Введення.

1 Оптичні телескопи і їх використання.

1.1 Історія перша оптичних спостережень.

1.2 Схема та пристрій оптичних телескопів.

1.3 Використання фотографічних методів.

1.4 Спектральні наземні дослідження.

2 Досягнення сучасної оптичної астрономії.

2.1 Використання ПЗУ-матриць ЕОМ.

2.2 Використання супутникових систем Землі для визначення відстані дозірок.

2.3 Космічні телескопи (в оптичному діапазоні) і відкриття зроблені зїх допомогою.

3 Використання наведеного матеріалу в навчальному процесі.

3.1 Включення матеріалу в теми занять з фізики, природознавства
(рекомендації для вчителя).

3.2 Плани-конспекти уроків

Висновок

Введення.

Мета астрофізики - вивчення фізичної природи та еволюції окремихкосмічних об'єктів, включаючи і весь Всесвіт. Таким чином, астрофізикавирішує найбільш загальні завдання астрономії в цілому. За останні десятиліттявона стала провідним розділом астрономії. Це не означає, що роль таких
«Класичних» розділів як небесна механіка, астрометрія і т.п. --зменшилася. Навпаки, кількість і значимість робіт у традиційнихобластях астрономії в цей час також зростає, але в астрофізиці цейріст проходить швидше. У цілому астрономія розвивається гармонійно, якєдина наука, і напрям досліджень в різних її розділах враховуєвзаємні їхні інтереси, в тому числі й астрофізики. Так, наприклад, розвитоккосмічних досліджень частково сприяло виникненню новогорозділу небесної механіки - астродінамікі. Побудова космічних моделей
Всесвіту пред'являє особливі вимоги до «класичним завданням»астрометрії і т.д.

Як відомо, за свою багатовікову історію астрономія зазналадекілька революцій, повністю змінили її характер. Одним з результатівцього процесу стало виникнення і бурхливий розвиток астрофізики.
Особливо цьому сприяло застосування телескопа з початку XVII століття,відкриття спектрального аналізу і винахід фотографії в XIX столітті,виникнення фотоелектріі, радіоастрономії і позаатмосферних методівдослідження в XX столітті. Все це незвично розширило можливостінаглядової або практичної астрофізики, і призвело до того, що всередині XX століття астрономія стала усехвильові, тобто отримала можливістьотримувати інформацію з будь-якого діапазону спектра електромагнітнихвипромінювання.

Паралельно з розвитком методів практичної астрофізики, завдякипрогресу у фізиці і особливо створення теорії випромінювання і будови атома,розвинулася теоретична астрофізика. Її мета - інтерпретація результатівспостережень, постановка нових задач досліджень, а також обгрунтуванняметодів практичної астрофізики.

Обидва розділу астрофізики в свою чергу підрозділяються на більшприватні. Поділ теоретичної астрофізики, як правило, провадиться заоб'єктам досліджень: фізика зірок, Сонця, планет, туманностей,космічних променів, космологією і т.д. Розділи практичної астрофізикизазвичай відображають ті чи інші які застосовуються методи: астрофотометрія,астроспектрометрія, Астрофотографія, Колориметрія і т.д.

Розділи астрофізики, підставу на застосування принципово новихметодів, що склали епоху в астрономії, і, як правило, включаютьвідповідні розділи теоретичної астрофізики отримали такі назви,як радіоастрономія, балонна астрономія, позаатмосферні астрономія
(космічні дослідження), рентгенівська астрономія, гамма-астрономія,нейтрино астрономія.

Сукупність усіх видів випромінювання називається спектромелектромагнітного випромінювання. Електромагнітний спектр, досліджуваний уастрофізиці показано у таблиці 1.

«Я не в собі від подиву, тому що вже встиг переконатися, що Місяць є тіло, подібне до Землі."

Галілео Галілей (1610 рік)

Оптичні телескопи і їх використання.

1 Історія перших оптичних спостережень.

Важко сказати, хто першим винайшов телескоп. Відомо, що ще стародавнівживали збільшувальне скло. Дійшла до нас і легенда про те, що нібито
Юлій Цезар під час набігу на Британію з берегів Галлії розглядав впідзорну трубу туманну британську землю. Роджер Бекон, один з найбільшчудових вчених і мислителів XIII століття, він винайшов таку комбінаціюлінз, за допомогою якої віддалені предмети при розгляданні їх здаютьсяблизькими.

Чи так це було насправді - невідомо. Безперечно, однак,що на самому початку XVII століття в Голландії майже одночасно про винахідпідзорної труби заявили три оптика - Ліпперсгей, Меціус та Янсен.
Розповідають, що ніби-то діти одного з оптиків, граючи з лінзами,випадково розташували дві з них так, що далека дзвіниця раптомвидалася близькою. Як би там не було, до кінці 1608 перший підзорнітруби були виготовлені і чутки про ці нові оптичних інструментах швидкопоширилися по Європі.

У Падуї в цей час вже користувався широкою популярністю Галілео
Галілей, професор місцевого університету, красномовний оратор і пристраснийприхильник навчання Коперника. Почувши про новий оптичному інструменті вирішиввласноруч побудувати підзорну трубу. Сам він розповідає про цетак: «Місяців десять тому стало відомо, що якийсь фламандецьпобудував перспективу, за допомогою якої видимі предмети, далекорозташовані від очей, стають виразно помітні, як ніби вонизнаходяться поблизу. Це й було причиною, через яку я звернувся до вишукуванняпідстав та коштів для винаходу подібного інструменту. Невдовзі післяцього, спираючись на вчення про ламанні, я збагнув суть справи і спочаткувиготовив свинцеву трубу, на кінцях якої я помістив два оптичнихскла, обидва плоских з одного боку, з іншого боку одне скло опукло -сферичне, інше увігнуте ».

Цей первісток телескопічною техніки давав збільшення всього в трирази. Пізніше Галілео вдалося побудувати більш досконалий інструмент,збільшує в 30 разів. І тоді, як пише Галілей «залишивши справи земні, язвернувся до небес ».

7 січня 1610 назавжди залишиться пам'ятною датою в історіїлюдства. Увечері цього дня Галілей вперше направив побудований нимтелескоп на небо. Назва «телескоп» було присвоєно нового інструменту порішенням італійської Академії наук. Він побачив те, що передбачити заздалегідьбуло неможливо. Місяць, поцяткована горами і долинами, виявилася світом,схожим хоча б по рельєфу з Землею. Планета Юпітер постала перед очимаздивованого Галілея крихітним диском, навколо якого зверталися чотиринезвичайні зірочки - його супутники. Картина ця в мініатюрі нагадувала
Сонячну систему за поданням Коперника. При спостереженнях у телескоппланета Венера виявилася схожою на маленьку місяць. Вона змінювала свої фази,що свідчило про її зверненні навколо Сонця. На самому Сонце
(помістивши перед очима темне скло) Галілей побачив чорні плями,спростувавши тим самим загальноприйняте вчення Арістотеля про «недоторканноючистоті небес ». Ці плями зміщалися по відношенню до краю сонця, з чого
Галілей зробив правильний висновок про обертання Сонця навколо осі.

У темні прозорі ночі у поле зору галілеївських телескопа буловидно безліч зірок, недоступних неозброєним оці. Деякі туманніплями на нічному небі виявилися скопищем слабо світяться зірок. Великимзборами нудний розташованих зірочок опинився і Чумацький шлях --білувата, слабо світиться смуга, оповивала все небо.

Недосконалість першого телескопа завадило Галілею розглянути кільця
Сатурна. Замість кілець він побачив по оді боку Сатурна два якихосьдивних придатка.

Відкриття Галілея поклали початок телескопічною астрономії. Але йоготелескопи (малюнок 1), що ухвалили остаточно нове коперніческоесвітогляд, були дуже не досконалі.

Вже за життя Галілея їм на зміну прийшли телескопи дещо іншоготипу. Винахідником нового інструменту був вже знайомий нам Іоган Кеплер. У
1611 в трактаті «Діоптріка» Кеплер дав опис телескопа, що складавсяз двох двоопуклою лінз. Сам Кеплер, будучи типовим астрономом --теоретиком, обмежився лише описом схеми нового телескопа, а перше,хто збудував таке телескоп і використав його для астрономічних цілей, бувєзуїт Шейкер, опонент Галілея в їх гарячих суперечках про природу сонячнихплям.

Галілей виготовив трубу зі збільшенням у 30 разів. Ця труба мала довжину
1245 мм; об'єктивом у неї була опукла лінза, діаметром у 53,5 мм;плосковогнутий окуляр мав діаметр В25 мм. Труба зі збільшенням у 30 разівбула кращою з труб Галілея; вона до цих пір зберігається в музеї у
Флоренції. При її допомозі Галілей зробив всі свої телескопічні відкриття.

Галілей відкрив на Місяці гори і гірські ланцюги, а також кілька темнихплям, які назвав морем. При першому ж знайомстві з поверхнею Місяця
Галілео впало в очі обізнані обставина: поверхню Місяцяздавалася схожою на поверхню Землі - на місячній поверхні (як і наземної) виявилися і великі гори, і гірські ланцюги, і моря, і долини. Галілейперший час припускав присутність на Місяці води (у морях) і атмосферноїоболонки.

В кінці 1609 і на початку 1610 років Галілей досліджував за допомогоютелескопа різні небесні об'єкти, у тому числі молочний Шлях. Арістотельвважав Чумацький Шлях атмосферним явищем. Але в телескоп Галілей відразупобачив, що сяйво Чумацького Шляху викликається незліченну скупченорозташованими зірочками. Таким чином, Чумацький шлях виявився скупченнямзірок, тобто явищем космічним, а зовсім не атмосферним.

Дивовижне відкриття зробив Галілей, спостерігаючи на початку січня 1610року планету Юпітер.

Зберігся журнал спостережень Галілея, який він почав регулярно вестиз 7 січня 1610 року. 7 січня він побачив біля Юпітера три світлізірочки; два знаходилися на схід від Юпітера, а третій - на захід. 8січня він знову направив свою трубу на Юпітер. І що ж? Розташуваннязірочок змінилося. Всі три зірочки містилися тепер на захід відпланети і ближче одна до іншої, ніж в попередні спостереження. «Вони, --пише Галілей у «Зоряному віснику», - як і раніше стояли на одній прямійлінії, але вже були розділені собою рівними проміжками ». 9 січня буловидно тільки дві, і обидві вони знаходилися на схід від Юпітера.

13 січня Галілей побачив вже чотири зірочки біля Юпітера; потім всечотири зірочки він знову спостерігав 15, 19, 20, 21, 22 і 26 січня іостаточно переконався в тому, що він зробив абсолютно несподіване відкриття:встановив існування чотирьох супутників планети Юпітер. Цих супутників
Галілей вирішив назвати «світилами Медичі», присвятивши своє відкриття герцогу
Тосканської Козімо II Медичі.

У жовтні 1610 Галілей зробив нове сенсаційне відкриття: вінпомітив фази Венери. Галілей був упевнений, що Венера має фази і ніскількине був здивований, що побачив їх. До кінця 1610 відноситься ще однечудове відкриття: Галілей побачив на диску Сонця темні плями. Ціп'ята приблизно в той же час побачили й інші: англійський математик
Гарріот (1560 - 1621), голландський астроном Іоганн Фабрицій (1587 - 1615) ієзуїт Христофор Шейнер (1575 - 1650).

Фабрицій перший сповістив вчений світ про своє відкриття, видавши налатинською мовою брошуру «Розповідь про плями, спостереженнях про Сонце, іпозірному їх переміщенні разом із Сонцем ». У цій брошурі авторстверджує, що вперше помітив пляму на диску Сонця 9 березня 1611.
Після кількох днів спостережень пляма зникло на західному краю сонячногодиска, а тижнів за два знову з'явилося на східному. З цих спостережень
Фабрицій уклав, що пляма здійснює обертання навколо Сонця. Незабаром,проте, він зрозумів, що переміщення плями по сонячному диску тількиздається, і що в дійсності саме Сонце обертається навколо осі.

Герріот побачив три чорні плями на сонячному диску 1 грудня 1610року. Нарешті, єзуїт Христофор Шейнер побачив сонячні плями в 1611 році,але не квапився з опублікуванням свого несподіваного відкриття.

Відкриття Галілея порівнювали з відкриттям Америки; писали, що поточнесторіччя буде по праву пишається відкриттям «нових небес». Назва Галілеяславилось в численних листах, на честь нього складалися оди. Вінзробив у короткий час самим знаменитим вченим Європи. Галілейдемонстрував в телескоп небесні об'єкти багатьом своїм співгромадянам івипадкових відвідувачів.

Зауваження Галілея щодо природи Місяця і відносно місячних гірі гірських ланцюгів і зроблені ним вимірювання висот місячних гір показують, що вінстояв на точці зору Коперника і Бруно. З читання «Зоряного вісника»читачі могли вивести тільки такий висновок, що Галілей, на підставісвоїх телескопічних спостережень, вважає Місяць схожої за своєю природою з
Землею.

З погляду церкви це пахло єрессю, тому що йшло в розріз звисвітлювали церквою ідеєю Арістотеля про категоричну відмінність «земного»і «небесного». У свою трубу Галілей не один раз спостерігав «попелястий світло»молодого Місяця, він, як за століття до цього і Леонардо да Вінчі, пояснивабсолютно правильно явище попелястого світла тим, що темна частинаповерхні місяця в цей час освітлюється світлом Сонця, відбитим від земноїповерхні. Галілей використав своє пояснення в чисто коперніческом дусів якості сильного аргументу на користь того пропозиції, що і заступника Земля,подібно до інших планет, є світилом. Галілей так і пише: «Придопомоги доказів і природничо-наукових висновків ми стократно підтвердили,що Земля рухається, як планета, і перевершує Місяць блиском свого світла ».
Такий висновок прямо вело до порушення основного положення вчення
Коперника, що Земля - одна з планет, які обертаються навколо Сонця. Вченірізних таборів, котрі читали «Зоряний вісник», добре це розуміли. Осьчому «Зоряний вісник» одними читався з захопленням, іншими - зогидою, як книга єретична, противна церковної традиції та фізики
Аристотеля. Говорячи про супутники Юпітера. Галілей також відкрито заявляє себекоперніканцем.

Проти відкриттів, що описані в «Зоряному віснику», посипалися друкованізаперечення. Німецька астролог Мартін Хоркі написав брошуру під заголовком:
«Дуже короткий похід проти« Зоряного вісника »». Цей твір --куховарство астролога, просякнутого вірою у свою «науку» і не бажав «віритигалілеєвих трубі », оскільки« труби породжують ілюзії ». Супутники Юпітерапридумані Галілеєм, стверджував Хоркі, «для задоволення ненаситної йогожадоби до золота ».

Інший опонент - італієць Коломбе - послав Галілею цілий трактат,де між іншим заперечував проти місячних гір і взагалі проти всякого родупідвищень і поглиблень на місяці. На думку Коломбе, що спостерігалося Галілеємна місяці прірви і западини заповнені якимось абсолютно прозоримкристалічним речовиною. Таким чином, Місяць все-таки являє собоюточну сферу, як і передбачав «великий вчитель Арістотель».

Флорентінец Франческо Сіцці теж випустив памфлет проти «Зоряноговісника ", де звів суперечки про нових несподіваних відкриття Галілея до чистобогословських тонкощів. Так, Сіцці заявляє, що в другій книзі Мойсея й начетвертому розділі книги пророка Захарія нібито міститися вказівки, щочисло планет на небі дорівнює семи. Число сім взагалі є символомдосконалості, наприклад, в голові людини - сім «отворів» (два вуха, дваочі, дві ніздрі і один рот). Аналогічно бог створив сім планет: два
«Благодійні» - Юпітер і Венеру, два «шкідливі» - Марс і Сатурн, дває «світила» - Сонце і Місяць, і одну «байдужу» - Меркурій.
Звідси Сіцці робить висновок: ніяких нових планет (тобто супутників Юпітера) неможе бути, а Галілей з його трубою грубо помилився.

Такими були аргументи тодішніх учених. Однак відкриття Галілея скоробули підтверджені. Існування супутників Юпітера констатував Иоган
Кеплер. Він описав свої спостереження у невеличкій брошурі латинською мовою:
«Розповідь Йоганна Кеплера про його спостереженнях чотирьох супутників Юпітера,яких флорентійський математик Галілей по праву відкриття назвав
МЕДИЧНИЙ світилами ». Кеплер спостерігав в досить посередню трубу.
Кілька разів на початку вересня 1610 Кеплер ясно бачив те двох, тотрьох супутників Юпітера, але у спостереженні четвертого не був впевнений. У листопаді
1610 Пейреск у Франції теж регулярно, як і Галілей, став спостерігатисупутників Юпітера, за бажання скласти таблиці їх руху. Успостереженнях йому допомагали Готьє та Гассенді. Таблиць, однак, їм скласти невдалося, Тому що спостереження їх були не досить точні.

Галілею хотілося підтвердити зроблені ним телескопічні відкриття,відвівши безглузді звинувачення його в тому, що він все це просто придумав. Незабаромйому це вдалося. Римська колегія підтвердила з деякими, дуженезначними застереженнями дійсність телескопічних відкриттів
Галілея. Отці-єзуїти римської колегії самі спостерігали дуже ретельно іретельно, записи і креслення їхніх спостережень юпітерових супутників збереглися ібули опубліковані в міланському виданні творів Галілея. Таким чином, узапеклій боротьбі між вченими-новаторами і вченими-схоластами,займали положення Аристотеля, переміг Галілей. Але його перемога надзатятими супротивниками створила йому безліч ворогів серед вченихсхоластичного табору. Католицька церква всіляко підтримувала вчення
Аристотеля, так що друковані виступи Галілея проти останньогорозцінювалося його противниками як випад проти церкви і загальноприйнятоготоді церковного миро подання. Боротьба Галілея за нову науку, занове коперніческое світогляд почалася. У наступні роки ця боротьбаще більш розгорнулася і загострилася.

Розглянемо оптичні схеми і принцип дії галілеївських ікеплеровского телескопів. Лінза А, звернена до об'єктива спостереження,називається об'єктивом, а та лінза В, до якої прикладає своє окоспостерігач - окуляром. Якщо лінза товщі посередині, ніж на краях, вонаназивається збірної або позитивною, в іншому випадку --розсіює або негативною. У телескопі самого Галілея об'єктивомслужила плосковипуклая лінза, а окуляром - плосковогнутая. По суті,галілеївських телескоп був прообразом сучасного театрального бінокля, вякому використовуються двоопуклі і двояковогнутие лінзи в телескопі
Кеплера і об'єктив і окуляр були позитивними двоопуклою лінзами.

Уявімо собі найпростішу двоопуклої лінзи, сферичніповерхні якої мають однакову кривизну. Прямі, що з'єднують центрицих поверхонь, називаються оптичною віссю лінзи. Якщо на таку лінзупадають промені, що йдуть паралельно оптичної осі, вони, переломлюються в лінзі,збираються в точці оптичної осі, званому фокусом лінзи. Відстань відцентру лінзи до її фокуса називають фокусною відстанню.

Чим більше фокусна кривизна поверхонь збиральної лінзи, тимменше її фокусна відстань. У фокусі такої лінзи завжди виходитьдійсне зображення предмета.

Інакше поводяться розсіюють, негативні лінзи. Падаючий на нихпаралельно оптичної осі пучок вони розсіюють і в фокусі такої лінзисходяться не самі промені, а їх продовження. Тому що розсіюють лінзи мають,як то кажуть, уявний фокус і дають уявне зображення.

На малюнку 2 показаний хід променів в галілеївських телескопі. Так якнебесні світила, практично кажучи, знаходяться «в нескінченності», тозображення їх виходять в фокальній площині, тобто в площині,що проходить через фокус F і перпендикулярної до оптичної осі. Тим фокусомі об'єктивом Галілей помістив розсіюють лінзу, яка давала уявне,пряме збільшення зображення MN.

Головним недоліком галілеївських телескопа було дуже мале полезору - так називають кутовий поперечник гуртка неба, видимого в телескоп.
Через це наводити телескоп на небесне світило і спостерігати його Галілеюбуло дуже важко. З цієї ж причини галілеївських телескопи після смертіїх винахідника в астрономії не вживалися і їх реліктом можна вважатисучасні театральні біноклі.

У кеплеровском телескопі (малюнок 3) зображення CD виходитьдійсне, збільшене і перевернуте. Остання обставина,незручне при спостереженнях земних предметів в астрономії несуттєво --адже в космосі немає якогось абсолютного верху або низу, а тому небеснітіла не можуть бути повернені телескопом «догори ногами».

Перше з двох головних переваг телескопа - це збільшення кутазору, під яким бачимо небесні об'єкти. Людське око здатне вокремо розрізняти дві частини предмета, якщо кутова відстань міжними не менше однієї хвилини дуги. Тому, наприклад, на Місяці неозброєнийоко розрізняє тільки великі деталі, поперечник яких перевищує 100 км.
У сприятливих умовах, коли Сонце затягнуте хмарної серпанком, на йогоповерхні вдається розглянути найбільші з сонячних плям. Ніякихінших подробиць неозброєним оком на небесних тілах не видно.
Телескоп ж збільшує кут зору в десятки і сотні разів.

Друга перевага телескопа в порівнянні з оком полягає в тому,що телескоп збирає набагато більше світла, ніж зіниця людського ока,має навіть в повній темряві діаметр не більше 8 мм. Очевидно, щокількість світла, що збирається телескопом, в стільки разів більше тогокількості, яка збирає очей, у скільки площа об'єктива більшеплощі зіниці. Інакше кажучи, це відношення дорівнює відношенню квадратівдіаметрів об'єктиву і зіниці.

Зібраний телескопом світ виходить з його окуляра концентрованимсвітловим пучком. Найменша його перетин називається вихідним зіницею. Угалілеївських труби вихідного зіниці немає. По суті, вихідне вічко - цезображення об'єктива, що створюється окуляром. Можна довести, що збільшеннятелескопа (тобто збільшення кута зору в порівнянні з неозброєнимоком) дорівнює відношенню фокусної відстані об'єктива до фокусноївідстані окуляра. Здавалося б, можна досягти будь-яких збільшень.
Теоретично це так, але практично все виглядає інакше. По-перше, чимбільше вживається в телескопі збільшення, тим менше його полі зору. По -друге, із зростанням збільшення стають все більше помітне руху повітря.
Неоднорідні повітряні струмені розмазують, псують зображення і іноді те,що видно при малих збільшеннях, пропадає для великих. Нарешті, чим більшезбільшення, тим блідіше, тьмяніше зображення небесного світила (наприклад,
Місяця). Інакше кажучи, із зростанням збільшення хоча і видно більше подробицьна Місяці, сонце і планетах, але зате зменшується поверхнева яскравість їхзображень. Є й інші перешкоди, що заважають застосовувати дуже великізбільшення (наприклад, в тисячі і десятки тисяч разів). Доводиться шукатидеякий оптимум і тому навіть у сучасних телескопах, як правило,найбільші збільшення не перевершують декількох сотень разів.

При створенні телескопів з часів Галілея дотримуються наступногоправила: вихідне вічко телескопа не повинен бути більше зіниціспостерігача. Легко здогадатися, що в іншому випадку частина світла,зібраного об'єктивом, буде марно втрачена. Дуже важливою величиною,характеризує об'єктив телескопа, є його відносний отвір,тобто відношення діаметра об'єктива телескопа до його фокусної відстані.
Світлосилою об'єктива називається квадрат відносного отвору телескопа.
Чим «світлосильні» телескоп, тобто чим більше його світлосила об'єктиву, тимбільш яскраві зображення об'єктів він дає. Кількість же світла, що збираєтьсятелескопом, залежить лише від його діаметра об'єктива (але не від світлосили). Черезза явища, що іменується в оптиці дифракцією, при спостереженнях в телескопияскраві зірки здаються невеликими дисками, оточеними декількомаконцентричними райдужними кільцями. Зрозуміло, до справжніх дисків зірокдифракційні диски ніякого відношення не мають.

Таке було скромний початок розгорнувся пізніше «Чемпіонату»телескопів - тривалої боротьби за вдосконалення цих головнихастрономічних інструментів.

2 Схема і пристрій оптичних телескопів.

Після того як в 1609 році Галілей уперше направив на небо телескоп,можливості астрономічних спостережень зросли в дуже сильному ступені.
Цей рік став початком нової ери в науці - ери телескопічною астрономії.
Телескоп Галілея за нинішніми поняттями був недосконалим, однаксучасникам здавалося чудом з чудес. Кожен, зазирнувши в нього, мігпереконається, що Місяць - це складний світ, в чому подібний до Землі, що навколо
Юпітера звертається чотири маленьких супутника, так само як Місяць навколо
Землі. Все це будило думку, змушувало замислюватися про складність Всесвіту,її матеріальності, про безліч населених світів. Винахід телескопаразом з системою Коперника відіграло чималу роль у поваленнірелігійної ідеології середньовіччя.

Винахід телескопа, як і більшість великих відкриттів, не буловипадковим, воно було підготовлено всім попереднім ходом розвитку науки ітехніки. У XVI столітті майстри-ремісники добре навчилися робити окулярнілінзи, а звідси був один крок до телескопа і мікроскопа.

Телескоп має три основні призначення:
1. Збирати випромінювання від небесних світил на приймальний пристрій (око, фотографічну платівку, спектрограф та ін);
2. Будувати у своїй фокальній площині зображення об'єкта або певної ділянки неба;
3. Допомогти розрізняти об'єкти, розташування на близькій кутовому відстані один від одного і тому нерозрізнені неозброєним оком.

Основною оптичною частиною телескопа є об'єктив, якийзбирає світло і будує зображення об'єкта або ділянки неба. Об'єктивз'єднується з прийомним пристроєм-трубою (тубус). Механічнаконструкція, що несе трубу і забезпечує її наведення на небо,називається монтуванням. Якщо приймачем світла є очей (при візуальнихспостереженнях), то обов'язково необхідний окуляр, в який розглядаєтьсязображення, побудоване об'єктивом. При фотографічних,фотоелектричних, спектральних спостереженнях окуляр не потрібен.
Видима платівка, вхідна діафрагма електрофотометр, щілинуспектрографа і т.д. встановлюються безпосередньо в фокальній площинітелескопа.

Телескоп з лінзовий об'єктивом називається рефрактор, тобтозаломлюючих телескопом. Так як світлові промені різних довжин хвильпереломлюються по-різному, то поодинока лінза дає забарвлене зображення.
Це явище називається хроматичної аберацією. Хроматична аберація взначною мірою усунуто в об'єктивах, складених з двох лінз,виготовлених із скла з різним коефіцієнтом заломлення (ахроматичнийоб'єктив або ахромат).

Закони відображення не залежить від довжини хвилі, і природно виникладумка замінити лінзовий об'єктив увігнутим сферичним дзеркалом (малюнок 4).
Такий телескоп називається рефлектором, тобто відбивних телескопом.
Перший рефлектор (діаметром всього лише в 3 см і довжиною в 15 см) бувпобудований Ньютоном в 1671 році.

СФЕРИЧНИЙ дзеркало не збирає паралельного пучка променів в точку; вонодає у фокусі кілька розлите цятка. Це спотворення називаєтьсясферичної аберацією. Якщо дзеркала надати форму параболоїда обертання, тосферична аберація зникає. Паралельний пучок, спрямований на такийПараболоїд вздовж його осі, збирається у фокусі практично без спотворень,якщо не вважати неминучого розмиття через дифракції. Тому сучаснірефлектори мають дзеркала параболоідальной або, як частіше кажуть,параболічної форми.

До кінця XIX століття основною метою телескопічних спостережень буловивчення видимих положень небесних світил. Важливу роль грали спостереженнякомет і деталей на планетних дисках. Всі ці спостереження проводилисявізуально, і Рефрактори з двулінзовим об'єктивом повністю задовольнявпотреби астрономів.

Наприкінці XIX і особливо в XX столітті характер астрономічної наукизазнав органічні зміни. Центр ваги досліджень перемістився дообласть астрофізики і зоряної астрономії. Основним предметом дослідженнястали фізичні характеристики Сонця, планет, зірок, зоряних систем.
З'явилися нові приймачі випромінювання - фотографічна пластинка іфотоелемент. Стала широко застосовуватися спектроскопія. У результатізмінилися і вимоги до телескопів.

Для астрофізичних досліджень бажано, щоб оптика телескопа ненакладала ніяких обмежень на доступний діапазон довжин хвиль: земнаатмосфера і так обмежує його дуже сильно. Тим часом скло, зякого робляться лінзи, поглинає ультрафіолетове і інфрачервоневипромінювання. Фотографічні іммульсіі і фотоелементи чутливі в більшширокій області спектру, ніж око, і тому хроматична аберація прироботі з цими приймачами позначається сильніше.

Таким чином, для астрофізичних досліджень потрібен рефлектор. Дотого ж велике дзеркало рефлектора виготовити значно легше, ніждвухлінзовий ахромат: треба обробити з оптичною точністю (до 1/8 довжинисвітлової хвилі або 0,07 мікрона для візуальних променів) одну поверхнюзамість чотирьох, і при цьому не висувається особливих вимог дооднорідності скла. Все це призвело до того, що рефлектор став основнимінструментом астрофізики. У астрометричні роботах як і ранішезастосовуються рефрактор. Причина цього полягає в тому, що рефлектори дужечутливі до малих випадковим поворотів дзеркала: так як кут падіннядорівнює куту відбиття, то поворот дзеркала на деякий кут (зміщуєзображення на кут 2 (. Аналогічний поворот об'єктива в рефракторі даєнабагато менше зсув. А так як в астрометрії треба вимірювати положеннясвітил з максимальною точністю, то вибір був зроблений на користь рефракторів.

Як уже сказано, рефлектор з параболічних дзеркалом будуєзображення дуже чітко, однак тут потрібно зробити одне застереження.
Зображення можна вважати ідеальним, поки воно залишається поблизу оптичноїосі. При видаленні від осі з'являються спотворення. Тому рефлектор з однимтоль параболічних дзеркалом не дозволяє фотографувати великих ділянокнеба розміром, скажімо, 50 x 50, а це необхідно для дослідження зорянихскупчень, галактик і галактичних туманностей. Тому, для спостережень,вимагають великого поля зору, стали будувати комбіновані дзеркально -Лінзові телескопи, в яких аберація дзеркала виправляється тонкою лінзою,часто увіолевой (сорт скла, що пропускає ультрафіолетові промені).

Дзеркала рефлекторів минулого (XVIII - XIX століттях) робилиметалевими зі спеціального сплаву, однак згодом потехнологічних причин оптики перейшли на скляні дзеркала, якіпісля оптичної обробки покривають тонкою плівкою металу, що маєвеликий коефіцієнт відображення (найчастіше алюміній).

Основними характеристики телескопа є діаметр D і фокуснавідстань F об'єктива. Чим більше діаметр, тим більший світловий потік Фзбирає телескоп:

(1)де Е - освітленість об'єктиву і S - його площа.

Іншою істотною характеристикою є відносний отвір:

(2)

Як не важко переконатися, освітленість в фокальній площині,створювана протяжним об'єктом:

(3)

Тому при фотографуванні слабких протяжних об'єктів (туманностей,комет) істотно мати більше відносний отвір. Однак ззбільшенням відносного отвору швидко зростає поза осьовіаберації. Чим більше відносний отвір, тим складніше їх усувати.
Тому відносний отвір рефлекторів зазвичай не перевищує 1:3.дзеркально-лінзовий системи і складні об'єктиви можуть забезпечити в деякихвипадках відносний отвір 1:1 і більше.

Для візуального телескопа важливий характеристикою є збільшення,рівне відношенню фокусних відстаней об'єктива й окуляра:

(4)
Якщо неозброєним оком можна розрізнити зірки з кутовим відстань неменше 2 (, то телескоп зменшує цю межу в n разів.

При фотографуванні становить інтерес масштаб зображення вфокальній площині. Він може бути виражений в кутових одиницях, що припадаютьна 1 мм. Щоб знайти масштаб зображення, потрібно знати лінійні відстані l між двома точками зображення з взаємним кутовим відстанню (.

(5)
Де F-фокусна відстань об'єктива. Висновок цієї формули зрозумілий з малюнка

При малих кутах (:

(6) якщо (у радіанах, і

(7) якщо (у градусах. Тоді масштаб зображення

(8) і якщо F виражено в мм, то l теж буде в мм. Масштаб M, у залежностівід одиниці вимірювання (, вийде в градусах на мм ((/ мм), у хвилинах дугина мм ((/ мм) або секундах дуги на мм (((/ мм).

Так, кутовий діаметр сонця і Місяця дорівнює приблизно 0 (, 5. Прифокусній відстані телескопа F = 1000 мм діаметр зображення Сонця і Місяця вйого фокальній площині складає близько 10 мм і, отже

Телескоп-рефлектор, пристосований для спостережень безпосередньо вфокусі параболічного дзеркала, називається рефлектором с?? рямим фокусом.
Часто використовуються більш складні системи рефлекторів; наприклад, за допомогоюдодаткового плоского дзеркала, встановленого перед фокусом, можнавивести фокус у бік за межі труби (ньютонівської фокус). Додатковимопуклим фокальним перед дзеркалом можна подовжити фокусна відстань івивести фокус в отвір просвердлений в центрі головного дзеркала
(кассегреновскій фокус), і т.д. деякі з таких більш складних системрефлекторів показані на малюнку. вони зручніші для приєднання прийомнихпристроїв до телескопа, але із-за додаткових відображень дають великівтрати світла.

Складною технічним завданням є наведення телескопа на об'єкт ізміщення за ним. Сучасні обсерваторії оснащені телескопами діаметром віддекількох десятків сантиметрів до декількох метрів. Найбільший в світірефлектор діяв в радянському Союзі. Він мав діаметр 6 м і встановлений нависоті 2070 м (гора Пастухова, поблизу станиці Зеленчукской на Північному
Кавказі). Наступний за розмірами рефлектор має діаметр 5 м і знаходиться в
США (обсерваторія Маунт Паломар).

монтування телескопа завжди має дві взаємно перпендикулярні осі,поворот навколо яких дозволяє навести його в будь-яку область неба. Умонтуванні, званої вертикально-азимутальної, одна з осей спрямована взеніт, інша лежить в горизонтальній площині. На ній монтуютьсяневеликі переносні телескопи. Великі телескопи, як правило,встановлюються на екваторіальній монтуванні, одна з осей якоїнаправлена в полюс світу (полярна вісь), а інша лежить в площинінебесного екватора (вісь відмінювання). Телескоп на екваторіальній монтуванніназивається екваторіалом.

Щоб стежити за небесним світилом у екваторіал, достатньоповертати його тільки навколо полярної осі в напрямку зростання годинногокута, так як відмінювання світила залишається незмінним. Цей поворотздійснюється автоматично годинниковим механізмом. Відомо кілька типівекваторіальній монтування. Телескопи помірного діаметра (до 50-100 см)часто встановлюються на «німецькій» монтуванні (малюнок), в якійполярна вісь і вісь відміни утворюють параллактичний головку, що спираєтьсяна колону. На осі відмінювання, по один бік від колони, розташовуєтьсятруба, а по інший - врівноважує її вантаж, противагу. «Англійська»монтування (малюнок) відрізняється від німецької тим, що полярна вісьспирається кінцями на дві колони, північну і південну, що надає їйдодаткову стійкість. Іноді в англійській монтуванні полярну вісьзамінює чотирикутної рамою, так що труба виявляється всередині рами
(малюнок). Подібна конструкція не дозволяє направити інструмент наполярну неба. Якщо північний (верхній) підшипник полярної осі зробити вформі підкови (малюнок), то такого обмеження не буде. Нарешті, можнавзагалі прибрати північну колону і підшипник. Тоді вийти «американська»монтування або «вилка» (малюнок).

Часовий механізм не завжди діє тільки, і при отриманніфотографій з тривалими експозиціями, до