Spoting scope (refraktorski teleskop) dizajniran je za posmatranje udaljenih objekata. Cev se sastoji od 2 sočiva: objektiva i okulara.

Definicija 1

Objektiv je konvergentno sočivo sa velikom žižnom daljinom.

Definicija 2

Okular- Ovo je objektiv sa kratkom žižnom daljinom.

Konvergentna ili divergentna sočiva se koriste kao okular.

Kompjuterski model teleskopa

Pomoću kompjuterskog programa možete kreirati model koji pokazuje rad Kepler teleskopa od 2 sočiva. Teleskop je dizajniran za astronomska posmatranja. Budući da uređaj prikazuje obrnutu sliku, to je nezgodno za posmatranja sa zemlje. Program je konfigurisan tako da je oko posmatrača prilagođeno beskonačnoj udaljenosti. Stoga se u teleskopu izvodi teleskopska putanja zraka, odnosno paralelni snop zraka iz udaljene tačke, koji ulazi u sočivo pod uglom ψ. Iz okulara izlazi na potpuno isti način kao i paralelni snop, ali u odnosu na optičku os pod drugim uglom φ.

Kutno uvećanje

Definicija 3

Kutno povećanje teleskopa je omjer uglova ψ i φ, koji se izražava formulom γ = φ ψ.

Sljedeća formula pokazuje ugaono povećanje teleskopa kroz žižnu daljinu sočiva F 1 i okulara F 2:

γ = - F 1 F 2 .

Negativan znak koji se pojavljuje u formuli za ugaono povećanje ispred F 1 sočiva znači da je slika okrenuta naopako.

Ako želite, možete promijeniti žižne daljine F 1 i F 2 sočiva i okulara i ugao ψ. Vrijednosti ugla φ i kutnog povećanja γ prikazane su na ekranu uređaja.

Ako primijetite grešku u tekstu, označite je i pritisnite Ctrl+Enter

Određivanje povećanja teleskopa pomoću štapa. Ako usmjerite cijev na obližnji štap, možete izbrojati koliko odjeljaka štapa N, vidljivih golim okom, odgovara n odjeljaka štapa, vidljivih kroz cijev. Da biste to učinili, morate naizmjenično gledati u cijev i u šinu, projektirajući dijelove šine iz vidnog polja cijevi na šinu vidljivu golim okom.

Geodetski instrumenti visoke preciznosti imaju izmjenjive okulare s različitim žižnim daljinama, a promjena okulara omogućava promjenu povećanja cijevi ovisno o uvjetima posmatranja.

Uvećanje Keplerove cijevi jednako je omjeru žižne daljine objektiva i žižne daljine okulara.

Označimo sa γ ugao pod kojim su vidljive n podjela na cijev i N podjela bez cijevi (slika 3.8). Tada je jedna podjela stalka vidljiva u cijevi pod uglom:

α = γ/n,

i bez cijevi - pod uglom:

β = γ / N.

Sl.3.8

Dakle: V = N/n.

Uvećanje cijevi može se približno izračunati pomoću formule:

V = D/d, (3.11)

gdje je D ulazni prečnik sočiva;

d je prečnik izlaza cevi (ali ne i prečnik okulara).

Vidno polje cijevi. Vidno polje cijevi je područje vidljivo kroz cijev kada miruje. Vidno polje se meri uglom ε, čiji vrh leži u optičkom centru sočiva, a strane dodiruju ivice otvora blende (slika 3.9). Unutar cijevi u fokalnoj ravni sočiva ugrađen je otvor prečnika d1. Sa slike 3.11 je jasno da:

gdje

Sl.3.9.

Obično u geodetskim instrumentima uzimaju d1 = 0,7 * fok, zatim u radijanskoj mjeri:

ε = 0,7 / V.

Ako je ε izraženo u stepenima, tada:

ε = 40o/V. (3.12)

Što je veće povećanje cijevi, manji je njen ugao gledanja. Tako, na primjer, pri V = 20x ε = 2o, a pri V = 80x ε = 0,5o.

Rezolucija cijevi se procjenjuje pomoću formule:

Na primjer, sa V = 20x ψ = 3″; pod ovim uglom vidljiv je objekt veličine 5 cm na udaljenosti od 3,3 km; ljudsko oko može vidjeti ovaj objekt na udaljenosti od samo 170 m.

Mreža niti. Ispravnim usmjeravanjem teleskopa prema objektu smatra se kada se slika objekta nalazi tačno u centru vidnog polja teleskopa. Da bi se uklonio subjektivni faktor pri pronalaženju centra vidnog polja, označen je mrežom niti. Mreža niti je, u najjednostavnijem slučaju, dva međusobno okomita poteza nanesena na staklenu ploču, koja je pričvršćena na membranu cijevi. Mreža niti dolazi u različitim vrstama; Slika 3.10 prikazuje neke od njih.

Mreža niti ima korekcijske zavrtnje: dva bočna (horizontalna) i dva vertikalna. Linija koja povezuje centar končanice i optički centar sočiva naziva se vidna linija ili linija vida cijevi.

Sl.3.10

Ugradnja cijevi na oko i po objektu. Prilikom usmjeravanja teleskopa prema objektu, morate istovremeno jasno vidjeti ciljnu mrežu i sliku objekta u okularu. Postavljanjem cijevi duž oka postiže se jasna slika mreže niti; Da biste to učinili, pomaknite okular u odnosu na končanicu, rotirajući užljebljeni prsten na okularu. Pozicioniranje cijevi na objektu naziva se fokusiranje cijevi. Udaljenost do predmetnih objekata varira, a prema formuli (3.6), kada se promijeni a, mijenja se i udaljenost b do njegove slike. Da bi slika objekta bila jasna kada se gleda kroz okular, mora se nalaziti u ravni mreže niti. Pomicanjem okularnog dijela cijevi duž glavne optičke ose mijenja se udaljenost od konca do sočiva sve dok ne postane jednaka b.

Cijevi kod kojih se fokusiranje postiže promjenom udaljenosti između sočiva i konca zovu se cijevi za eksterno fokusiranje. Takve cijevi imaju veliku i, osim toga, promjenjivu dužinu; nisu hermetički hermetički, pa prašina i vlaga uđu u njih; Uopšte se ne fokusiraju na bliske objekte. U savremenim mernim instrumentima se ne koriste niski s eksternim fokusom

Naprednije su cijevi sa unutrašnjim fokusiranjem (slika 3.11); koriste dodatno pokretno divergentno sočivo L2, koje zajedno sa sočivom L1 čini ekvivalentno sočivo L. Kada se sočivo L2 pomjera, razmak između sočiva l se mijenja i, prema tome, mijenja se žižna daljina f ekvivalentnog sočiva. Slika predmeta, koja se nalazi u fokalnoj ravni sočiva L, takođe se kreće duž optičke ose, a kada udari u ravan konca, postaje jasno vidljiva u okularu cevi. Unutrašnje fokusirane cevi su kraće; oni su zapečaćeni i omogućavaju vam da promatrate bliske objekte; moderni mjerni instrumenti uglavnom koriste takve teleskope.

OPTIČKI INSTRUMENTI SA TELESKOPSKIM PUTOVANJEM ZRAKA: KEPLEROVA CIJEV I GALILEOVA CIJEV

Svrha ovog rada je proučavanje strukture dva optička instrumenta - Keplerove cijevi i Galileove cijevi i mjerenje njihovih uvećanja.

Keplerova cijev je jednostavan teleskopski sistem. Sastoji se od dva pozitivna (konvergentna) sočiva postavljena tako da paralelni snop koji pada na prvo sočivo izlazi i iz drugog sočiva paralelno (slika 1).

Objektiv 1 se naziva objektiv, sočivo 2 se naziva okular. Stražnji fokus sočiva se poklapa sa prednjim fokusom okulara. Ova putanja zraka se naziva teleskopska, a optički sistem će biti afokalni.

Slika 2 prikazuje putanju zraka iz tačke objekta koja leži izvan ose.

Segment AF ok je prava obrnuta slika objekta u beskonačnosti. Tako Keplerova cijev proizvodi obrnutu sliku. Okular se može postaviti tako da djeluje kao lupa, stvarajući virtuelnu uvećanu sliku objekta na najboljoj udaljenosti gledanja D (vidi sliku 3).

Da biste odredili povećanje Keplerove cijevi, razmotrite sliku 4.

Neka zraci iz beskonačno udaljenog objekta padaju na sočivo u paralelnom snopu pod uglom -u prema optičkoj osi, a okular napuste pod uglom u′. Uvećanje je jednako omjeru veličine slike i veličine objekta, a ovaj omjer je jednak omjeru tangenta odgovarajućih vidnih uglova. Dakle, povećanje Keplerove cijevi je:

γ = - tgu′/ tgu (1)

Negativan znak povećanja znači da Keplerova cijev proizvodi obrnutu sliku. Koristeći geometrijske odnose (sličnost trokuta), očigledne sa slike 4, možemo izvesti odnos:

γ = - fob′/fok′ = -d/d′ , (2)

gdje je d prečnik okvira sočiva, d′ je prečnik stvarne slike okvira sočiva koju stvara okular.

Galileov teleskop je šematski prikazan na slici 5.

Okular je negativno (rasipajuće) sočivo 2. Fokusi sočiva 1 i okulara 2 se u jednoj tački poklapaju, tako da je putanja zraka i ovdje teleskopska. Udaljenost između sočiva i okulara jednaka je razlici njihovih žižnih daljina. Za razliku od Keplerove cijevi, slika okvira sočiva koju stvara okular bit će virtualna. Uzimajući u obzir putanju zraka iz tačke objekta koja leži izvan ose (slika 6), primjećujemo da Galileova cijev stvara direktnu (ne obrnutu) sliku objekta.

Koristeći geometrijske odnose na isti način kao što je gore urađeno za Keplerovu cijev, može se izračunati uvećanje Galilejeve cijevi. Ako zraci iz beskonačno udaljenog objekta padaju na sočivo u paralelnom snopu pod uglom -u u odnosu na optičku os, i izlaze iz okulara pod uglom u′, tada je povećanje jednako:

γ = tgu′/ tgu (3)

To se takođe može pokazati

γ = fob′/fok′, (4)

Pozitivan znak povećanja ukazuje na to da je slika posmatrana kroz Galilejev teleskop uspravna (nije invertirana).

OPERATIVNI POSTUPAK

Uređaji i materijali: optička klupa sa sljedećim optičkim elementima ugrađenim u omjere: iluminatori (poluprovodnički laser i žarulja sa žarnom niti), biprizma, dva pozitivna sočiva, negativna sočiva, ekran.

VJEŽBA 1. Mjerenje povećanja Keplerove cijevi.

1. Instalirajte poluprovodnički laser i biprizmu na optičku klupu. Laserski snop mora pogoditi ivicu biprizme. Tada će dvije grede izaći iz biprizme, koje idu paralelno. Keplerova cijev se koristi za posmatranje veoma udaljenih objekata, tako da na njen ulaz dolaze paralelni snopovi zraka. Analog takvog paralelnog snopa bit će dvije zrake koje izlaze iz biprizme paralelno jedna s drugom. Izmjerite i zabilježite udaljenost d između ovih zraka.

2. Zatim sastavite Keplerovu cijev koristeći pozitivno sočivo sa većim fokusom kao objektiv i pozitivno sočivo sa manjim fokusom kao okular. Skicirajte rezultirajući optički dizajn. Iz okulara trebaju izaći dvije zrake, paralelne jedna s drugom. Izmjerite i zabilježite udaljenost d" između njih.

3. Izračunajte uvećanje Keplerove cijevi kao omjer udaljenosti d i d", uzimajući u obzir predznak povećanja. Izračunajte grešku mjerenja i upišite rezultat sa greškom.

4. Uvećanje možete izmjeriti na drugi način. Da biste to učinili, potrebno je osvijetliti sočivo drugim izvorom svjetlosti - lampom sa žarnom niti i dobiti stvarnu sliku cijevi sočiva iza okulara. Izmjerite prečnik cevi sočiva d i prečnik njegove slike d". Izračunajte uvećanje i zapišite ga uzimajući u obzir grešku merenja.

5. Izračunajte uvećanje koristeći formulu (2) kao omjer žižnih daljina sočiva i okulara. Uporedite sa povećanjem izračunatim u stavu 3 i stavu 4.

ZADATAK 2. Mjerenje uvećanja Galilejeve cijevi.

1. Instalirajte poluprovodnički laser i biprizmu na optičku klupu. Iz biprizme bi trebale izaći dvije paralelne grede. Izmjerite i zabilježite udaljenost d između njih.

2. Zatim sastavite Galilejevu cijev koristeći pozitivno sočivo kao objektiv i negativno sočivo kao okular. Skicirajte rezultirajući optički dizajn. Iz okulara trebaju izaći dvije zrake, paralelne jedna s drugom. Izmjerite i zabilježite udaljenost d" između njih.

3. Izračunajte uvećanje Galilejeve cijevi kao omjer udaljenosti d i d." Izračunajte grešku mjerenja i zapišite rezultat s greškom.

4. Izračunajte uvećanje koristeći formulu (4) kao omjer žižnih daljina sočiva okulara. Uporedite sa povećanjem izračunatim u koraku 3.

KONTROLNA PITANJA

1. Šta je to teleskopska putanja zraka?

2. Po čemu se Keplerova truba razlikuje od Galilejeve trube?

3. Koji optički sistemi se nazivaju afokalni?

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

Ovih dana obilježavamo 400. godišnjicu stvaranja optičkog teleskopa – najjednostavnijeg i najefikasnijeg naučnog instrumenta koji je čovječanstvu otvorio vrata u svemir. Čast stvaranja prvih teleskopa s pravom pripada Galileju.

Kao što znate, Galileo Galilei je počeo da eksperimentiše sa sočivima sredinom 1609. godine, nakon što je saznao da je u Holandiji izumljen nišan za potrebe navigacije. Napravili su ga 1608. godine, vjerovatno nezavisno jedan od drugog, holandski optičari Hans Lippershey, Jacob Metius i Zechariah Jansen. Za samo šest mjeseci, Galileo je uspio značajno unaprijediti ovaj izum, stvoriti moćan astronomski instrument na njegovom principu i napraviti niz nevjerovatnih otkrića.

Galilejev uspjeh u poboljšanju teleskopa ne može se smatrati slučajnim. Italijanski majstori stakla su u to vreme već postali veoma poznati: još u 13. veku. izmislili su naočare. A u Italiji je teorijska optika bila u svom najboljem izdanju. Kroz djela Leonarda da Vinčija, ona se iz dijela geometrije pretvorila u praktičnu nauku. „Napravi naočare za oči kako bi mogao da vidiš veliki mesec“, pisao je krajem 15. veka. Moguće je, iako nema direktnih dokaza za to, da je Leonardo uspio implementirati teleskopski sistem.

Sredinom 16. vijeka izvršio je originalna istraživanja optike. Italijan Francesco Maurolicus (1494-1575). Njegov sunarodnik Giovanni Batista de la Porta (1535-1615) posvetio je dva veličanstvena djela optici: “Prirodna magija” i “O lomu”. U potonjem čak daje optički dizajn teleskopa i tvrdi da je mogao vidjeti male objekte na velikoj udaljenosti. Godine 1609. pokušava odbraniti prednost u pronalasku teleskopa, ali činjenični dokazi za to nisu bili dovoljni. Kako god bilo, Galilejev rad u ovoj oblasti započeo je na dobro pripremljenom terenu. Ali, odajući počast Galileovim prethodnicima, prisjetimo se da je upravo on napravio funkcionalni astronomski instrument od smiješne igračke.

Galileo je započeo svoje eksperimente jednostavnom kombinacijom pozitivnog sočiva kao objektiva i negativnog sočiva kao okulara, dajući trostruko povećanje. Sada se ovaj dizajn zove kazališni dvogled. Ovo je najpopularniji optički uređaj nakon naočara. Naravno, moderni kazališni dvogledi koriste visokokvalitetna obložena sočiva kao sočiva i okulare, ponekad čak i složena od nekoliko naočara. Pružaju široko vidno polje i odlične slike. Galileo je koristio jednostavna sočiva i za objektiv i za okular. Njegovi teleskopi su patili od jakih hromatskih i sfernih aberacija, tj. proizveo sliku koja je bila mutna na rubovima i nefokusirana u raznim bojama.

Međutim, Galileo nije stao, poput holandskih majstora, sa "kazališnim dvogledom", već je nastavio eksperimente sa sočivima i do januara 1610. godine stvorio nekoliko instrumenata sa uvećanjem od 20 do 33 puta. Uz njihovu pomoć došao je do svojih izuzetnih otkrića: otkrio je satelite Jupitera, planine i kratere na Mjesecu, mirijade zvijezda u Mliječnom putu, itd. Već sredinom marta 1610. Galilejevo djelo je objavljeno na latinskom jeziku u 550 primjeraka u Veneciji. Zvjezdani glasnik”, gdje su opisana ova prva otkrića teleskopske astronomije. U septembru 1610. naučnik je otkrio faze Venere, au novembru je otkrio znakove prstena na Saturnu, iako nije imao pojma o pravom značenju svog otkrića („Promatrao sam najvišu planetu u tri,“ piše u anagram, pokušavajući osigurati prioritet otkrića). Možda ni jedan teleskop u narednim vekovima nije dao toliki doprinos nauci kao Galilejev prvi teleskop.

Međutim, oni ljubitelji astronomije koji su pokušali sastaviti teleskope od naočala za naočale često su iznenađeni malim mogućnostima njihovih dizajna, koji su očito inferiorniji u "mogućnostima promatranja" u odnosu na Galileov teleskop domaće izrade. Često moderni "Galileos" ne može da otkrije ni satelite Jupitera, a da ne spominjemo faze Venere.

U Firenci, u Muzeju istorije nauke (pored čuvene galerije Ufici), čuvaju se dva teleskopa među prvima koje je napravio Galileo. Tu je i slomljeno sočivo trećeg teleskopa. Ovo sočivo je Galileo koristio za mnoga posmatranja 1609-1610. i poklonio ga je velikom vojvodi Ferdinandu II. Sočivo je kasnije slučajno slomljeno. Nakon Galilejeve smrti (1642.), ovo sočivo je čuvao princ Leopold de Medici, a nakon njegove smrti (1675.) dodato je Medičijevoj zbirci u galeriji Uffizi. Godine 1793. zbirka je prebačena u Muzej istorije nauke.

Vrlo je zanimljiv ukrasni figurirani okvir od slonovače koji je za galilejsko sočivo izradio graver Vittorio Crosten. Bogati i zamršeni cvjetni uzorci isprepleteni su slikama naučnih instrumenata; Nekoliko latiničnih natpisa je organski uključeno u uzorak. Na vrhu je ranije bila vrpca, sada izgubljena, sa natpisom “MEDICEA SIDERA” (“Zvijezde Medici”). Centralni dio kompozicije okrunjen je slikom Jupitera sa orbitama 4 njegova satelita, okružena tekstom “CLARA DEUM SOBOLES MAGNUM IOVIS INCREMENTUM” (“Slavna [mlada] generacija bogova, veliki Jupiterov potomak”) . Lijevo i desno su alegorijska lica Sunca i Mjeseca. Natpis na vrpci koja plete venac oko sočiva glasi: „HIC ET PRIMUS RETEXIT MACULAS PHEBI ET IOVIS ASTRA” („On je prvi otkrio i Febove (tj. Sunce) i zvezde Jupitera”). Na kartuši ispod je tekst: “COELUM LINCEAE GALILEI MENTI APERTUM VITREA PRIMA HAC MOLE NON DUM VISA OSTENDIT SYDERA MEDICEA IURE AB INVENTORE DICTA SAPIENS NEMPE DOMINATUR ET ASTRIS” („Nebo, otvoreno za ovaj Galileo keen prvi stakleni predmet, pokazivao je zvijezde, do danas nevidljive, koje je njihov pronalazač s pravom nazvao Medičijanskim. Uostalom, mudrac vlada zvijezdama").

Informacije o izložbi nalaze se na web stranici Muzeja istorije nauke: link br. 100101; referenca #404001.

Početkom dvadesetog veka proučavani su Galilejevi teleskopi pohranjeni u Firentinskom muzeju (vidi tabelu). Sa njima su vršena čak i astronomska posmatranja.

Optičke karakteristike prvih sočiva i okulara Galileo teleskopa (dimenzije u mm)

Ispostavilo se da je prva cijev imala rezoluciju od 20" i vidno polje od 15". A drugi je 10" odnosno 15". Uvećanje prve cijevi bilo je 14x, a druge 20x. Slomljeno sočivo treće cijevi sa okularima iz prve dvije cijevi dalo bi uvećanje od 18 i 35 puta. Dakle, da li je Galileo mogao napraviti svoja nevjerovatna otkrića koristeći tako nesavršene instrumente?

Istorijski eksperiment

Upravo to pitanje je sebi postavio Englez Stephen Ringwood i, kako bi saznao odgovor, napravio je tačnu kopiju Galileovog najboljeg teleskopa (Ringwood S. D. A Galilean telescope // The Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, 1994, tom 35, 1, str. 43-50). U oktobru 1992. Stiv Ringvud je rekreirao dizajn Galileovog trećeg teleskopa i proveo godinu dana praveći razne vrste posmatranja sa njim. Objektiv njegovog teleskopa imao je prečnik od 58 mm i žižnu daljinu od 1650 mm. Kao i Galileo, Ringwood je spustio svoj objektiv do prečnika otvora od D = 38 mm da bi dobio bolji kvalitet slike uz relativno mali gubitak prodorne moći. Okular je bio negativno sočivo sa žižnom daljinom od -50 mm, dajući uvećanje od 33 puta. Budući da je u ovom dizajnu teleskopa okular postavljen ispred fokalne ravni sočiva, ukupna dužina cijevi iznosila je 1440 mm.

Ringwood smatra najvećim nedostatkom teleskopa Galileo njegovo malo vidno polje - samo 10" ili trećinu lunarnog diska. Štaviše, na rubu vidnog polja kvalitet slike je vrlo nizak. Koristeći jednostavan Rayleighov kriterij, koji opisuje granicu difrakcije razlučive moći sočiva, očekivao bi kvalitetne slike na 3,5-4,0". Međutim, kromatska aberacija ga je smanjila na 10-20". Probojna snaga teleskopa, procijenjena jednostavnom formulom (2 + 5lg D), očekivalo se oko +9,9 m. Međutim, u stvarnosti nije bilo moguće otkriti zvijezde slabije od +8 m.

Prilikom posmatranja Mjeseca, teleskop se pokazao dobro. Bilo je moguće uočiti čak i više detalja nego što ih je skicirao Galileo na svojim prvim lunarnim kartama. „Možda je Galileo bio nevažan crtač ili ga nisu mnogo zanimali detalji o površini Meseca?“ - Ringwood je iznenađen. Ili možda Galilejevo iskustvo u izradi teleskopa i posmatranju s njima još nije bilo dovoljno opsežno? Čini nam se da je to razlog. Kvalitet stakla, poliranih Galileovim vlastitim rukama, nije mogao konkurirati modernim sočivima. I, naravno, Galileo nije odmah naučio da gleda kroz teleskop: vizualna promatranja zahtijevaju značajno iskustvo.

Usput, zašto tvorci prvih teleskopa - Holanđani - nisu došli do astronomskih otkrića? Nakon posmatranja pozorišnim dvogledom (uvećanje 2,5-3,5 puta) i terenskim dvogledom (uvećanje 7-8 puta), primijetit ćete da postoji jaz između njihovih mogućnosti. Moderni visokokvalitetni dvogledi 3x omogućavaju (prilikom posmatranja jednim okom!) da jedva primjećuju najveće lunarne kratere; Očigledno, ni holandska truba sa istim uvećanjem, ali slabijeg kvaliteta, to ne bi mogla. Terenski dvogledi, koji pružaju približno iste mogućnosti kao Galilejevi prvi teleskopi, pokazuju nam Mjesec u punom sjaju, s mnogo kratera. Poboljšavši holandsku trubu, postigavši ​​nekoliko puta veće uvećanje, Galileo je prešao „prag otkrića“. Od tada ovaj princip nije zakazao u eksperimentalnoj nauci: ako uspijete nekoliko puta poboljšati vodeći parametar uređaja, sigurno ćete doći do otkrića.

Naravno, Galilejevo najznačajnije otkriće bilo je otkriće četiri Jupiterova satelita i disk same planete. Suprotno očekivanjima, nizak kvalitet teleskopa nije u velikoj meri ometao posmatranja sistema Jupiterovih satelita. Ringwood je jasno vidio sva četiri satelita i mogao je, poput Galileja, svake noći da označi njihovo kretanje u odnosu na planetu. Istina, nije uvijek bilo moguće istovremeno dobro fokusirati sliku planete i satelita: kromatska aberacija sočiva bila je vrlo teška.

Ali što se tiče samog Jupitera, Ringwood, kao i Galileo, nije bio u stanju da otkrije bilo kakve detalje na disku planete. Niskokontrastne geografske širine koje prelaze Jupiter duž ekvatora bile su potpuno isprane kao rezultat aberacije.

Ringwood je dobio veoma interesantan rezultat posmatrajući Saturn. Kao i Galileo, na 33x uvećanju vidio je samo slabe otoke („misteriozne dodatke“, kako je Galileo napisao) na stranama planete, koje veliki Italijan, naravno, nije mogao protumačiti kao prsten. Međutim, dalji Ringwoodovi eksperimenti su pokazali da se pri korištenju drugih okulara s velikim uvećanjem još uvijek mogu uočiti jasnije karakteristike prstena. Da je Galileo to učinio u svoje vrijeme, otkriće Saturnovih prstenova bi se dogodilo skoro pola vijeka ranije i ne bi pripadalo Hajgensu (1656).

Međutim, posmatranja Venere su pokazala da je Galileo brzo postao vješt astronom. Pokazalo se da se pri najvećem elongaciji faze Venere ne vide, jer je njena ugaona veličina premala. I tek kada se Venera približila Zemlji i u fazi 0,25 njen ugaoni prečnik je dostigao 45", postao je primetan njen oblik polumeseca. U to vreme njena ugaona udaljenost od Sunca više nije bila tako velika, a posmatranja su bila teška.

Najzanimljivija stvar u Ringwoodovom istorijskom istraživanju je, možda, bila razotkrivanje jedne stare zablude o Galilejevim opažanjima Sunca. Do sada je bilo opšteprihvaćeno da je nemoguće posmatrati Sunce Galilejevim teleskopom tako što će se njegova slika projicirati na ekran, jer negativna leća okulara ne može konstruisati stvarnu sliku objekta. To je omogućio samo teleskop Kepler, izumljen nešto kasnije, koji se sastoji od dva pozitivna sočiva. Vjerovalo se da je prvi put Sunce uočeno na ekranu postavljenom iza okulara njemački astronom Christoph Scheiner (1575-1650). On je istovremeno i nezavisno od Keplera stvorio teleskop sličnog dizajna 1613. godine. Kako je Galileo posmatrao Sunce? Uostalom, on je bio taj koji je otkrio sunčeve pjege. Dugo se vjerovalo da Galileo dnevnu svjetlost posmatra svojim okom kroz okular, koristeći oblake kao svjetlosne filtere ili posmatrajući Sunce u magli nisko iznad horizonta. Vjerovalo se da je Galileov gubitak vida u starosti dijelom uzrokovan njegovim posmatranjem Sunca.

Međutim, Ringwood je otkrio da Galileov teleskop također može proizvesti sasvim pristojnu projekciju solarne slike na ekran, a sunčeve pjege su bile vidljive vrlo jasno. Kasnije, u jednom od Galilejevih pisama, Ringvud je otkrio detaljan opis posmatranja Sunca projektujući njegovu sliku na ekran. Čudno je da ova okolnost ranije nije zabeležena.

Mislim da svaki zaljubljenik u astronomiju sebi neće uskratiti zadovoljstvo da na nekoliko večeri "postane Galileo". Da biste to učinili, samo trebate napraviti Galilejev teleskop i pokušati ponoviti otkrića velikog Italijana. Kao dijete, jedan od autora ove bilješke napravio je Keplerove cijevi od naočara. I već u odrasloj dobi nije mogao odoljeti i napravio je instrument sličan Galileovom teleskopu. Kao sočivo korišteno je pričvrsno sočivo promjera 43 mm snage +2 dioptrije, a sa starog kazališnog dvogleda uzet je okular žižne daljine oko -45 mm. Pokazalo se da je teleskop ne baš moćan, sa uvećanjem od samo 11 puta, ali se pokazalo da mu je vidno polje malo, oko 50" u prečniku, a kvalitet slike je neujednačen, značajno se pogoršava prema ivici. Međutim, slike su postale znatno bolje kada se otvor blende smanjio na prečnik od 22 mm, a još bolje - na 11 mm.Osvetljenost slika se, naravno, smanjila, ali su posmatranja Meseca čak imala koristi od toga.

Kao što se i očekivalo, kada se promatra Sunce u projekciji na bijeli ekran, ovaj teleskop je zaista proizveo sliku solarnog diska. Negativni okular je nekoliko puta povećao ekvivalentnu žižnu daljinu sočiva (princip telefoto sočiva). Budući da nema podataka na koji stativ je Galileo postavio svoj teleskop, autor je posmatrao dok je teleskop držao u rukama, a kao rukohvat je koristio deblo, ogradu ili otvoreni prozorski okvir. Pri povećanju od 11x ovo je bilo dovoljno, ali pri povećanju od 30x Galileo je očigledno mogao imati problema.

Možemo smatrati da je istorijski eksperiment ponovnog stvaranja prvog teleskopa bio uspješan. Sada znamo da je Galileov teleskop bio prilično nezgodan i loš instrument sa stanovišta moderne astronomije. U svakom pogledu, bio je inferioran čak i u odnosu na sadašnje amaterske instrumente. Imao je samo jednu prednost - bio je prvi, a njegov tvorac Galileo je iz njegovog instrumenta "iscijedio" sve što je bilo moguće. Zbog toga odajemo počast Galileju i njegovom prvom teleskopu.

Postanite Galileo

Tekuća 2009. godina proglašena je Međunarodnom godinom astronomije u čast 400. godišnjice rođenja teleskopa. Pored postojećih, na računarskoj mreži pojavilo se mnogo novih divnih sajtova sa neverovatnim fotografijama astronomskih objekata.

Ali koliko god internet stranice bile zasićene zanimljivim informacijama, glavni cilj MHA bio je da svima demonstrira pravi Univerzum. Stoga je među prioritetnim projektima bila proizvodnja jeftinih teleskopa, dostupnih svima. Najpopularniji je bio "galileoskop" - mali refraktor koji su dizajnirali visokoprofesionalni optički astronomi. Ovo nije tačna kopija Galileovog teleskopa, već njegova moderna reinkarnacija. “Galileoskop” ima dvosobno akromatsko stakleno sočivo prečnika 50 mm i žižne daljine od 500 mm. Plastični okular sa četiri elementa pruža povećanje od 25x, a Barlow sočivo od 2x ga povećava do 50x. Vidno polje teleskopa je 1,5 o (ili 0,75 o sa Barlow sočivom). Sa takvim instrumentom lako je "ponoviti" sva Galilejeva otkrića.

Međutim, sam Galileo bi ih s takvim teleskopom učinio mnogo većim. Cijena alata od 15-20 dolara čini ga zaista pristupačnim. Zanimljivo, sa standardnim pozitivnim okularom (čak i sa Barlowovim sočivom), "Galileoskop" je zaista Keplerova cijev, ali kada se kao okular koristi samo Barlow sočivo, opravdava svoje ime, postajući 17x Galilejeva cijev. Ponavljanje otkrića velikog Italijana u takvoj (originalnoj!) konfiguraciji nije lak zadatak.

Ovo je vrlo zgodan i prilično rasprostranjen alat, pogodan za škole i početnike ljubitelje astronomije. Njegova cijena je znatno niža od cijene prethodno postojećih teleskopa sličnih mogućnosti. Bilo bi veoma poželjno nabaviti ovakve instrumente za naše škole.

Nisu previše udaljeni objekti?

Recimo da želimo dobro pogledati neki relativno obližnji objekat. Uz pomoć Keplerove cijevi to je sasvim moguće. U ovom slučaju, slika koju proizvodi sočivo bit će nešto dalje od stražnje žarišne ravni objektiva. I okular treba postaviti tako da ova slika bude u prednjoj fokalnoj ravni okulara (slika 17.9) (ako želimo da vršimo zapažanja bez naprezanja vida).

Problem 17.1. Keplerova cijev je postavljena na beskonačnost. Nakon što se okular ove cijevi odmakne od sočiva na udaljenosti D l= 0,50 cm, objekti koji se nalaze na udaljenosti postali su jasno vidljivi kroz cijev d. Odredite ovu udaljenost ako je žižna daljina sočiva F 1 = 50,00 cm.

nakon što je sočivo pomaknuto, ova udaljenost je postala jednaka

f = F 1+D l= 50,00 cm + 0,50 cm = 50,50 cm.

Zapišimo formulu sočiva za objektiv:

Odgovori: d» 51 m.

STOP! Odlučite sami: B4, C4.

Galilejeva truba

Prvi teleskop nije dizajnirao Kepler, već italijanski naučnik, fizičar, mehaničar i astronom Galileo Galilej (1564–1642) 1609. U Galileovom teleskopu, za razliku od Keplerovog, okular nije kolekcionarski, već rasipanje sočiva, pa je put zraka u njemu složeniji (slika 17.10).

Zrake koje dolaze iz objekta AB, proći kroz sočivo - sabirno sočivo O 1, nakon čega formiraju konvergentne snopove zraka. Ako je stavka AB– beskonačno udaljena, onda njena stvarna slika ab moralo bi biti u fokalnoj ravni sočiva. Štaviše, ova slika bi se smanjila i izokrenula. Ali na putu konvergentnih zraka nalazi se okular - divergentno sočivo O 2, za koji je slika ab je imaginarni izvor. Okular pretvara konvergentni snop zraka u divergentni i stvara virtuelna direktna slika A¢ IN¢.

Rice. 17.10

Ugao gledanja b pod kojim vidimo sliku A 1 IN 1, jasno veći od vizuelnog ugla a pod kojim je predmet vidljiv AB golim okom.

Reader: Nekako je vrlo zeznuto... Kako možemo izračunati ugaono povećanje cijevi?

Rice. 17.11

Objektiv daje pravu sliku A 1 IN 1 u fokalnoj ravni. Sada se prisjetimo okulara - divergentnog sočiva za koje se slika A 1 IN 1 je imaginarni izvor.

Napravimo sliku ovog imaginarnog izvora (slika 17.12).

1. Nacrtajmo gredu IN 1 O kroz optički centar sočiva - ova zraka se ne lomi.

Rice. 17.12

2. Krenimo iz tačke IN 1 greda IN 1 WITH, paralelno sa glavnom optičkom osi. Do ukrštanja sa sočivom (presjek CD) je vrlo prava greda, i to u okolini DV 1 je čisto "mentalna" linija - do tačke IN 1 u stvarnosti zraka CD ne stiže! Prelama se tako da nastavak prelomljenog zraka prolazi kroz glavni prednji fokus divergentnog sočiva - tačku F 2 .

Raskrsnica greda 1 sa nastavkom snopa 2 formiraju tačku IN 2 – imaginarna slika imaginarnog izvora IN 1 . Pad sa tačke IN 2 okomito na glavnu optičku osu, dobijamo tačku A 2 .

Sada imajte na umu da je ugao pod kojim se slika vidi iz okulara A 2 IN 2 je ugao A 2 OB 2 = b. Od D A 1 OB 1 ugao. Magnituda | d| možete pronaći iz formule sočiva okulara: ovdje imaginarni izvor daje imaginarni slika u divergentnom sočivu, pa je formula sočiva:

.

Ako želimo da posmatranje bude moguće bez naprezanja očiju, virtuelna slika A 2 IN 2 mora biti "poslano" u beskonačnost: | f| ® ¥. Tada će iz okulara izaći paralelni snopovi zraka. I imaginarni izvor A 1 IN Da biste to učinili, 1 mora biti u zadnjoj fokalnoj ravni divergentnog sočiva. U stvari, kada | f | ® ¥

.

Ovaj „ograničavajući“ slučaj je šematski prikazan na Sl. 17.13.

Od D A 1 O 1 IN 1

h 1 = F 1 a, (1)

Od D A 1 O 2 IN 1

h 1 = |F 1 |b, (2)

Izjednačimo desne strane jednakosti (1) i (2) i dobijemo

.

Dakle, dobili smo ugaono povećanje Galilejeve cijevi

Kao što vidimo, formula je vrlo slična odgovarajućoj formuli (17.2) za Keplerovu cijev.

Dužina Galilejeve cijevi, kao što se može vidjeti sa Sl. 17.13, jednako

l = F 1 – |F 2 |. (17.14)

Problem 17.2. Objektiv pozorišnog dvogleda je konvergentno sočivo sa žižnom daljinom F 1 = 8,00 cm, a okular je divergentno sočivo sa žižnom daljinom F 2 = –4,00 cm . Kolika je udaljenost između sočiva i okulara ako se slika gleda okom sa udaljenosti najboljeg vida? Koliko vam je potrebno da pomjerite okular da bi se slika mogla gledati okom podešenim na beskonačnost?

U odnosu na okular, ova slika igra ulogu imaginarnog izvora koji se nalazi na udaljenosti A iza ravni okulara. Virtuelna slika S 2 koji daje okular je na udaljenosti d 0 ispred ravni okulara, gdje d 0 – udaljenost najboljeg vida normalnog oka.

Zapišimo formulu sočiva za okular:

Udaljenost između sočiva i okulara, kao što se može vidjeti na sl. 17.14, jednako

l = F 1 – a= 8,00 – 4,76 » 3,24 cm.

U slučaju kada je oko akomodirano do beskonačnosti, dužina cijevi prema formuli (17.4) jednaka je

l 1 = F 1 – |F 2 | = 8,00 – 4,00 » 4,00 cm.

Dakle, pomak okulara je

D l = l – l 1 = 4,76 – 4,00 » 0,76 cm.

Odgovori: l» 3,24 cm; D l» 0,76 cm.

STOP! Odlučite sami: B6, C5, C6.

Reader: Može li Galilejeva truba proizvesti sliku na ekranu?

Rice. 17.15

Znamo da divergentno sočivo može proizvesti stvarnu sliku samo u jednom slučaju: ako se imaginarni izvor nalazi iza sočiva ispred zadnjeg fokusa (slika 17.15).

Problem 17.3. Sočivo Galilejevog teleskopa daje pravu sliku Sunca u fokalnoj ravni. Na kojoj udaljenosti između sočiva i okulara može se dobiti slika Sunca na ekranu prečnika tri puta većeg od one stvarne slike koja bi se dobila bez okulara? Žižna daljina objektiva F 1 = 100 cm, okular – F 2 = –15 cm.

Divergentno sočivo stvara na ekranu pravi slika ovog imaginarnog izvora je segment A 2 IN 2. Na slici R 1 je radijus stvarne slike Sunca na ekranu, i R– radijus stvarne slike Sunca koju stvara samo sočivo (u odsustvu okulara).

Iz sličnosti D A 1 OB 1 i D A 2 OB 2 dobijamo:

.

Zapišimo formulu sočiva za okular, uzimajući to u obzir d< 0 – источник мнимый, f > 0 – važeća slika:

|d| = 10 cm.

Zatim sa sl. 17.16 pronađite traženu udaljenost l između okulara i sočiva:

l = F 1 – |d| = 100 – 10 = 90 cm.

Odgovori: l= 90 cm.

STOP! Odlučite sami: C7, C8.