الأجهزة البصرية. اكتشاف النطاقات بضع كلمات حول التنفيذ المحدد للتثبيت

23.06.2020

تم تصميم نطاق الإكتشاف (التلسكوب المنكسر) لرصد الأجسام البعيدة. يتكون الأنبوب من عدستين: عدسة عينية وعدسة عينية.

التعريف 1

عدسةهي عدسة متقاربة ذات بعد بؤري طويل.

التعريف 2

العدسة- هذه عدسة ذات بعد بؤري قصير.

يتم استخدام العدسات المتقاربة أو المتباعدة كعدسة عينية.

نموذج حاسوبي للتلسكوب

باستخدام برنامج كمبيوتر، يمكنك إنشاء نموذج يوضح عمل تلسكوب كيبلر من عدستين. تم تصميم التلسكوب للرصد الفلكي. وبما أن الجهاز يعرض صورة مقلوبة، فهذا غير مناسب لعمليات الرصد الأرضية. تم تكوين البرنامج بحيث تتسع عين المراقب لمسافة لا نهائية. لذلك، يتم تنفيذ مسار تلسكوبي للأشعة في التلسكوب، أي شعاع مواز من الأشعة من نقطة بعيدة، والذي يدخل العدسة بزاوية ψ. يخرج من العدسة بنفس طريقة خروج الحزمة المتوازية تمامًا، ولكن فيما يتعلق بالمحور البصري بزاوية مختلفة φ.

التكبير الزاوي

التعريف 3

التكبير الزاوي للتلسكوبهي نسبة الزوايا ψ و φ، والتي يتم التعبير عنها بالصيغة γ = φ ψ.

توضح الصيغة التالية التكبير الزاوي للتلسكوب من خلال البعد البؤري للعدسة F 1 والعدسة العينية F 2:

γ = - ف 1 ف 2 .

العلامة السلبية التي تظهر في معادلة التكبير الزاوي أمام العدسة F1 تعني أن الصورة مقلوبة.

إذا رغبت في ذلك، يمكنك تغيير البعد البؤري F 1 وF 2 للعدسة والعدسة العينية والزاوية ψ. تتم الإشارة إلى قيم الزاوية φ والتكبير الزاوي γ على شاشة الجهاز.

إذا لاحظت وجود خطأ في النص، فيرجى تحديده والضغط على Ctrl+Enter

تحديد تكبير التلسكوب باستخدام العصا. إذا قمت بتوجيه الأنبوب إلى طاقم قريب، فيمكنك حساب عدد أقسام العصا N، المرئية بالعين المجردة، التي تتوافق مع أقسام n من الموظفين، المرئية من خلال الأنبوب. للقيام بذلك، تحتاج إلى النظر بالتناوب إلى الأنبوب وإلى السكة، وإسقاط أقسام السكة من مجال رؤية الأنبوب على السكة المرئية للعين المجردة.

تحتوي الأدوات الجيوديسية عالية الدقة على عدسات قابلة للتبديل بأطوال بؤرية مختلفة، ويتيح لك تغيير العدسة تغيير تكبير الأنبوب وفقًا لظروف المراقبة.

إن تكبير أنبوب كيبلر يساوي نسبة البعد البؤري للهدف إلى البعد البؤري للعدسة العينية.

دعونا نشير بـ γ إلى الزاوية التي تظهر بها أقسام n في الأنبوب وأقسام N بدون الأنبوب (الشكل 3.8). ثم يظهر أحد أقسام الحامل في الأنبوب بزاوية:

α = γ/ن،

وبدون أنبوب - بزاوية:

β = γ / ن.

الشكل 3.8

ومن ثم: V = N/n.

يمكن حساب تكبير الأنبوب تقريبًا باستخدام الصيغة:

الخامس = د / د، (3.11)

حيث D هو قطر مدخل العدسة؛

d هو قطر مخرج الأنبوب (ولكن ليس قطر العدسة).

مجال رؤية الأنبوب. مجال رؤية الأنبوب هو مساحة الفضاء المرئية من خلال الأنبوب عندما يكون ثابتًا. يتم قياس مجال الرؤية بالزاوية ε، التي يقع رأسها عند المركز البصري للعدسة، وتلامس الجوانب حواف فتحة العدسة (الشكل 3.9). تم تركيب فتحة بقطر d1 داخل الأنبوب في المستوى البؤري للعدسة، ومن الشكل 3.11 يتضح ما يلي:

أين

الشكل 3.9.

عادة في الأدوات الجيوديسية يأخذون d1 = 0.7 * fok، ثم بقياس الراديان:

ε = 0.7 / الخامس.

إذا تم التعبير عن ε بالدرجات، فإن:

ε = 40o/V. (3.12)

كلما زاد تكبير الأنبوب، قلت زاوية رؤيته. لذلك، على سبيل المثال، عند V = 20x ε = 2o، وعند V = 80x ε = 0.5o.

يتم تقدير دقة الأنبوب باستخدام الصيغة:

على سبيل المثال، مع V = 20x ψ = 3″; في هذه الزاوية يمكن رؤية جسم طوله 5 سم على مسافة 3.3 كم؛ ويمكن للعين البشرية رؤية هذا الجسم على مسافة 170 مترًا فقط.

شبكة من المواضيع. يعتبر التوجيه الصحيح للتلسكوب نحو جسم ما هو عندما تكون صورة الكائن موجودة تمامًا في وسط مجال رؤية التلسكوب. للقضاء على العامل الذاتي عند العثور على مركز مجال الرؤية، يتم تحديده بواسطة شبكة من الخيوط. شبكة الخيوط، في أبسط الحالات، عبارة عن ضربتين متعامدتين متبادلتين يتم تطبيقهما على لوح زجاجي متصل بغشاء الأنبوب. شبكة الخيوط تأتي في أنواع مختلفة؛ ويبين الشكل 3.10 بعضًا منها.

تحتوي شبكة الخيوط على براغي تصحيح: اثنان جانبيان (أفقيان) واثنان رأسيان. يُطلق على الخط الذي يربط بين مركز الشبكة والمركز البصري للعدسة خط البصر أو خط رؤية الأنبوب.

الشكل 3.10

تركيب الأنبوب بالعين وبالجسم. عند توجيه التلسكوب نحو جسم ما، يجب أن ترى بوضوح شبكاني وصورة الكائن في العدسة. من خلال تثبيت الأنبوب على طول العين، يتم الحصول على صورة واضحة لشبكة الخيوط؛ للقيام بذلك، حرك العدسة بالنسبة للشبكاني، وتدوير الحلقة المحززة على العدسة. يسمى وضع الأنبوب على جسم ما بتركيز الأنبوب. تختلف المسافة إلى الكائنات المعنية، ووفقًا للصيغة (3.6)، عندما يتغير a، تتغير أيضًا المسافة b إلى صورته. لكي تكون صورة الجسم واضحة عند مشاهدتها من خلال العدسة، يجب أن تكون موجودة في مستوى شبكة الخيوط. وبتحريك جزء العدسة من الأنبوب على طول المحور البصري الرئيسي، تتغير المسافة من الشبيكة إلى العدسة حتى تصبح مساوية لـ b.

تسمى الأنابيب التي يتم فيها التركيز عن طريق تغيير المسافة بين العدسة والشبكية بأنابيب التركيز الخارجية. هذه الأنابيب لها طول كبير ومتغير. فهي ليست محكمة الغلق، لذلك يدخل الغبار والرطوبة بداخلها؛ لا يركزون على الأشياء القريبة على الإطلاق. لا يتم استخدام نطاقات الإكتشاف ذات التركيز الخارجي في أدوات القياس الحديثة

الأكثر تقدمًا هي الأنابيب ذات التركيز الداخلي (الشكل 3.11)؛ يستخدمون عدسة متباعدة إضافية متحركة L2، والتي تشكل مع العدسة L1 عدسة مكافئة L. عندما تتحرك العدسة L2، تتغير المسافة بين العدسات l، وبالتالي يتغير البعد البؤري f للعدسة المكافئة. تتحرك صورة الكائن الموجود في المستوى البؤري للعدسة L أيضًا على طول المحور البصري، وعندما تصطدم بمستوى شبكاني، تصبح مرئية بوضوح في عدسة الأنبوب. الأنابيب المركزة داخليًا أقصر؛ فهي محكمة الغلق وتسمح لك بمراقبة الأشياء القريبة، وتستخدم أدوات القياس الحديثة بشكل أساسي مثل هذه التلسكوبات.

الأجهزة البصرية مع السفر بالأشعة التلسكوبية: أنبوب كيبلر وأنبوب غاليليو

الغرض من هذا العمل هو دراسة بنية أداتين بصريتين - أنبوب كيبلر وأنبوب غاليليو وقياس تكبيرهما.

أنبوب كيبلر هو نظام تلسكوبي بسيط. وتتكون من عدستين موجبتين (متقاربتين) مثبتتين بحيث يخرج الشعاع المتوازي الساقط على العدسة الأولى من العدسة الثانية بشكل متوازي أيضًا (الشكل 1).

العدسة 1 تسمى الهدف، والعدسة 2 تسمى العدسة. يتزامن التركيز الخلفي للعدسة مع التركيز الأمامي للعدسة. يسمى مسار الشعاع هذا تلسكوبيًا، وسيكون النظام البصري بؤريًا.

ويبين الشكل 2 مسار الأشعة من نقطة الجسم الواقعة خارج المحور.

المقطع AF ok عبارة عن صورة مقلوبة حقيقية لكائن ما في اللانهاية. وهكذا، فإن أنبوب كبلر ينتج صورة مقلوبة. يمكن وضع العدسة العينية بحيث تعمل كعدسة مكبرة، مما يؤدي إلى إنشاء صورة مكبرة افتراضية لجسم ما على أفضل مسافة رؤية D (انظر الشكل 3).

لتحديد مدى تكبير أنبوب كبلر، انظر إلى الشكل 4.

دع الأشعة القادمة من جسم بعيد لا نهاية له تسقط على العدسة في شعاع متوازي بزاوية -u إلى المحور البصري، واترك العدسة بزاوية u′. التكبير يساوي نسبة حجم الصورة إلى حجم الجسم، وهذه النسبة تساوي نسبة مماسات الزوايا البصرية المقابلة. وبالتالي فإن تكبير أنبوب كبلر هو:

γ = - tgu'/ tgu (1)

علامة التكبير السلبية تعني أن أنبوب كبلر ينتج صورة مقلوبة. باستخدام العلاقات الهندسية (تشابه المثلثات)، الواضحة من الشكل 4، يمكننا استخلاص العلاقة:

γ = - fob′/fok′ = -d/d′ , (2)

حيث d هو قطر إطار العدسة، وd′ هو قطر الصورة الفعلية لإطار العدسة التي أنشأتها العدسة.

يظهر تلسكوب غاليليو بشكل تخطيطي في الشكل 5.

العدسة هي عدسة سلبية (مبعثرة) 2. تتطابق بؤرتا العدسة 1 والعدسة 2 عند نقطة واحدة، وبالتالي فإن مسار الأشعة هنا تلسكوبي أيضًا. المسافة بين العدسة والعدسة تساوي الفرق بين البعد البؤري لهما. على عكس أنبوب كبلر، فإن صورة إطار العدسة التي تم إنشاؤها بواسطة العدسة العينية ستكون افتراضية. وبالنظر إلى مسار الأشعة من نقطة جسم يقع خارج المحور (الشكل 6)، نلاحظ أن أنبوب غاليليو يخلق صورة مباشرة (وليست مقلوبة) للجسم.

وباستخدام العلاقات الهندسية بنفس الطريقة التي تم اتباعها أعلاه فيما يتعلق بأنبوب كبلر، يمكن حساب تكبير أنبوب غاليليو. إذا سقطت الأشعة من جسم بعيد بلا حدود على العدسة في شعاع متوازي بزاوية -u إلى المحور البصري، وخرجت من العدسة بزاوية u′، فإن التكبير يساوي:

γ = tgu'/ tgu (3)

ويمكن أيضا أن يظهر ذلك

γ = فوب'/فوك'، (4)

تشير علامة التكبير الإيجابية إلى أن الصورة التي تم رصدها من خلال التلسكوب الجليلي مستقيمة (غير مقلوبة).

إجراءات التشغيل

الأجهزة والمواد:مقعد بصري مع العناصر البصرية التالية المثبتة في المقيِّمات: المصابيح (ليزر أشباه الموصلات والمصباح المتوهج)، المنشور المزدوج، عدستين موجبتين، وعدسة سلبية، وشاشة.

التمرين 1. قياس تكبير أنبوب كبلر.

1. قم بتثبيت ليزر أشباه الموصلات والمنشور الثنائي على المقعد البصري. يجب أن يصل شعاع الليزر إلى حافة المنشور. ثم سيخرج شعاعان من المنشور، متوازيين. يُستخدم أنبوب كيبلر لرصد الأجسام البعيدة جدًا، بحيث تصل حزم متوازية من الأشعة إلى مدخله. سيكون التناظرية لمثل هذه الحزمة المتوازية عبارة عن شعاعين يخرجان من المنشور المزدوج الموازي لبعضهما البعض. قم بقياس وتسجيل المسافة d بين هذه الأشعة.

2. بعد ذلك، قم بتجميع أنبوب كيبلر باستخدام عدسة موجبة ذات تركيز أكبر كهدف، وعدسة موجبة ذات تركيز أصغر مثل العدسة. رسم التصميم البصري الناتج. يجب أن يخرج شعاعان من العدسة، بالتوازي مع بعضهما البعض. قم بقياس وتسجيل المسافة d" بينهما.

3. احسب تكبير أنبوب كبلر كنسبة بين المسافتين d و d"، مع مراعاة علامة التكبير. واحسب خطأ القياس واكتب النتيجة مع الخطأ.

4. يمكنك قياس التكبير بطريقة أخرى. للقيام بذلك، تحتاج إلى إضاءة العدسة بمصدر ضوء آخر - مصباح متوهج والحصول على صورة حقيقية لبرميل العدسة خلف العدسة. قياس قطر برميل العدسة د وقطر صورتها د". احسب التكبير واكتبه مع مراعاة خطأ القياس.

5. احسب التكبير باستخدام الصيغة (2) كنسبة الأطوال البؤرية للعدسة والعدسة. قارن مع الزيادة المحسوبة في الفقرة 3 والفقرة 4.

المهمة 2. قياس تكبير أنبوب غاليليو.

1. قم بتثبيت ليزر أشباه الموصلات والمنشور الثنائي على المقعد البصري. يجب أن يخرج شعاعان متوازيان من المنشور. قياس وتسجيل المسافة د بينهما.

2. بعد ذلك، قم بتجميع الأنبوب الجليلي باستخدام عدسة موجبة كهدف وعدسة سلبية كعدسة عينية. رسم التصميم البصري الناتج. يجب أن يخرج شعاعان من العدسة، بالتوازي مع بعضهما البعض. قم بقياس وتسجيل المسافة d" بينهما.

3. احسب تكبير الأنبوب الجليلي كنسبة بين المسافتين d وd." احسب خطأ القياس واكتب النتيجة مع الخطأ.

4. احسب التكبير باستخدام الصيغة (4) كنسبة الأطوال البؤرية للعدسة العينية. قارن مع الزيادة المحسوبة في الخطوة 3.

أسئلة التحكم

1. ما هو مسار الشعاع التلسكوبي؟

2. كيف يختلف بوق كبلر عن بوق غاليليو؟

3. ما هي الأنظمة البصرية التي تسمى البؤرية؟

16.12.2009 21:55 | V. G. Surdin، N. L. Vasilyeva

نحتفل هذه الأيام بالذكرى الـ 400 لإنشاء التلسكوب البصري - أبسط أداة علمية وأكثرها فعالية والتي فتحت الباب أمام الكون أمام البشرية. إن شرف إنشاء التلسكوبات الأولى ينتمي بحق إلى غاليليو.

كما تعلمون، بدأ جاليليو جاليلي بإجراء التجارب على العدسات في منتصف عام 1609، بعد أن علم أنه تم اختراع تلسكوب في هولندا لاحتياجات الملاحة. تم تصنيعه في عام 1608، ربما بشكل مستقل عن بعضهم البعض، من قبل أخصائيي البصريات الهولنديين هانز ليبرشي، وجاكوب ميتيوس، وزكريا يانسن. في ستة أشهر فقط، تمكن غاليليو من تحسين هذا الاختراع بشكل كبير، وإنشاء أداة فلكية قوية على مبدأه، وإجراء عدد من الاكتشافات المذهلة.

لا يمكن اعتبار نجاح جاليليو في تحسين التلسكوب عرضيًا. لقد أصبح أساتذة الزجاج الإيطاليون مشهورين تمامًا بحلول ذلك الوقت: في القرن الثالث عشر. لقد اخترعوا النظارات. وفي إيطاليا كانت البصريات النظرية في أفضل حالاتها. ومن خلال أعمال ليوناردو دافنشي تحولت من قسم الهندسة إلى علم عملي. كتب في نهاية القرن الخامس عشر: "اصنع نظارة لعينيك حتى تتمكن من رؤية القمر بحجم كبير". من الممكن، على الرغم من عدم وجود دليل مباشر على ذلك، أن ليوناردو تمكن من تنفيذ نظام تلسكوبي.

أجرى بحثًا أصليًا حول البصريات في منتصف القرن السادس عشر. الإيطالي فرانشيسكو موروليكوس (1494-1575). كرّس مواطنه جيوفاني باتيستا دي لا بورتا (1535-1615) عملين رائعين للبصريات: "السحر الطبيعي" و"في الانكسار". حتى أنه في الأخير يقدم التصميم البصري للتلسكوب ويدعي أنه كان قادرًا على رؤية الأشياء الصغيرة على مسافة كبيرة. في عام 1609، حاول الدفاع عن الأولوية في اختراع التلسكوب، لكن الأدلة الواقعية على ذلك لم تكن كافية. ومهما كان الأمر، فقد بدأ عمل جاليليو في هذا المجال على أرض مُعدة جيدًا. ولكن، تكريمًا لأسلاف غاليليو، دعونا نتذكر أنه هو الذي صنع أداة فلكية وظيفية من لعبة مضحكة.

بدأ جاليليو تجاربه بتركيبة بسيطة من العدسة الموجبة كعدسة موضوعية والعدسة السالبة كعدسة عينية، مما يعطي تكبيرًا يصل إلى ثلاثة أضعاف. الآن يسمى هذا التصميم مناظير المسرح. هذا هو الجهاز البصري الأكثر شعبية بعد النظارات. وبطبيعة الحال، تستخدم مناظير المسرح الحديثة عدسات مغلفة عالية الجودة كعدسات وعدسات عينية، وفي بعض الأحيان تكون معقدة مكونة من عدة نظارات. أنها توفر مجال واسع للعرض وصور ممتازة. استخدم جاليليو عدسات بسيطة لكل من الهدف والعدسة. عانت تلسكوباته من انحرافات لونية وكروية شديدة، أي. أنتجت صورة كانت ضبابية عند الحواف وغير مركزة بألوان مختلفة.

ومع ذلك، لم يتوقف جاليليو، مثل الأساتذة الهولنديين، عن "مناظير المسرح"، لكنه واصل تجاربه مع العدسات، وبحلول يناير 1610، ابتكر عدة أدوات ذات تكبير من 20 إلى 33 مرة. وبمساعدتهم، قام باكتشافاته الرائعة: اكتشف أقمار كوكب المشتري والجبال والحفر على القمر، وعدد لا يحصى من النجوم في درب التبانة، وما إلى ذلك. بالفعل في منتصف مارس 1610، تم نشر عمل غاليليو باللغة اللاتينية في 550 نسخة في البندقية "Starry Messenger"، حيث تم وصف هذه الاكتشافات الأولى لعلم الفلك التلسكوبي. في سبتمبر 1610، اكتشف العالم مراحل كوكب الزهرة، وفي نوفمبر اكتشف علامات على وجود حلقة على زحل، على الرغم من أنه لم يكن لديه أي فكرة عن المعنى الحقيقي لاكتشافه ("لقد لاحظت أعلى كوكب في ثلاثة"، يكتب في الجناس الناقص، في محاولة لتأمين أولوية الاكتشاف). ربما لم يقدم أي تلسكوب في القرون اللاحقة مثل هذه المساهمة في العلوم مثل تلسكوب جاليليو الأول.

ومع ذلك، فإن عشاق علم الفلك الذين حاولوا تجميع التلسكوبات من النظارات غالبًا ما يتفاجأون بالقدرات الصغيرة لتصميماتهم، والتي من الواضح أنها أقل شأنا في "قدرات المراقبة" من تلسكوب جاليليو محلي الصنع. في كثير من الأحيان، لا يستطيع "جاليليو" الحديث حتى اكتشاف الأقمار الصناعية لكوكب المشتري، ناهيك عن مراحل كوكب الزهرة.

في فلورنسا، في متحف تاريخ العلوم (بجوار معرض الفنون الشهير أوفيزي)، يتم الاحتفاظ باثنين من التلسكوبات الأولى التي بناها جاليليو. هناك أيضًا عدسة مكسورة للتلسكوب الثالث. تم استخدام هذه العدسة من قبل غاليليو في العديد من الملاحظات في الفترة ما بين 1609-1610. وقدمه إلى الدوق الأكبر فرديناند الثاني. تم كسر العدسة لاحقًا عن طريق الخطأ. بعد وفاة غاليليو (1642)، احتفظ الأمير ليوبولد دي ميديشي بهذه العدسة، وبعد وفاته (1675) تمت إضافتها إلى مجموعة ميديشي في معرض أوفيزي. في عام 1793، تم نقل المجموعة إلى متحف تاريخ العلوم.

ومن المثير للاهتمام للغاية الإطار العاجي المزخرف الذي صنعه النحات فيتوريو كروستين للعدسة الجليلية. تتخلل أنماط الأزهار الغنية والمعقدة صور الأدوات العلمية؛ تم تضمين العديد من النقوش اللاتينية بشكل عضوي في النموذج. في الأعلى كان يوجد في السابق شريط، مفقود الآن، عليه نقش "MEDICEA SIDERA" ("نجوم Medici"). يتوج الجزء المركزي من التكوين بصورة لكوكب المشتري مع مدارات 4 من أقماره، محاطًا بالنص "CLARA DEUM SOBOLES MAGNUM IOVIS INCREMENTUM" ("جيل [شاب] مجيد من الآلهة، نسل عظيم للمشتري") . إلى اليسار واليمين يوجد الوجهان المجازيان للشمس والقمر. يقول النقش الموجود على الشريط الذي ينسج إكليلًا حول العدسة: "HIC ET PRIMUS RETEXIT MACULAS PHEBI ET IOVIS ASTRA" ("كان أول من اكتشف مواقع Phoebus (أي الشمس) ونجوم المشتري"). يوجد على الخرطوشة أدناه النص: "COELUM LINCEAE GALILEI MENTI APERTUM VITREA PRIMA HAC MOLE NON DUM VISA OSTENDIT SYDERA MEDICEA IURE AB INVENTORE DICTA SAPIENS NEMPE DOMINATUR ET ASTRIS" ("السماء، مفتوحة لعقل غاليليو الشديد، بفضل هذا" أول جسم زجاجي، أظهر النجوم، حتى يومنا هذا منذ ذلك الحين غير مرئي، وقد أطلق عليه بحق مكتشفهم Medicean. بعد كل شيء، الحكيم يحكم النجوم").

معلومات عن المعرض موجودة على الموقع الإلكتروني لمتحف تاريخ العلوم: الرابط رقم 100101؛ المرجع رقم 404001.

وفي بداية القرن العشرين، تمت دراسة تلسكوبات جاليليو المخزنة في متحف فلورنسا (انظر الجدول). حتى تم إجراء الملاحظات الفلكية معهم.

الخصائص البصرية للعدسات والعدسات الأولى لتلسكوبات غاليليو (الأبعاد بالملليمتر)

اتضح أن الأنبوب الأول كان بدقة 20 بوصة ومجال رؤية 15 بوصة. والثاني 10 و 15 على التوالي. كان تكبير الأنبوب الأول 14x والثاني 20x. إن العدسة المكسورة للأنبوب الثالث مع العدسات من الأنبوبين الأولين ستعطي تكبيرًا بمقدار 18 و 35 مرة. فهل كان بإمكان غاليليو أن يتوصل إلى اكتشافاته المذهلة باستخدام مثل هذه الأدوات غير الكاملة؟

تجربة تاريخية

هذا هو بالضبط السؤال الذي طرحه الإنجليزي ستيفن رينجوود على نفسه، ومن أجل معرفة الإجابة، قام بإنشاء نسخة طبق الأصل من أفضل تلسكوب لجاليليو (Ringwood S. D. A Galilean telescope // The Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society، 1994، المجلد 35، 1، ص 43-50). في أكتوبر 1992، أعاد ستيف رينجوود تصميم تلسكوب جاليليو الثالث وقضى عامًا في إجراء جميع أنواع الملاحظات باستخدامه. يبلغ قطر عدسة التلسكوب 58 ملم والبعد البؤري 1650 ملم. مثل جاليليو، أوقف رينجوود عدسته إلى فتحة قطرها D = 38 ملم للحصول على جودة صورة أفضل مع خسارة صغيرة نسبيًا في قوة الاختراق. كانت العدسة عبارة عن عدسة سلبية يبلغ طولها البؤري -50 ملم، مما يعطي تكبيرًا يصل إلى 33 مرة. نظرًا لأنه في تصميم التلسكوب هذا، يتم وضع العدسة أمام المستوى البؤري للعدسة، وكان الطول الإجمالي للأنبوب 1440 ملم.

يعتبر رينغوود أن أكبر عيوب تلسكوب غاليليو هو مجال رؤيته الصغير - 10 بوصات فقط، أو ثلث القرص القمري. علاوة على ذلك، عند حافة مجال الرؤية، تكون جودة الصورة منخفضة جدًا. معيار رايلي، الذي يصف حد الانعراج للقوة التحليلية للعدسة، يتوقع المرء الحصول على صور ذات جودة عند 3.5-4.0". ومع ذلك، فإن الانحراف اللوني خفضه إلى 10-20". تم تقدير قوة اختراق التلسكوب باستخدام صيغة بسيطة (2 + 5 لتر) د) ، كان من المتوقع حوالي +9.9 م. ومع ذلك، في الواقع لم يكن من الممكن اكتشاف النجوم الأضعف من +8 م.

عند مراقبة القمر، كان أداء التلسكوب جيدًا. كان من الممكن تمييز تفاصيل أكثر مما رسمها جاليليو على خرائطه القمرية الأولى. "ربما كان غاليليو رسامًا غير مهم، أم أنه لم يكن مهتمًا جدًا بتفاصيل سطح القمر؟" - رينجوود متفاجئ. أو ربما لم تكن خبرة غاليليو في صنع التلسكوبات والرصد بها واسعة بما فيه الكفاية بعد؟ ويبدو لنا أن هذا هو السبب. جودة الزجاج المصقول بأيدي غاليليو لا يمكن أن تنافس العدسات الحديثة. وبالطبع، لم يتعلم جاليليو على الفور النظر من خلال التلسكوب: فالملاحظات البصرية تتطلب خبرة كبيرة.

بالمناسبة، لماذا لم يتوصل مبتكرو التلسكوبات الأولى - الهولنديون - إلى اكتشافات فلكية؟ بعد إجراء الملاحظات باستخدام مناظير المسرح (التكبير 2.5-3.5 مرات) والمناظير الميدانية (التكبير 7-8 مرات)، ستلاحظ أن هناك فجوة بين قدراتهما. مناظير حديثة عالية الجودة 3x تجعل من الممكن (عند المراقبة بعين واحدة!) بالكاد ملاحظة أكبر الحفر القمرية؛ من الواضح أن البوق الهولندي بنفس التكبير ولكن بجودة أقل لا يمكنه القيام بذلك أيضًا. تُظهِر لنا المناظير الميدانية، التي توفر تقريبًا نفس الإمكانيات التي توفرها تلسكوبات غاليليو الأولى، القمر بكل مجده، مع العديد من الحفر. بعد أن قام بتحسين البوق الهولندي، وحقق تكبيرًا أعلى عدة مرات، تخطى جاليليو "عتبة الاكتشاف". منذ ذلك الحين، لم يفشل هذا المبدأ في العلوم التجريبية: إذا تمكنت من تحسين المعلمة الرائدة للجهاز عدة مرات، فسوف تقوم بالتأكيد باكتشاف.

وبطبيعة الحال، كان اكتشاف جاليليو الأكثر روعة هو اكتشاف أربعة أقمار صناعية لكوكب المشتري وقرص الكوكب نفسه. وعلى عكس التوقعات، فإن الجودة المنخفضة للتلسكوب لم تتداخل بشكل كبير مع عمليات رصد نظام الأقمار الصناعية لكوكب المشتري. رأى رينجوود جميع الأقمار الصناعية الأربعة بوضوح، وكان قادرًا، مثل جاليليو، على تحديد تحركاتها بالنسبة للكوكب كل ليلة. صحيح أنه لم يكن من الممكن دائمًا تركيز صورة الكوكب والقمر الصناعي جيدًا في نفس الوقت: كان الانحراف اللوني للعدسة صعبًا للغاية.

لكن بالنسبة لكوكب المشتري نفسه، فإن رينجوود، مثل جاليليو، لم يتمكن من اكتشاف أي تفاصيل على قرص الكوكب. تم غسل خطوط العرض منخفضة التباين التي تعبر كوكب المشتري على طول خط الاستواء بالكامل نتيجة للانحراف.

حصل Ringwood على نتيجة مثيرة للاهتمام للغاية عند مراقبة زحل. مثل غاليليو، عند التكبير 33 مرة، رأى فقط انتفاخات باهتة ("زوائد غامضة"، كما كتب غاليليو) على جوانب الكوكب، والتي لم يستطع الإيطالي العظيم، بالطبع، تفسيرها على أنها حلقة. ومع ذلك، أظهرت التجارب الإضافية التي أجراها Ringwood أنه عند استخدام عدسات عينية أخرى عالية التكبير، لا يزال من الممكن تمييز ميزات الحلقة الأكثر وضوحًا. لو فعل جاليليو ذلك في عصره، لكان اكتشاف حلقات زحل قد حدث قبل نصف قرن تقريبًا ولم يكن ليعود إلى هيغنز (1656).

ومع ذلك، أثبتت ملاحظات كوكب الزهرة أن غاليليو سرعان ما أصبح عالم فلك ماهر. اتضح أنه في أقصى استطالة، تكون مراحل كوكب الزهرة غير مرئية، لأن حجمها الزاوي صغير جدًا. وفقط عندما اقترب كوكب الزهرة من الأرض وفي المرحلة 0.25 وصل قطره الزاوي إلى 45 بوصة، وأصبح شكله الهلالي ملحوظًا. وفي هذا الوقت، لم تعد المسافة الزاوية بينه وبين الشمس كبيرة جدًا، وكانت عمليات الرصد صعبة.

ربما كان الشيء الأكثر إثارة للاهتمام في بحث رينجوود التاريخي هو الكشف عن فكرة خاطئة قديمة حول ملاحظات جاليليو عن الشمس. حتى الآن، كان من المقبول عمومًا أنه من المستحيل مراقبة الشمس باستخدام تلسكوب غاليلي من خلال عرض صورتها على الشاشة، لأن العدسة السلبية للعدسة العينية لا يمكنها تكوين صورة حقيقية للجسم. فقط تلسكوب كيبلر، الذي تم اختراعه بعد ذلك بقليل، والذي يتكون من عدستين إيجابيتين، جعل هذا ممكنًا. ويعتقد أن أول مرة شوهدت فيها الشمس على شاشة موضوعة خلف العدسة كان عالم الفلك الألماني كريستوف شينر (1575-1650). قام في وقت واحد وبشكل مستقل عن كبلر بإنشاء تلسكوب بتصميم مماثل في عام 1613. كيف لاحظ جاليليو الشمس؟ بعد كل شيء، هو الذي اكتشف البقع الشمسية. لفترة طويلة كان هناك اعتقاد بأن جاليليو كان يراقب ضوء النهار بعينه من خلال عدسة عينية، مستخدمًا السحب كمرشحات للضوء أو يراقب الشمس في الضباب المنخفض فوق الأفق. كان يُعتقد أن فقدان غاليليو للبصر في سن الشيخوخة كان سببه جزئيًا ملاحظاته للشمس.

ومع ذلك، اكتشف رينجوود أن تلسكوب جاليليو يمكنه أيضًا إنتاج إسقاط لائق تمامًا لصورة الشمس على الشاشة، وكانت البقع الشمسية مرئية بوضوح شديد. لاحقًا، في إحدى رسائل غاليليو، اكتشف رينجوود وصفًا تفصيليًا لملاحظات الشمس من خلال عرض صورتها على الشاشة. ومن الغريب أن هذا الظرف لم يلاحظ من قبل.

أعتقد أن كل عاشق لعلم الفلك لن يحرم نفسه من متعة "أن يصبح غاليليو" لبضعة أمسيات. للقيام بذلك، ما عليك سوى إنشاء تلسكوب جاليلي ومحاولة تكرار اكتشافات الإيطالي العظيم. عندما كان طفلا، قام أحد مؤلفي هذه المذكرة بصنع أنابيب كبلر من النظارات. وفي مرحلة البلوغ، لم يستطع المقاومة وقام ببناء أداة مشابهة لتلسكوب غاليليو. تم استخدام عدسة ملحقة بقطر 43 ملم بقوة +2 ديوبتر كعدسة، وتم أخذ عدسة ذات طول بؤري يبلغ حوالي -45 ملم من منظار مسرحي قديم. وتبين أن التلسكوب ليس قويا للغاية، حيث يبلغ التكبير 11 مرة فقط، ولكن تبين أن مجال رؤيته صغير، حيث يبلغ قطره حوالي 50 بوصة، وجودة الصورة غير متساوية، وتتدهور بشكل كبير نحو الحافة. أصبحت الصور أفضل بكثير عندما تم تقليل فتحة العدسة إلى قطر 22 ملم، وحتى أفضل - ما يصل إلى 11 ملم، وبطبيعة الحال، انخفض سطوع الصور، لكن ملاحظات القمر استفادت من ذلك.

كما هو متوقع، عند مراقبة الشمس من خلال إسقاطها على شاشة بيضاء، أنتج هذا التلسكوب بالفعل صورة لقرص الشمس. زادت العدسة السلبية البعد البؤري المكافئ للعدسة عدة مرات (مبدأ العدسة المقربة). نظرًا لعدم وجود معلومات حول الحامل ثلاثي القوائم الذي قام غاليليو بتثبيت تلسكوبه عليه، لاحظ المؤلف وهو يحمل التلسكوب بين يديه، واستخدم جذع شجرة أو سياجًا أو إطار نافذة مفتوحًا كمقبض يدوي. عند التكبير 11x كان هذا كافيًا، ولكن عند التكبير 30x من الواضح أن جاليليو قد يواجه مشكلات.

يمكننا أن نعتبر أن التجربة التاريخية لإعادة إنشاء التلسكوب الأول كانت ناجحة. نحن نعلم الآن أن تلسكوب غاليليو كان أداة غير مريحة وسيئة إلى حد ما من وجهة نظر علم الفلك الحديث. في جميع النواحي، كان أدنى من أدوات الهواة الحالية. كان لديه ميزة واحدة فقط - لقد كان الأول، وقام خالقه جاليليو "بإخراج" كل ما هو ممكن من أدواته. ولهذا نكرم غاليليو وتلسكوبه الأول.

كن غاليليو

تم إعلان العام الحالي 2009 سنة دولية لعلم الفلك تكريما للذكرى الـ400 لميلاد التلسكوب. بالإضافة إلى المواقع الموجودة، ظهرت العديد من المواقع الرائعة الجديدة على شبكة الكمبيوتر مع صور مذهلة للأشياء الفلكية.

ولكن بغض النظر عن مدى تشبع مواقع الإنترنت بالمعلومات المثيرة للاهتمام، كان الهدف الرئيسي لـ MHA هو إظهار الكون الحقيقي للجميع. ولذلك، كان من بين المشاريع ذات الأولوية إنتاج تلسكوبات غير مكلفة، في متناول الجميع. الأكثر شعبية كان "الغاليليوسكوب" - وهو منكسر صغير صممه علماء فلك بصريون محترفون للغاية. هذه ليست نسخة طبق الأصل من تلسكوب غاليليو، بل هي تناسخ حديث له. يحتوي "الجاليلوسكوب" على عدسة زجاجية ذات عدستين لونيتين يبلغ قطرها 50 ملم وطول بؤري 500 ملم. توفر العدسة البلاستيكية المكونة من أربعة عناصر تكبيرًا يصل إلى 25x، كما توفر عدسة Barlow 2x تكبيرًا يصل إلى 50x. مجال رؤية التلسكوب هو 1.5 درجة (أو 0.75 درجة مع عدسة بارلو). مع مثل هذه الأداة، من السهل "تكرار" جميع اكتشافات جاليليو.

ومع ذلك، فإن جاليليو نفسه، مع مثل هذا التلسكوب، كان سيجعلها أكبر بكثير. سعر الأداة الذي يتراوح بين 15 و20 دولارًا يجعلها ميسورة التكلفة حقًا. ومن المثير للاهتمام، أنه مع العدسة الإيجابية القياسية (حتى مع عدسة بارلو)، فإن "غاليليوسكوب" هو في الواقع أنبوب كبلر، ولكن عند استخدام عدسة بارلو فقط كعدسة عينية، فإنه يرقى إلى مستوى اسمه، ليصبح أنبوبًا غاليليو 17x. إن تكرار اكتشافات الإيطالي العظيم في مثل هذا التكوين (الأصلي!) ليس بالمهمة السهلة.

هذه أداة مريحة للغاية وواسعة الانتشار ومناسبة للمدارس وعشاق علم الفلك المبتدئين. سعره أقل بكثير من سعر التلسكوبات الموجودة سابقًا ذات القدرات المماثلة. سيكون من المرغوب فيه للغاية شراء مثل هذه الأدوات لمدارسنا.

ليست أشياء بعيدة جدا؟

لنفترض أننا نريد إلقاء نظرة فاحصة على جسم قريب نسبيًا. بمساعدة أنبوب كيبلر، يصبح هذا ممكنًا تمامًا. في هذه الحالة، ستكون الصورة التي تنتجها العدسة أبعد قليلاً من المستوى البؤري الخلفي للعدسة. ويجب وضع العدسة بحيث تكون هذه الصورة في المستوى البؤري الأمامي للعدسة (الشكل 17.9) (إذا أردنا إجراء ملاحظات دون إجهاد رؤيتنا).

المشكلة 17.1.تم ضبط أنبوب كيبلر على ما لا نهاية. بعد أن يتم نقل العدسة العينية لهذا الأنبوب بعيدًا عن العدسة على مسافة D ل= 0.50 سم، أصبحت الأجسام الموجودة على مسافة مرئية بوضوح من خلال الأنبوب د. تحديد هذه المسافة إذا كان البعد البؤري للعدسة F 1 = 50.00 سم.

وبعد تحريك العدسة أصبحت هذه المسافة متساوية

و = و 1+د ل= 50.00 سم + 0.50 سم = 50.50 سم.

دعونا نكتب صيغة العدسة للهدف:

إجابة: د» 51 م.

قف! قرر بنفسك: B4، C4.

بوق جاليليو

لم يتم تصميم التلسكوب الأول من قبل كيبلر، ولكن من قبل العالم الإيطالي والفيزيائي والميكانيكي وعالم الفلك غاليليو غاليلي (1564-1642) في عام 1609. في تلسكوب غاليليو، على عكس تلسكوب كيبلر، العدسة ليست مجموعة، ولكن نثرالعدسة، وبالتالي فإن مسار الأشعة فيها أكثر تعقيدًا (الشكل 17.10).

الأشعة القادمة من جسم ما أ.ب، تمر عبر العدسة - عدسة مجمعة عن 1، وبعد ذلك تشكل حزمًا متقاربة من الأشعة. إذا كان العنصر أ.ب- بعيدة بلا حدود، ثم صورتها الفعلية أبيجب أن يكون في المستوى البؤري للعدسة. علاوة على ذلك، سيتم تصغير هذه الصورة وعكسها. ولكن في مسار الحزم المتقاربة توجد عدسة عينية - عدسة متباعدة عن 2، والتي الصورة أبهو مصدر وهمي. تقوم العدسة بتحويل شعاع الأشعة المتقارب إلى شعاع متباين وتخلقه الصورة الافتراضية المباشرة أ¢ في¢.

أرز. 17.10

زاوية الرؤية ب التي نرى فيها الصورة أ 1 في 1، أكبر بوضوح من الزاوية البصرية التي يكون فيها الجسم مرئيًا أ.ببالعين المجردة.

قارئ: الأمر صعب للغاية إلى حدٍ ما... كيف يمكننا حساب التكبير الزاوي للأنبوب؟

أرز. 17.11

العدسة تعطي صورة حقيقية أ 1 في 1 في المستوى البؤري. الآن دعونا نتذكر العدسة - العدسة المتباعدة التي يتم من خلالها الصورة أ 1 في 1 مصدر وهمي.

دعونا نبني صورة لهذا المصدر الوهمي (الشكل 17.12).

1. لنرسم شعاعًا في 1 عنمن خلال المركز البصري للعدسة - لا ينكسر هذا الشعاع.

أرز. 17.12

2. دعونا نستخلص من هذه النقطة في 1 شعاع في 1 مع، بالتوازي مع المحور البصري الرئيسي. حتى التقاطع مع العدسة (القسم قرص مضغوط) هو شعاع حقيقي جدا، وفي المنطقة د 1 هو خط "عقلي" بحت - إلى هذه النقطة في 1 في الواقعشعاع قرص مضغوطلا يصل! وينكسر بحيث استمراريمر الشعاع المنكسر عبر البؤرة الأمامية الرئيسية للعدسة المتباعدة - النقطة F 2 .

تقاطع الشعاع 1 مع استمرار شعاع 2 تشكل نقطة في 2- صورة خيالية لمصدر وهمي في 1 . الهبوط من نقطة في 2 عمودي على المحور البصري الرئيسي نحصل على نقطة أ 2 .

لاحظ الآن الزاوية التي تُرى بها الصورة من العدسة أ 2 في 2 هي الزاوية أ 2 أوب 2 = ب. من د أ 1 أوب 1 زاوية. الحجم | د| يمكن العثور عليها من صيغة العدسة العينية: هنا خيالييعطي المصدر خياليالصورة في عدسة متباعدة، فصيغة العدسة هي:

إذا أردنا أن تكون المراقبة ممكنة دون إجهاد العين، صورة افتراضية أ 2 فييجب "إرسال" رقم 2 إلى ما لا نهاية: | F| ® ¥. ثم ستظهر حزم متوازية من الأشعة من العدسة. والمصدر وهمي أ 1 فيللقيام بذلك، يجب أن يكون 1 في المستوى البؤري الخلفي للعدسة المتباعدة. في الحقيقة متى | F | ® ¥

تظهر هذه الحالة "المحدودة" بشكل تخطيطي في الشكل 1. 17.13.

من د أ 1 عن 1 في 1

ح 1 = F 1 أ، (1)

من د أ 1 عن 2 في 1

ح 1 = |F 1 |ب، (2)

دعونا نساوي الطرفين الأيمن من المتساويتين (1) و (2)، نحصل على ذلك

إذن، حصلنا على التكبير الزاوي لأنبوب غاليليو

وكما نرى، فإن الصيغة مشابهة جدًا للصيغة المقابلة (17.2) لأنبوب كبلر.

طول أنبوب غاليليو، كما هو واضح من الشكل. 17.13 يساوي

ل = ف 1 – |F 2 |. (17.14)

المشكلة 17.2.عدسة مناظير المسرح هي عدسة متقاربة ذات بعد بؤري F 1 = 8.00 سم والعدسة العينية عبارة عن عدسة متباعدة ذات البعد البؤري F 2 = -4.00 سم . ما المسافة بين العدسة والعدسة إذا كانت الصورة ترى من مسافة أفضل رؤية؟ ما هو المقدار الذي تحتاجه لتحريك العدسة العينية حتى يمكن مشاهدة الصورة بعين مضبوطة إلى ما لا نهاية؟

فيما يتعلق بالعدسة، تلعب هذه الصورة دور مصدر وهمي يقع على مسافة أخلف مستوى العدسة. صورة افتراضية س 2 نظرا للعدسة على مسافة د 0 أمام الطائرة العدسة، حيث د 0 – المسافة من أفضل رؤية للعين العادية.

دعونا نكتب صيغة العدسة للعدسة العينية:

المسافة بين العدسة والعدسة كما هو موضح في الصورة. 17.14 يساوي

ل = F 1 – أ= 8.00 – 4.76 » 3.24 سم.

وفي حالة استيعاب العين إلى ما لا نهاية فإن طول الأنبوب حسب الصيغة (17.4) يساوي

ل 1 = F 1 – |F 2 | = 8.00 – 4.00 » 4.00 سم.

وبالتالي فإن إزاحة العدسة هي

د ل = ل - ل 1 = 4.76 – 4.00 » 0.76 سم.

إجابة: ل» 3.24 سم؛ د ل» 0.76 سم.

قف! قرر بنفسك: B6، C5، C6.

قارئ: هل يستطيع بوق غاليليو إنتاج صورة على الشاشة؟

أرز. 17.15

نحن نعلم أن العدسة المتباعدة لا يمكنها إنتاج صورة حقيقية إلا في حالة واحدة: إذا كان المصدر الوهمي يقع خلف العدسة أمام التركيز الخلفي (الشكل 17.15).

المشكلة 17.3.تنتج عدسة التلسكوب الجليلي صورة حقيقية للشمس في المستوى البؤري. في أي مسافة بين العدسة والعدسة يمكن الحصول على صورة للشمس على الشاشة بقطر أكبر بثلاث مرات من الصورة الفعلية التي يمكن الحصول عليها بدون العدسة؟ البعد البؤري للعدسة F 1 = 100 سم، العدسة – F 2 = -15 سم.

يتم إنشاء العدسة المتباينة على الشاشة حقيقيصورة هذا المصدر الخيالي هي قطعة أ 2 في 2. على الصورة ر 1 هو نصف قطر الصورة الفعلية للشمس على الشاشة، و ر– نصف قطر الصورة الفعلية للشمس التي تم إنشاؤها بواسطة العدسة فقط (في حالة عدم وجود عدسة عينية).

من التشابه د أ 1 أوب 1 و د أ 2 أوب 2 نحصل على: