрасные телескопы. Запуск спутника IRAS в 1983 году произвел революцию в инфракрасной астрономии из космоса. Этот телескоп-рефлектор с 60-сантиметровым зеркалом проработал девять месяцев, пока не закончился запас хладагента (жидкий гелий ). Он обследовал все небо, обнаружив 245 000 источников инфракрасного излучения, более чем в 100 более известных ранее.

Ультрафиолетовые телескопы (10–400 нм)

Хотя оптические телескопы могут отображать ближний ультрафиолет, озоновый слой в стратосфере поглощает ультрафиолетовое излучение короче 300 нм, поэтому большая часть ультрафиолетовой астрономии проводится со спутников. Ультрафиолетовые телескопы напоминают оптические телескопы, но обычные зеркала с покрытием алюминием использовать нельзя, а вместо них используются альтернативные покрытия, такие как фторид магния или фторид лития. Спутник орбитальной солнечной обсерватории проводил наблюдения в ультрафиолетовом диапазоне еще в 1962 году. International Ultraviolet Explorer (1978) систематически обследовал небо в течение восемнадцати лет с помощью 45-сантиметрового Телескоп с апертурой (18 дюймов) с двумя спектроскопами . Астрономия в крайнем ультрафиолете (10–100 нм) - это отдельная дисциплина, включающая многие методы рентгеновской астрономии; Extreme Ultraviolet Explorer (1992) был спутником, работающим на этих длинах волн.

Рентгеновские телескопы (0,01–10 нм)

Рентгеновские лучи из космоса не достигают поверхности Земли, поэтому рентгеновская астрономия должна проводиться над атмосферой Земли. Первые рентгеновские эксперименты были на суборбитальных полетах ракеты, которые впервые зарегистрировали рентгеновские лучи от Солнца (1948 г.) и первые галактические источники рентгеновского излучения: Scorpius X-1 (июнь 1962 г.) и Крабовидная туманность (октябрь 1962 г.). С тех пор рентгеновские телескопы (телескопы Вольтера ) построены с использованием вложенных зеркал скользящего падения, которые отклоняют рентгеновские лучи на детектор. Некоторые из спутников OAO рентгеновскую астрономию в конце 1960-х, но первым специализированным рентгеновским рентгеновским аппаратом был Uhuru (1970), который обнаружил 300 источников. К более поздним рентгеновским спутникам класса: EXOSAT (1983), ROSAT (1990), Chandra (1999) и Newton (1999).

Гамма-телескопы (менее 0,01 нм)

Гамма-лучи поглощаются высоко в атмосфере Земли, поэтому большая часть гамма-астрономии проводится с помощью спутников. В гамма-телескопах используются сцинтилляционные счетчики, искровые камеры и, в последнее время, твердотельные детекторы. Угловое разрешение этих устройств обычно очень низкое. В начале 1960-х проводились эксперименты с аэростатами, но гамма-астрономия действительно началась с запуска спутника OSO 3 в 1967 году; первыми специализированными гамма-спутниками были SAS B (1972) и Cos B (1975). Обсерватория гамма-излучения Комптона (1991) был большим шагом вперед по сравнению с предыдущими исследованиями. Гамма-лучи очень высоких энергий (выше 200 ГэВ) могут быть обнаружены с земли через излучение Черенкова, создаваемое прохождение гамма-лучей в атмосфере Земли. По всему миру было построено несколько телескопов Черенкова, в том числе: HEGRA (1987), STACEE (2001), HESS (2003) и МАГИЯ (2004).

Интерферометрические телескопы

В 1868 г. Физо заметил, что цель расположения зеркал или стеклянных линз в обычном телескопе - просто обеспечить приближение к Преобразование Фурье поля оптической волны, попадающей в телескоп. Он отметил, что, используя набор небольших инструментов, можно измерить диаметр звезды с той же мерой, что и одиночный телескоп, размер которого весь массив - метод, который позже стал как известен астрономическая интерферометрия. Лишь в 1891 году Альберт А. Михельсон успешно применил этот метод измерения астрономических угловых диаметров: диаметров спутников Юпитера (Michelson 1891). Тридцать лет спустя Майкельсоном и Фрэнсисом Пизом (1921) было наконец осуществлено прямое интерферометрическое измерение диаметра звезды. Внутренний телескоп Хукера на горе Уилсон.

Следующее крупное развитие произошло в 1946 году, когда Райл и Вонберг (Райл и Вонберг, 1946) представили ряд новых космических радиоисточников, сконструировав радиоаналог интерферометра Майкельсона. Сигналы от двух радиоантенн складывались электронным способом для создания помех. Телескоп Райла и Вонберга использовал вращение Земли для сканирования неба в одном измерении. Уже были разработаны первые инструменты формирования изображений синтеза апертуры, которые могли создавать изображения с высоким разрешением без необходимости в гигантском параболическом отражателе для выполнения Преобразования Фурье. Этот метод сейчас используется в большинстве радиоастрономических наблюдений. Вскоре радиоастрономы математические методы для выполнения синтеза апертуры Фурье-изображения с использованием более крупных массивов телескопов - часто разбросанных по более чем одному континенту. В 1980-х годах первые методы синтеза апертуры был распространен на видимый свет, а также в инфракрасную астрономию, что позволяет получить оптические и инфракрасные изображения близлежащих звезд с очень высоким разрешением.

В 1995 году этот метод построения изображений был впервые представлен на группе отдельных оптических телескопов, что позволяет еще улучшить разрешение, а также получить изображения звездного неба с еще более высоким разрешением . поверхности. Те же методы теперь применяются в ряде других массивов астрономических телескопов, включая: прототип оптического интерферометра ВМС, массив CHARA и массив IOTA. Подробное описание развития астрономической оптической интерферометрии можно найти здесь [https://www.webcitation.org/5kmngkBFy?url=http://www.geocities.com/CapeCanaveral/2309/page1.html

В 2008 году Макс Тегмарк и Матиас Залдарриага предложили конструкцию «телескопа с быстрым преобразованием Фурье », в которой линзы и зеркала можно было бы вообще отказаться, когда компьютеры стать достаточно быстрым, чтобы выполнить все необходимые преобразования.

См. Также

  • Астрономический портал

Ссылки

Источники

  • В этой статье включен текст из публикации, который сейчас находится в общественном достоянии : Тейлор, Гарольд Деннис; Гилл, Дэвид (1911). «Телескоп ». В Чисхолме, Хью (ред.). Encyclopædia Britannica. 26(11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. С. 557–573.
  • Кроуфорд, Дэвид Ливингстон, изд. (1966), Строительство больших телескопов (Международный астрономический союз. Симпозиум № 27 изд.), Лондон, Нью-Йорк: Academic Press, стр. 234
  • Эллиотт, Роберт С. (1966), Electromagnetics, McGraw-Hill
  • Fizeau, H. 1868 C. R. Hebd. Шонк. Акад. Sci. Paris 66, 932
  • Кинг, Генри К., изд. (1955), История телескопа, Лондон: Charles Griffin Co. Ltd
  • Линдберг, округ Колумбия (1976), Теории зрения от аль-Кинди до Кеплера, Чикаго: University of Chicago Press
  • Michelson, AA, 1891 Publ. Astron. Soc. Pac. 3, 274
  • Майкельсон, A. A. Pease, F. G. 1921 Astrophys. J. 53, 249
  • Рашед, Рошди; Морелон, Регис (1996), Энциклопедия истории арабской науки, 1 и 3, Рутледж, ISBN 0-415-12410-7
  • Ryle, M. Vonberg, D., 1946 Солнечное излучение на 175Mc / s, Nature 158 pp 339
  • Wade, Nicholas J.; Палец, Стэнли (2001), "Глаз как оптический инструмент: от камеры-обскуры до перспективы Гельмгольца", Perception, 30 (10): 1157–1177, doi : 10.1068 / p3210, PMID 11721819, S2CID 8185797
  • Ван Хелден, Альберт (1977), «Изобретение Телескоп », Труды Американского философского общества, Vol. 67, № 4 - перепечатано с исправлениями в 2008 г.
  • Ван Хелден, Альберт; Дюпре, Свен; van Gent, Rob Zuidervaart, Huib, eds. (2010), Истоки телескопа, Амстердам: KNAW Press [= History of Science and Scholarship in the Netherlands, vol. 12] ссылка в pdf
  • Уотсон, Фред, изд. (2004), Star Gazer: Жизнь и история телескопа, Сидней, Кембридж: Allen Unwin, Da Capo Press

Внешние ссылки

Статьи по истории оптики
История статей о телескопах
Другие СМИ
Другие возможные изобретатели телескопа
Последняя правка сделана 2021-05-23 03:11:29
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте