Телескоп- рефрактор (также называемый рефрактором ) — это тип оптического телескопа , в котором в качестве объектива для формирования изображения используется линза (также называемый диоптрическим телескопом ). Конструкция преломляющего телескопа первоначально использовалась в подзорных трубах и астрономических телескопах, но также используется и в длиннофокусных объективах фотоаппаратов . Хотя большие телескопы-рефракторы были очень популярны во второй половине XIX века, для большинства исследовательских целей телескоп-рефрактор был заменен телескопом-рефлектором , который обеспечивает большую апертуру . Увеличение рефрактора рассчитывается путем деления фокусного расстояния объектива на фокусное расстояние окуляра . [1]
Телескопы-рефракторы обычно имеют линзу спереди, затем длинную трубку , а затем окуляр или приборы сзади, где изображение телескопа фокусируется. Первоначально телескопы имели одноэлементный объектив, но столетие спустя стали изготавливать двух- и даже трехэлементные линзы.
Рефракторный телескоп — это технология, которая часто применяется к другим оптическим устройствам, таким как бинокли и зум-объективы / телеобъективы / длиннофокусные объективы .
Рефракторы были самым ранним типом оптического телескопа . Первое упоминание о телескопе-рефракторе появилось в Нидерландах около 1608 года, когда производитель очков из Мидделбурга по имени Ганс Липперши безуспешно пытался его запатентовать. [2] Новость о патенте быстро распространилась, и Галилео Галилей , оказавшийся в Венеции в мае 1609 года, услышал об изобретении, сконструировал свою собственную версию и применил ее для совершения астрономических открытий. [3]
Все телескопы-рефракторы используют одни и те же принципы. Комбинация объектива 1 и окуляра 2 используется для того , чтобы собрать больше света, чем человеческий глаз способен собрать самостоятельно, сфокусировать его 5 и представить зрителю более яркое , четкое и увеличенное виртуальное изображение 6. .
Объектив телескопа-рефрактора преломляет или преломляет свет . Это преломление заставляет параллельные лучи света сходиться в фокусе ; в то время как те, которые не параллельны, сходятся в фокальной плоскости . Телескоп преобразует пучок параллельных лучей, образующий угол α с оптической осью, во второй параллельный пучок с углом β. Отношение β/α называется угловым увеличением. Он равен соотношению размеров изображений сетчатки, полученных с помощью телескопа и без него. [4]
Телескопы-рефракторы могут иметь множество различных конфигураций для коррекции ориентации изображения и типов аберраций. Поскольку изображение было сформировано за счет изгиба света или преломления, эти телескопы называются преломляющими телескопами или рефракторами .
Дизайн, который Галилео Галилей использовал ок. 1609 обычно называют телескопом Галилея . [6] Он использовал собирающую (плоско-выпуклую) линзу объектива и рассеивающую (плоско-вогнутую) линзу-окуляр (Галилей, 1610). [7] Телескоп Галилея, поскольку в его конструкции нет промежуточного фокуса, дает неперевернутое и, с помощью некоторых устройств, прямое изображение. [8]
Самый мощный телескоп Галилея общей длиной 980 миллиметров (3 фута 3 дюйма) [6] увеличивал объекты примерно в 30 раз. [8] Галилею пришлось работать с плохой технологией линз того времени, и он обнаружил, что ему приходилось использовать диафрагменные диафрагмы, чтобы уменьшить диаметр объектива (увеличить его фокусное отношение ), чтобы ограничить аберрации, поэтому его телескоп давал размытые и искаженные изображения. с узким полем зрения. [8] Несмотря на эти недостатки, телескоп все же был достаточно хорош, чтобы Галилей мог исследовать небо. Он использовал его для просмотра кратеров на Луне , [9] четырех крупнейших спутников Юпитера , [10] и фаз Венеры . [11]
Параллельные лучи света от удаленного объекта ( y ) будут сфокусированы в фокальной плоскости объектива ( F'L1/y' ). Линза (рассеивающего) окуляра ( L2 ) перехватывает эти лучи и снова делает их параллельными. Непараллельные лучи света от объекта, идущие под углом α1 к оптической оси, после прохождения через окуляр проходят под большим углом ( α2 > α1 ). Это приводит к увеличению видимого углового размера и отвечает за воспринимаемое увеличение.
Окончательное изображение ( y″ ) — это виртуальное изображение, расположенное на бесконечности и на той же высоте, что и объект.
Кеплеров телескоп , изобретенный Иоганном Кеплером в 1611 году, представляет собой усовершенствованную конструкцию Галилея. [13] В качестве окуляра используется выпуклая линза вместо вогнутой, как у Галилея. Преимущество такого расположения в том, что лучи света, выходящие из окуляра [ сомнительно ] , сходятся. Это позволяет получить гораздо более широкое поле зрения и большее вынос зрачка , но изображение для зрителя перевернуто. С помощью этой конструкции можно достичь значительно большего увеличения, но, как и в телескопе Галилея, в нем по-прежнему используется простой одноэлементный объектив, поэтому для уменьшения аберраций требуется очень высокое фокусное число [14] ( Иоганн Гевелий построил громоздкий телескоп с диафрагмой f/225). с объективом 200 миллиметров (8 дюймов) и фокусным расстоянием 46 метров (150 футов) [ 15] и даже более длинные бескамерные « воздушные телескопы » были построены). Конструкция также позволяет использовать микрометр в фокальной плоскости (для определения углового размера и/или расстояния между наблюдаемыми объектами).
Гюйгенс построил для Лондонского королевского общества воздушный телескоп с одноэлементной линзой диаметром 19 см (7,5 дюйма). [16]
Следующим важным шагом в эволюции телескопов-рефракторов стало изобретение ахроматической линзы — линзы с несколькими элементами, которая помогла решить проблемы с хроматической аберрацией и позволила использовать более короткие фокусные расстояния. Он был изобретен в 1733 году английским адвокатом по имени Честер Мур Холл , хотя он был независимо изобретен и запатентован Джоном Доллондом примерно в 1758 году. Эта конструкция позволила преодолеть необходимость в очень длинных фокусных расстояниях в преломляющих телескопах за счет использования объектива, сделанного из двух кусков стекла . с различной дисперсией , « коронкой » и « флинтовым стеклом » для уменьшения хроматических и сферических аберраций . Каждая сторона каждой детали шлифуется и полируется , а затем две детали собираются вместе. Ахроматические линзы корректируются таким образом, чтобы сфокусировать две длины волны (обычно красную и синюю) в одной плоскости.
Честер Мор Холл известен как создатель первой линзы с двойной цветокоррекцией в 1730 году. [17]
Ахроматы Доллонда были довольно популярны в 18 веке. [18] [19] Главный призыв заключался в том, что их можно было сделать короче. [19] Однако проблемы с изготовлением стекла означали, что стеклянные объективы не превышали четырех дюймов в диаметре. [19]
В конце 19 века швейцарский оптик Пьер-Луи Гинан [20] разработал способ изготовления стеклянных заготовок более высокого качества размером более четырех дюймов. [19] [21] Он передал эту технологию своему ученику Йозефу фон Фраунгоферу , который развил эту технологию, а также разработал конструкцию двойной линзы Фраунгофера. [19] Прорыв в технологии изготовления стекла привел к созданию великих рефракторов 19-го века, которые в течение десятилетия становились все больше и больше, в конечном итоге достигнув более 1 метра к концу того же столетия, прежде чем их вытеснили телескопы-рефлекторы из посеребренного стекла в астрономии.
Среди известных производителей линз XIX века: [22]
Некоторые известные дублетные рефракторы XIX века - это телескоп Джеймса Лика (91 см / 36 дюймов) и Гринвичский 28-дюймовый рефрактор (71 см). Примером более старого рефрактора является телескоп Шакбурга (конец 1700-х годов). Знаменитым рефрактором стал «Трофейный телескоп», представленный на Большой выставке 1851 года в Лондоне. Эпоха « великих рефракторов » XIX века ознаменовалась появлением больших ахроматических линз, кульминацией которых стал самый большой ахроматический рефрактор из когда-либо созданных — Большой Парижский выставочный телескоп 1900 года .
В Королевской обсерватории в Гринвиче прибор 1838 года под названием телескоп Шипшенкс включает в себя объектив Кошуа. [28] «Шипшенкс» имел линзу шириной 6,7 дюйма (17 см) и был самым большим телескопом в Гринвиче в течение примерно двадцати лет. [29]
В отчете Обсерватории за 1840 год отмечался новый на тот момент телескоп Шипшенкс с дублетом Кошуа: [30]
Мощность и общее качество этого телескопа делают его весьма желанным дополнением к инструментам обсерватории.
В 1900-х годах известным производителем оптики была компания Zeiss. [31] Пример выдающихся достижений рефракторов: более 7 миллионов человек смогли увидеть через 12-дюймовый рефрактор Цейсса в обсерватории Гриффита с момента ее открытия в 1935 году; это наибольшее количество людей, которые наблюдали в любой телескоп. [31]
Ахроматы были популярны в астрономии для составления звездных каталогов и требовали меньше ухода, чем металлические зеркала. Некоторые известные открытия с использованием ахроматов — это планета Нептун и спутники Марса .
Длинные ахроматы, несмотря на меньшую апертуру, чем более крупные рефлекторы, часто использовались в «престижных» обсерваториях. В конце 18 века каждые несколько лет появлялся более крупный и длинный рефрактор.
Например, обсерватория Ниццы дебютировала с 77-сантиметровым (30,31 дюйма) рефрактором, самым большим на тот момент, но был превзойден всего за пару лет. [32]
Апохроматические рефракторы имеют объективы, изготовленные из специальных материалов со сверхнизкой дисперсией. Они предназначены для фокусировки трех длин волн (обычно красного, зеленого и синего) в одной плоскости. Остаточная ошибка цвета (третичный спектр) может быть на порядок меньше, чем у ахроматической линзы. [33] Такие телескопы содержат в объективе элементы флюорита или специального стекла со сверхнизкой дисперсией (ED) и создают очень четкое изображение, практически лишенное хроматических аберраций. [34] Из-за необходимости использования специальных материалов при изготовлении апохроматические рефракторы обычно дороже, чем телескопы других типов с сопоставимой апертурой.
В 18 веке Доллонд, популярный производитель дублетных телескопов, также создал тройной телескоп, хотя на самом деле они не были так популярны, как двухэлементные телескопы. [19]
Одной из известных тройных целей является тройка Кука , известная своей способностью исправлять аберрации Зейдала. [35] Он признан одним из наиболее важных объективов в области фотографии. [36] [37] Триплет Кука может корректировать, используя всего три элемента, для одной длины волны сферическую аберрацию , кому , астигматизм , кривизну поля и искажение . [37]
Рефракторы страдают от остаточных хроматических и сферических аберраций . Это влияет на более короткие фокусные расстояния больше, чем на более длинные. 100 мм (4 дюйма)f/6ахроматический рефрактор, скорее всего, будет иметь значительную цветовую окантовку (обычно пурпурный ореол вокруг ярких объектов). 100 мм (4 дюйма)ж/16 имеет небольшую цветную окантовку.
При очень большой диафрагме также возникает проблема провисания линзы из-за деформации стекла под действием силы тяжести . Поскольку линзу можно удерживать на месте только за край, центр большой линзы провисает под действием силы тяжести, искажая получаемое ею изображение. Самый большой практический размер линзы телескопа-рефрактора составляет около 1 метра (39 дюймов). [38]
Существует еще одна проблема, связанная с дефектами стекла, полосами или небольшими пузырьками воздуха , попавшими внутрь стекла. Кроме того, стекло непрозрачно для определенных длин волн , и даже видимый свет тускнеет из-за отражения и поглощения, когда он пересекает границу раздела воздух-стекло и проходит через само стекло. Большинства этих проблем можно избежать или уменьшить с помощью телескопов-рефлекторов , которые могут иметь гораздо большую апертуру и которые практически заменили рефракторы для астрономических исследований.
В МКС-ВАК на корабле «Вояджер 1/2 » использовалась линза диаметром 6 см (2,36 дюйма), запущенная в космос в конце 1970-х годов, что является примером использования рефракторов в космосе. [39]
Телескопы-рефракторы были известны своим использованием в астрономии, а также для наблюдения за Землей. Многие ранние открытия Солнечной системы были сделаны с помощью синглетных рефракторов.
Преломляющая телескопическая оптика широко используется в фотографии, а также на околоземной орбите.
Одним из наиболее известных применений телескопа-рефрактора было открытие с его помощью Галилеем четырех крупнейших спутников Юпитера в 1609 году. Кроме того, несколько десятилетий спустя первые рефракторы также использовались для открытия Титана, крупнейшего спутника Сатурна, а также еще трех спутников Сатурна.
В 19 веке телескопы-рефракторы использовались для новаторских работ в области астрофотографии и спектроскопии, а соответствующий инструмент, гелиометр, впервые использовался для расчета расстояния до другой звезды. Их скромная апертура не привела к такому количеству открытий, и, как правило, апертура была настолько мала, что многие астрономические объекты просто невозможно было наблюдать до появления фотографии с длинной выдержкой, когда репутация и особенности телескопов-рефлекторов начали превосходить репутацию и особенности телескопов-рефлекторов. рефракторы. Несмотря на это, некоторые открытия включают спутники Марса, пятую луну Юпитера и множество открытий двойных звезд, включая Сириус (звезду Собаки). Рефакторинги часто использовались для позиционной астрономии, а также для других целей в фотографии и наземных наблюдениях.
Галилеевы спутники и многие другие спутники Солнечной системы были открыты с помощью одноэлементных объективов и воздушных телескопов.
Галилео Галилей открыл галилеевы спутники Юпитера в 1610 году с помощью телескопа-рефрактора. [40]
Спутник планеты Сатурн, Титан , был открыт 25 марта 1655 года голландским астрономом Христианом Гюйгенсом . [41] [42]
В 1861 году с помощью 18,5-дюймового рефракторного телескопа Дирборна было обнаружено, что у самой яркой звезды ночного неба, Сириуса, есть меньший звездный спутник.
К 18 веку рефракторы начали серьезно конкурировать со стороны рефлекторов, которые можно было сделать довольно большими и которые обычно не страдали от той же проблемы, связанной с хроматической аберрацией. Тем не менее астрономическое сообщество продолжало использовать дублетные рефракторы со скромной апертурой по сравнению с современными инструментами. Известные открытия включают спутники Марса и пятый спутник Юпитера, Амальтею .
Асаф Холл открыл Деймос 12 августа 1877 года примерно в 07:48 по всемирному координированному времени и Фобос 18 августа 1877 года в Военно-морской обсерватории США в Вашингтоне, округ Колумбия , примерно в 09:14 по Гринвичу (современные источники, используя астрономическую конвенцию , существовавшую до 1925 года , которая началась день в полдень, [43] указывают время открытия как 11 августа 14:40 и 17 августа 16:06 по среднему времени Вашингтона соответственно). [44] [45] [46]
Телескоп, использованный для открытия, представлял собой 26-дюймовый (66 см) рефрактор (телескоп с линзой), находившийся тогда в Туманном дне . [47] В 1893 году линзу перемонтировали и поместили в новый купол, где она и остается до 21 века. [48]
Спутник Юпитера Амальтея был открыт 9 сентября 1892 года Эдвардом Эмерсоном Барнардом с помощью 36-дюймового (91 см) телескопа-рефрактора в Ликской обсерватории . [49] [50] Он был обнаружен путем прямого визуального наблюдения с помощью рефрактора с двойной линзой. [40]
В 1904 году одно из открытий, сделанных с помощью Большого рефрактора Потсдама (двойного телескопа с двумя дублетами), касалось межзвездной среды . [51] Астроном профессор Хартманн из наблюдений за двойной звездой Минтака в Орионе определил, что в промежуточном пространстве находился элемент кальций . [51]
Планета Плутон была открыта путем просмотра фотографий (т.е. «пластинок» на жаргоне астрономов) в мигающем компараторе, полученном с помощью телескопа-рефрактора, астрографа с трехэлементной 13-дюймовой линзой. [52] [53]
.jpg/1280px-Chicago's_Great_Telescope_(3573567148).jpg)
Примеры некоторых из крупнейших ахроматических телескопов-рефракторов диаметром более 60 см (24 дюйма).
{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link){{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
