Spotting scope (refraktorski teleskop) dizajniran je za promatranje udaljenih objekata. Tubus se sastoji od 2 leće: objektiva i okulara.

Definicija 1

Leće je konvergentna leća velike žarišne duljine.

Definicija 2

Okular- Ovo je objektiv s malom žarišnom duljinom.

Kao okular koriste se konvergentne ili divergentne leće.

Računalni model teleskopa

Pomoću računalnog programa možete izraditi model koji demonstrira rad teleskopa Kepler od 2 leće. Teleskop je dizajniran za astronomska promatranja. Budući da uređaj prikazuje obrnutu sliku, to je nezgodno za promatranja sa zemlje. Program je konfiguriran tako da se oko promatrača prilagodi beskonačnoj udaljenosti. Dakle, u teleskopu se izvodi teleskopski put zraka, odnosno paralelni snop zraka iz udaljene točke, koji ulazi u leću pod kutom ψ. Izlazi iz okulara na potpuno isti način kao i paralelna zraka, ali u odnosu na optičku os pod drugačijim kutom φ.

Kutno povećanje

Definicija 3

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

Sljedeća formula prikazuje kutno povećanje teleskopa kroz žarišnu duljinu leće F 1 i okulara F 2:

γ = - F 1 F 2 .

Negativan predznak koji se pojavljuje u formuli za kutno povećanje ispred objektiva F 1 znači da je slika okrenuta naopako.

Po želji možete promijeniti žarišne duljine F 1 i F 2 leće i okulara te kut ψ. Vrijednosti kuta φ i kutnog povećanja γ prikazane su na zaslonu uređaja.

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

Određivanje povećanja teleskopa pomoću letve. Usmjerite li cijev na obližnji štap, možete izbrojati koliko podjela štapa N, vidljivog golim okom, odgovara n odjeljaka štapa, vidljivog kroz cijev. Da biste to učinili, morate naizmjence gledati u cijev i tračnicu, projicirajući dijelove tračnice iz vidnog polja cijevi na tračnicu vidljivu golim okom.

Visokoprecizni geodetski instrumenti imaju izmjenjive okulare s različitim žarišnim duljinama, a promjena okulara omogućuje promjenu povećanja tubusa ovisno o uvjetima promatranja.

Povećanje Keplerove cijevi jednako je omjeru žarišne duljine objektiva i žarišne duljine okulara.

Označimo s γ kut pod kojim je vidljivo n podjela u cijevi i N podjela bez cijevi (sl. 3.8). Tada je jedna podjela stalka vidljiva u cijevi pod kutom:

α = γ/n,

i bez cijevi - pod kutom:

β = γ / N.

sl.3.8

Dakle: V = N/n.

Povećanje cijevi može se približno izračunati pomoću formule:

V = D/d, (3.11)

gdje je D ulazni promjer leće;

d je promjer izlaza cijevi (ali ne i promjer okulara).

Vidno polje cijevi. Vidno polje cijevi je područje prostora vidljivo kroz cijev kada miruje. Vidno polje mjeri se kutom ε čiji vrh leži u optičkom središtu leće, a stranice dodiruju rubove otvora blende (sl. 3.9). Unutar tubusa u žarišnoj ravnini leće ugrađen je otvor promjera d1. Iz slike 3.11 vidljivo je da:

gdje

sl.3.9.

Obično se u geodetskim instrumentima uzima d1 = 0,7 * fok, a zatim u radijanskoj mjeri:

ε = 0,7 / V.

Ako je ε izražen u stupnjevima, tada je:

ε = 40o/V. (3.12)

Što je veće povećanje cijevi, to je njezin vidni kut manji. Tako je npr. kod V = 20x ε = 2o, a kod V = 80x ε = 0,5o.

Razlučivost cijevi procjenjuje se pomoću formule:

Na primjer, s V = 20x ψ = 3″; pod tim kutom objekt veličine 5 cm vidljiv je 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 točno u središtu vidnog polja teleskopa. Kako bi se eliminirao subjektivni čimbenik pri pronalaženju središta vidnog polja, ono je označeno mrežom niti. Mreža niti je u najjednostavnijem slučaju dva međusobno okomita poteza nanesena na staklenu ploču koja je pričvršćena na dijafragmu cijevi. Mreža od niti dolazi u različitim vrstama; Slika 3.10 prikazuje neke od njih.

Mrežica niti ima korekcijske vijke: dva bočna (horizontalna) i dva okomita. Crta koja povezuje središte končanice i optičko središte leće naziva se zorna linija ili zorna linija tubusa.

sl.3.10

Montaža cijevi na oko i po objektu. Kada usmjeravate teleskop prema objektu, morate istovremeno jasno vidjeti končanicu i sliku objekta u okularu. Postavljanjem cijevi uz ušicu postiže se jasna slika mreže niti; Da biste to učinili, pomaknite okular u odnosu na končanicu, okrećući utoreni prsten na okularu. Postavljanje cijevi na objekt naziva se fokusiranje cijevi. Udaljenost do predmetnih objekata varira, a prema formuli (3.6), kada se mijenja a, mijenja se i udaljenost b do njegove slike. Da bi slika predmeta bila jasna kada se gleda kroz okular, mora se nalaziti u ravnini mreže niti. Pomicanjem okularnog dijela tubusa duž glavne optičke osi mijenja se udaljenost od končanice do leće sve dok ne postane jednaka b.

Cijevi kod kojih se izoštravanje postiže promjenom razmaka između leće i končanice nazivaju se vanjske cijevi za fokusiranje. Takve cijevi imaju veliku i, štoviše, promjenjivu duljinu; nisu hermetički zatvorene, pa prašina i vlaga ulaze u njih; Uopće se ne fokusiraju na bliske predmete. U modernim mjernim instrumentima ne koriste se reflektori s vanjskim fokusiranjem

Naprednije su cijevi s unutarnjim fokusiranjem (sl. 3.11); koriste dodatnu pomičnu divergentnu leću L2, koja zajedno s lećom L1 čini ekvivalentnu leću L. Kada se leća L2 pomiče, mijenja se razmak između leća l, a time i žarišna daljina f ekvivalentne leće. Slika predmeta, smještena u žarišnoj ravnini leće L, također se kreće duž optičke osi, a kada udari u ravninu končanice, postaje jasno vidljiva u okularu tubusa. Unutarnje fokusirane cijevi su kraće; zapečaćeni su i omogućuju promatranje bliskih objekata; moderni mjerni instrumenti uglavnom koriste takve teleskope.

OPTIČKI INSTRUMENTI S TELESKOPSKIM PUTOVANJEM ZRAKA: KEPLEROVA I GALILEOVA CIJEV

Svrha ovog rada je proučavanje strukture dvaju optičkih instrumenata - Keplerove i Galilejeve cijevi te mjerenje njihovih povećanja.

Keplerova cijev jednostavan je teleskopski sustav. Sastoji se od dvije pozitivne (konvergentne) leće postavljene tako da paralelna zraka koja pada na prvu leću izlazi iz druge leće također paralelno (slika 1).

Leća 1 naziva se objektiv, leća 2 naziva se okular. Stražnji fokus leće podudara se s prednjim fokusom okulara. Ovaj put zraka naziva se teleskopski, a optički sustav će biti afokalan.

Slika 2 prikazuje putanju zraka iz točke tijela koja leži izvan osi.

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

Da biste odredili povećanje Keplerove cijevi, razmotrite sliku 4.

Neka zrake s beskonačno udaljenog predmeta padaju na leću u paralelnom snopu pod kutom -u u odnosu na optičku os, a izlaze iz okulara pod kutom u′. Povećanje je jednako omjeru veličine slike i veličine predmeta, a taj omjer jednak je omjeru tangenti odgovarajućih vidnih kutova. Stoga je povećanje Keplerove cijevi:

γ = - tgu′/ tgu (1)

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

γ = - fob′/fok′ = -d/d′ , (2)

gdje je d promjer okvira leće, d′ je promjer stvarne slike okvira leće koju stvara okular.

Galilejev teleskop shematski je prikazan na sl. 5.

Okular je negativna (raspršna) leća 2. Fokusi leće 1 i okulara 2 poklapaju se u jednoj točki, pa je i ovdje putanja zraka teleskopska. Udaljenost između leće i okulara jednaka je razlici njihovih žarišnih duljina. Za razliku od Keplerove cijevi, slika okvira leće koju stvara okular bit će virtualna. Uzimajući u obzir putanju zraka od točke objekta koja leži izvan osi (slika 6), primjećujemo da Galileova cijev stvara izravnu (ne obrnutu) sliku objekta.

Koristeći geometrijske odnose na isti način kao što je učinjeno gore za Keplerovu cijev, može se izračunati povećanje Galilejeve cijevi. Ako zrake beskonačno udaljenog predmeta padaju na leću u paralelnom snopu pod kutom -u u odnosu na optičku os, a izlaze iz okulara pod kutom u', tada je povećanje jednako:

γ = tgu′/ tgu (3)

Također se može pokazati da

γ = fob′/fok′, (4)

Pozitivan predznak povećanja označava da je slika promatrana Galilejevim teleskopom uspravna (nije preokrenuta).

OPERATIVNI POSTUPAK

Uređaji i materijali: optička klupa sa sljedećim optičkim elementima ugrađenim u ocjenjivače: iluminatori (poluvodički laser i žarulja sa žarnom niti), biprizma, dvije pozitivne leće, negativna leća, ekran.

VJEŽBA 1. Mjerenje povećanja Keplerove cijevi.

1. Postavite poluvodički laser i biprizmu na optičku klupu. Laserska zraka mora pogoditi rub biprizme. Tada će iz biprizme izaći dvije paralelne zrake. Keplerova cijev služi za promatranje vrlo udaljenih objekata, pa na njezin ulaz dolaze paralelni snopovi zraka. Analog takvog paralelnog snopa bit će dva snopa koji izlaze iz biprizme paralelno jedan s drugim. Izmjerite i zabilježite udaljenost d između tih zraka.

2. Zatim sastavite Keplerovu cijev koristeći pozitivnu leću s većim fokusom kao objektiv i pozitivnu leću s manjim fokusom kao okular. Skicirajte rezultirajući optički dizajn. Iz okulara bi trebale izlaziti dvije zrake, paralelne jedna s drugom. Izmjerite i zabilježite udaljenost d" između njih.

3. Izračunajte povećanje Keplerove cijevi kao omjer udaljenosti d i d", vodeći računa o predznaku povećanja. Izračunajte pogrešku mjerenja i rezultat upišite s pogreškom.

4. Povećanje možete izmjeriti na drugi način. Da biste to učinili, morate osvijetliti leću drugim izvorom svjetlosti - žaruljom sa žarnom niti i dobiti pravu sliku cijevi leće iza okulara. Izmjerite promjer cijevi objektiva d i promjer njegove slike d". Izračunajte povećanje i zapišite ga uzimajući u obzir pogrešku mjerenja.

5. Izračunajte povećanje pomoću formule (2) kao omjer žarišnih duljina leće i okulara. Usporedite s povećanjem izračunatim u stavku 3. i stavku 4.

ZADATAK 2. Mjerenje povećanja Galilejeve cijevi.

1. Postavite poluvodički laser i biprizmu na optičku klupu. Iz biprizme bi trebale izlaziti dvije paralelne zrake. Izmjerite i zabilježite udaljenost d između njih.

2. Zatim sastavite Galilejevu cijev koristeći pozitivnu leću kao objektiv i negativnu leću kao okular. Skicirajte rezultirajući optički dizajn. Iz okulara bi trebale izlaziti dvije zrake, paralelne jedna s drugom. Izmjerite i zabilježite udaljenost d" između njih.

3. Izračunajte povećanje Galilejeve cijevi kao omjer udaljenosti d i d." Izračunajte pogrešku mjerenja i rezultat upišite s pogreškom.

4. Izračunajte povećanje pomoću formule (4) kao omjer žarišnih duljina leće okulara. Usporedite s povećanjem izračunatim u koraku 3.

KONTROLNA PITANJA

1. Što je teleskopski put zrake?

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

3. Koji se optički sustavi nazivaju afokalnim?

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

Ovih dana slavimo 400. obljetnicu nastanka optičkog teleskopa – najjednostavnijeg i najučinkovitijeg znanstvenog instrumenta koji je čovječanstvu otvorio vrata svemira. Čast stvaranja prvih teleskopa s pravom pripada Galileju.

Kao što znate, Galileo Galilei počeo je eksperimentirati s lećama sredinom 1609. godine, nakon što je saznao da je u Nizozemskoj za potrebe navigacije izumljen reflektor. Napravili su ga 1608. godine, vjerojatno neovisno jedan o drugom, nizozemski optičari Hans Lippershey, Jacob Metius i Zechariah Jansen. U samo šest mjeseci Galileo je uspio značajno unaprijediti ovaj izum, na njegovom principu stvoriti moćan astronomski instrument i doći do niza nevjerojatnih otkrića.

Galilejev uspjeh u poboljšanju teleskopa ne može se smatrati slučajnim. Talijanski majstori stakla već su se tada bili posve proslavili: još u 13. stoljeću. izmislili su naočale. A upravo je u Italiji teorijska optika bila najbolja. Djelima Leonarda da Vincija ona se od dijela geometrije pretvorila u praktičnu znanost. "Napravite naočale za svoje oči da možete vidjeti mjesec velik", napisao je krajem 15. stoljeća. Moguće je, iako za to nema izravnih dokaza, da je Leonardo uspio implementirati teleskopski sustav.

Sredinom 16. stoljeća vrši izvorna istraživanja optike. Talijan Francesco Maurolicus (1494.-1575.). Njegov sunarodnjak Giovanni Batista de la Porta (1535-1615) posvetio je optici dva veličanstvena djela: “Prirodna magija” i “O lomu”. U posljednjem daje čak i optički dizajn teleskopa i tvrdi da je mogao vidjeti male objekte na velikoj udaljenosti. Godine 1609. pokušava obraniti prioritet u izumu teleskopa, ali činjenični dokazi za to nisu bili dovoljni. Bilo kako bilo, Galilejev rad na ovom području započeo je na dobro pripremljenom terenu. No, odajući počast Galileovim prethodnicima, prisjetimo se da je upravo on od smiješne igračke napravio funkcionalni astronomski instrument.

Galileo je započeo svoje pokuse jednostavnom kombinacijom pozitivne leće kao objektiva i negativne leće kao okulara, dajući trostruko povećanje. Sada se ovaj dizajn zove kazališni dalekozor. Ovo je najpopularniji optički uređaj nakon naočala. Naravno, moderni kazališni dalekozori koriste visokokvalitetne premazane leće kao leće i okulare, ponekad čak i složene sastavljene od nekoliko stakala. Omogućuju široko vidno polje i izvrsne slike. Galileo je koristio jednostavne leće i za objektiv i za okular. Njegovi teleskopi patili su od ozbiljnih kromatskih i sfernih aberacija, tj. stvorio sliku koja je bila mutna na rubovima i nefokusirana u raznim bojama.

Međutim, Galileo nije prestao, poput nizozemskih majstora, s "kazališnim dalekozorom", već je nastavio eksperimentirati s lećama i do siječnja 1610. stvorio nekoliko instrumenata s povećanjem od 20 do 33 puta. Upravo uz njihovu pomoć došao je do svojih izvanrednih otkrića: otkrio je Jupiterove satelite, planine i kratere na Mjesecu, mirijade zvijezda u Mliječnoj stazi itd. Već sredinom ožujka 1610. Galilejevo je djelo objavljeno na latinskom jeziku. 550 primjeraka u Veneciji.Zvjezdani glasnik”, gdje su opisana ova prva otkrića teleskopske astronomije. U rujnu 1610. znanstvenik je otkrio faze Venere, au studenom je otkrio znakove prstena na Saturnu, iako nije imao pojma o pravom značenju svog otkrića ("Promatrao sam najviši planet u tri", piše u anagram, pokušavajući osigurati prioritet otkrića). Možda niti jedan teleskop u narednim stoljećima nije dao takav doprinos znanosti kao prvi Galilejev teleskop.

Međutim, oni ljubitelji astronomije koji su pokušali sastaviti teleskope od naočala za naočale često su iznenađeni malim mogućnostima njihovih dizajna, koji su očito inferiorni u "promatračkim sposobnostima" od Galileovog teleskopa domaće izrade. Često moderni "Galilei" ne mogu otkriti ni satelite Jupitera, a da ne spominjemo faze Venere.

U Firenci, u Muzeju povijesti znanosti (pored poznate Galerije umjetnosti Uffizi), čuvaju se dva teleskopa među prvima koje je izgradio Galileo. Tu je i slomljena leća trećeg teleskopa. Ovu je leću koristio Galileo za mnoga promatranja 1609.-1610. te ju je on poklonio velikom vojvodi Ferdinandu II. Objektiv je kasnije slučajno razbijen. Nakon Galileove smrti (1642.), ovu je leću čuvao princ Leopold de' Medici, a nakon njegove smrti (1675.) dodana je zbirci Medici u galeriji Uffizi. Godine 1793. zbirka je prebačena u Muzej povijesti znanosti.

Vrlo je zanimljiv ukrasni figurirani okvir od bjelokosti koji je za Galilejevu leću izradio graver Vittorio Crosten. Bogati i složeni cvjetni uzorci prošarani su slikama znanstvenih instrumenata; Nekoliko latinskih natpisa organski je uključeno u uzorak. Na vrhu je ranije bila vrpca, sada izgubljena, s natpisom "MEDICEA SIDERA" ("Zvijezde Medici"). Središnji dio kompozicije okrunjen je slikom Jupitera s orbitama 4 njegova satelita, okružen tekstom “CLARA DEUM SOBOLES MAGNUM IOVIS INCREMENTUM” (“Slavni [mladi] naraštaj bogova, veliki Jupiterov potomak”) . Lijevo i desno su alegorijska lica Sunca i Mjeseca. Natpis na vrpci koja plete vijenac oko leće glasi: “HIC ET PRIMUS RETEXIT MACULAS PHEBI ET IOVIS ASTRA” (“Bio je prvi koji je otkrio i pjege Feba (tj. Sunca) i zvijezde Jupitera”). Na kartuši ispod nalazi se 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 Galilejevu oštroumnom umu, zahvaljujući tome prvi stakleni predmet, pokazao je zvijezde, do danas od tada nevidljiv, s pravom ih je njihov pronalazač nazvao Medičejcem. Uostalom, mudrac vlada nad zvijezdama").

Informacije o izložbi nalaze se na stranicama Muzeja povijesti znanosti: poveznica br. 100101; referentni #404001.

Početkom dvadesetog stoljeća proučavani su Galileovi teleskopi pohranjeni u Firentinskom muzeju (vidi tablicu). S njima su vršena čak i astronomska promatranja.

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

Ispostavilo se da je prva cijev imala rezoluciju 20" i vidno polje 15". A drugi je 10" odnosno 15". Povećanje prve cijevi bilo je 14x, a druge 20x. Razbijena leća treće cijevi s okularima iz prve dvije cijevi dala bi povećanje od 18 i 35 puta. Dakle, je li Galileo mogao doći do svojih nevjerojatnih otkrića koristeći tako nesavršene instrumente?

Povijesni eksperiment

Upravo to pitanje postavio si je Englez Stephen Ringwood, koji je, kako bi saznao odgovor, napravio točnu kopiju najboljeg Galileovog teleskopa (Ringwood S. D. A Galilean telescope // The Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, 1994., svezak 35, 1, str. 43-50). U listopadu 1992. Steve Ringwood rekreirao je dizajn Galileovog trećeg teleskopa i proveo godinu dana vršeći sve vrste promatranja s njim. Leća njegova teleskopa imala je promjer 58 mm i žarišnu duljinu 1650 mm. Poput Galilea, Ringwood je svoju leću smanjio na promjer otvora blende od D = 38 mm kako bi dobio bolju kvalitetu slike uz relativno mali gubitak probojne moći. Okular je bila negativna leća sa žarišnom duljinom od -50 mm, dajući povećanje od 33 puta. Budući da je u ovom dizajnu teleskopa okular postavljen ispred žarišne ravnine leće, ukupna duljina cijevi bila je 1440 mm.

Ringwood najvećim nedostatkom teleskopa Galileo smatra njegovo malo vidno polje - samo 10", odnosno trećinu Mjesečevog diska. Štoviše, na rubu vidnog polja kvaliteta slike je vrlo niska. Korištenje jednostavnog Rayleighov kriterij, koji opisuje difrakcijsku granicu moći razlučivosti leće, očekivali bismo kvalitetne slike na 3,5-4,0". Međutim, kromatska aberacija smanjila ju je na 10-20". Moć prodora teleskopa, procijenjena pomoću jednostavne formule (2 + 5lg D), očekivalo se oko +9,9 m. Međutim, u stvarnosti nije bilo moguće detektirati zvijezde slabije od +8 m.

Pri promatranju Mjeseca teleskop se dobro pokazao. Bilo je moguće razaznati čak i više detalja nego što je Galileo skicirao na svojim prvim lunarnim kartama. "Možda je Galileo bio nevažan crtač ili ga nisu previše zanimali detalji mjesečeve površine?" - iznenađen je Ringwood. Ili možda Galileijevo iskustvo u izradi teleskopa i promatranju njima još nije bilo dovoljno veliko? Čini nam se da je to razlog. Kvaliteta stakla, ulaštenog Galileovim vlastitim rukama, nije se mogla natjecati s modernim lećama. I, naravno, Galileo nije odmah naučio gledati kroz teleskop: vizualna promatranja zahtijevaju znatno iskustvo.

Usput, zašto tvorci prvih teleskopa - Nizozemci - nisu došli do astronomskih otkrića? Nakon promatranja kazališnim dalekozorom (povećanje 2,5-3,5 puta) i terenskim dalekozorom (povećanje 7-8 puta), primijetit ćete da postoji jaz između njihovih mogućnosti. Moderni visokokvalitetni 3x dalekozori omogućuju (promatrajući jednim okom!) da jedva primijetite najveće lunarne kratere; Očito ni nizozemska truba s istim povećanjem, ali slabije kvalitete, to nije mogla. Terenski dalekozori, koji imaju približno iste mogućnosti kao Galileovi prvi teleskopi, pokazuju nam Mjesec u punom sjaju, s mnogo kratera. Usavršivši nizozemsku trubu, postigavši ​​nekoliko puta veće povećanje, Galileo je prešao “prag otkrića”. Od tada, ovaj princip nije zakazao u eksperimentalnoj znanosti: ako uspijete nekoliko puta poboljšati vodeći parametar uređaja, sigurno ćete doći do otkrića.

Naravno, Galileijevo najznačajnije otkriće bilo je otkriće četiri Jupiterova satelita i samog diska planeta. Suprotno očekivanjima, niska kvaliteta teleskopa nije značajno ometala promatranja sustava Jupiterovih satelita. Ringwood je jasno vidio sva četiri satelita i mogao je, poput Galilea, svaku noć označiti njihovo kretanje u odnosu na planet. Istina, nije uvijek bilo moguće dobro fokusirati sliku planeta i satelita u isto vrijeme: kromatska aberacija leće bila je vrlo teška.

Ali što se tiče samog Jupitera, Ringwood, kao ni Galileo, nije mogao otkriti nikakve detalje na disku planeta. Latitudinalne trake niskog kontrasta koje prelaze Jupiter duž ekvatora potpuno su isprane kao rezultat aberacije.

Ringwood je promatrajući Saturn dobio vrlo zanimljiv rezultat. Kao i Galileo, pri povećanju od 33x vidio je samo slabašne otekline ("misteriozne privjeske", kako je napisao Galileo) na stranama planeta, što veliki Talijan, naravno, nije mogao protumačiti kao prsten. Međutim, daljnji pokusi Ringwooda pokazali su da se pri korištenju drugih okulara s velikim povećanjem još uvijek mogu razaznati jasnije značajke prstena. Da je Galileo to učinio u svoje vrijeme, otkriće Saturnovih prstenova dogodilo bi se gotovo pola stoljeća ranije i ne bi pripadalo Huygensu (1656.).

Međutim, promatranja Venere dokazala su da je Galileo brzo postao vješt astronom. Ispostavilo se da pri najvećoj elongaciji faze Venere nisu vidljive, jer je njezina kutna veličina premala. I tek kada se Venera približila Zemlji i u fazi 0,25 njezin kutni promjer dosegao je 45", njezin oblik polumjeseca postao je uočljiv. U to vrijeme njezina kutna udaljenost od Sunca više nije bila tako velika, a opažanja su bila otežana.

Možda je najzanimljivija stvar u Ringwoodovu povijesnom istraživanju bilo razotkrivanje jedne stare zablude o Galileovim promatranjima Sunca. Do sada je bilo općeprihvaćeno da je Galilejevim teleskopom nemoguće promatrati Sunce projicirajući njegovu sliku na ekran, jer negativna leća okulara ne može konstruirati stvarnu sliku objekta. To je omogućio tek teleskop Kepler, izumljen nešto kasnije, koji se sastoji od dvije pozitivne leće. Vjerovalo se da je Sunce prvi put promatrao na ekranu smještenom iza okulara njemački astronom Christoph Scheiner (1575.-1650.). On je istodobno i neovisno o Kepleru stvorio teleskop sličnog dizajna 1613. godine. Kako je Galileo promatrao Sunce? Uostalom, upravo je on otkrio sunčeve pjege. Dugo je vladalo vjerovanje da je Galileo dnevnu svjetlost promatrao okom kroz okular, koristeći oblake kao svjetlosne filtere ili promatrajući Sunce u magli nisko iznad horizonta. Vjerovalo se da je Galilejev gubitak vida u starosti djelomično uzrokovan njegovim promatranjem Sunca.

Međutim, Ringwood je otkrio da Galileov teleskop također može proizvesti sasvim pristojnu projekciju sunčeve slike na ekran, a sunčeve pjege bile su vidljive vrlo jasno. Kasnije, u jednom od Galileovih pisama, Ringwood je otkrio detaljan opis promatranja Sunca projiciranjem njegove slike na ekran. Čudno je da ova okolnost nije prije zabilježena.

Mislim da si svaki ljubitelj astronomije neće uskratiti zadovoljstvo da “postane Galileo” na nekoliko večeri. Da biste to učinili, samo trebate napraviti Galilejev teleskop i pokušati ponoviti otkrića velikog Talijana. Kao dijete, jedan od autora ove bilješke izrađivao je Keplerove cijevi od naočala. I već u odrasloj dobi nije mogao odoljeti i izgradio je instrument sličan Galilejevom teleskopu. Kao leća korištena je pričvrsna leća promjera 43 mm jakosti +2 dioptrije, a okular žarišne duljine oko -45 mm uzet je sa starog kazališnog dalekozora. Pokazalo se da teleskop nije baš moćan, s povećanjem od samo 11 puta, ali pokazalo se da mu je vidno polje malo, promjera oko 50", a kvaliteta slike je neujednačena, značajno se pogoršava prema rubu. Međutim, slike su postale znatno bolje kada se otvor objektiva smanjio na promjer od 22 mm, a još bolje - do 11 mm.Svjetlina slika, naravno, smanjena, ali promatranja Mjeseca su čak imala koristi od toga.

Kao što se i očekivalo, pri promatranju Sunca u projekciji na bijeli ekran, ovaj teleskop je doista proizveo sliku solarnog diska. Negativni okular povećao je ekvivalentnu žarišnu duljinu leće nekoliko puta (princip telefoto leće). Budući da nema podataka na koji tronožac je Galileo postavio svoj teleskop, autor je promatrao držeći teleskop u rukama, a kao rukohvat je koristio deblo, ogradu ili otvoreni okvir prozora. Pri povećanju od 11x to je bilo dovoljno, ali pri povećanju od 30x Galileo je očito mogao imati problema.

Možemo smatrati da je povijesni eksperiment ponovnog stvaranja prvog teleskopa bio uspješan. Sada znamo da je Galilejev teleskop bio prilično nezgodan i loš instrument sa stajališta moderne astronomije. U svim aspektima bio je inferioran čak i od sadašnjih amaterskih instrumenata. Imao je samo jednu prednost - bio je prvi, a njegov tvorac Galileo je iz svog instrumenta "iscijedio" sve što se moglo. Zbog toga odajemo počast Galileu i njegovom prvom teleskopu.

Postanite Galileo

Tekuća 2009. godina proglašena je Međunarodnom godinom astronomije u čast 400. obljetnice rođenja teleskopa. Uz postojeće, na računalnoj mreži pojavilo se mnogo novih prekrasnih stranica s nevjerojatnim fotografijama astronomskih objekata.

No koliko god internetske stranice bile zasićene zanimljivim informacijama, glavni cilj MHA bio je svima pokazati pravi Svemir. Stoga je među prioritetnim projektima bila proizvodnja jeftinih teleskopa, dostupnih svima. Najpopularniji je bio "galileoskop" - mali refraktor koji su dizajnirali visoko profesionalni optički astronomi. Ovo nije točna kopija Galileovog teleskopa, već njegova moderna reinkarnacija. “Galileoskop” ima akromatsku staklenu leću s dvije leće promjera 50 mm i žarišne duljine 500 mm. Plastični okular s četiri elementa omogućuje povećanje od 25x, a 2x Barlow leća do 50x. Vidno polje teleskopa je 1,5 o (ili 0,75 o s Barlow lećom). S takvim instrumentom lako je "ponoviti" sva Galileova otkrića.

Međutim, sam Galileo bi ih, s takvim teleskopom, napravio mnogo većim. Cijena alata od 15-20 USD čini ga uistinu pristupačnim. Zanimljivo, sa standardnim pozitivnim okularom (čak i s Barlow lećom), "Galileoskop" je zapravo Keplerova cijev, ali kada se kao okular koristi samo Barlow leća, opravdava svoje ime, postajući Galilejeva cijev 17x. Ponoviti otkrića velikog Talijana u takvoj (izvornoj!) konfiguraciji nije lak zadatak.

Ovo je vrlo praktičan i prilično raširen alat, pogodan za škole i početnike ljubitelje astronomije. Cijena mu je znatno niža od cijene dosad postojećih teleskopa sličnih mogućnosti. Bilo bi vrlo poželjno nabaviti takve instrumente za naše škole.

Ne previše udaljeni objekti?

Recimo da želimo dobro pogledati neki objekt u relativnoj blizini. Uz pomoć Keplerove cijevi to je sasvim moguće. U tom će slučaju slika koju proizvodi leća biti malo dalje od stražnje žarišne ravnine leće. A okular treba postaviti tako da se ta slika nalazi u prednjoj žarišnoj ravnini okulara (sl. 17.9) (ako želimo promatrati bez naprezanja vida).

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

nakon pomicanja leće ta se udaljenost izjednačila

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

Zapišimo formulu leće za objektiv:

Odgovor: d» 51 m.

STOP! Odlučite sami: B4, C4.

Galilejeva truba

Prvi teleskop nije dizajnirao Kepler, već talijanski znanstvenik, fizičar, mehaničar i astronom Galileo Galilei (1564. – 1642.) 1609. godine. Kod Galileova teleskopa, za razliku od Keplerova, okular nije sabirni, već raspršivanje leća, stoga je put zraka u njoj složeniji (sl. 17.10).

Zrake koje dolaze iz predmeta AB, prolaze kroz leću - sabirnu leću OKO 1, nakon čega tvore konvergentne snopove zraka. Ako predmet AB– beskrajno daleka, zatim njezina stvarna slika ab mora biti u žarišnoj ravnini leće. Štoviše, ova bi slika bila smanjena i izokrenuta. Ali na putu konvergentnih zraka nalazi se okular - divergentna leća OKO 2, za koju slika ab je imaginarni izvor. Okular pretvara konvergentni snop zraka u divergentni i stvara virtualna izravna slika A¢ U¢.

Riža. 17.10

Kut gledanja b pod kojim vidimo sliku A 1 U 1, jasno veći od vidnog kuta a pod kojim je objekt vidljiv AB golim okom.

Čitač: To je nekako vrlo zeznuto... Kako možemo izračunati kutno povećanje cijevi?

Riža. 17.11

Objektiv daje pravu sliku A 1 U 1 u žarišnoj ravnini. Prisjetimo se sada okulara - divergentne leće za koju slika A 1 U 1 je imaginarni izvor.

Konstruirajmo sliku ovog zamišljenog izvora (slika 17.12).

1. Nacrtajmo gredu U 1 OKO kroz optički centar leće – ova zraka se ne lomi.

Riža. 17.12

2. Povucimo iz točke U 1 zraka U 1 S, paralelno s glavnom optičkom osi. Do sjecišta s lećom (odjeljak CD) je vrlo stvarna greda, i to u području DV 1 je čisto "mentalna" linija - do točke U 1 Zapravo Zraka CD ne doseže! Lomi se tako da nastavak lomljene zrake prolazi kroz glavno prednje žarište divergentne leće – točku F 2 .

Sjecište grede 1 s nastavkom grede 2 oblikuju točku U 2 – imaginarna slika imaginarnog izvora U 1 . Spuštanje s točke U 2 okomito na glavnu optičku os, dobivamo točku A 2 .

Obratite pažnju na kut pod kojim se slika vidi iz okulara A 2 U 2 je kut A 2 OB 2 = b. Od D A 1 OB 1 kut. Veličina | d| možete pronaći iz formule leće okulara: ovdje zamišljena izvor daje zamišljena slika u divergentnoj leći, pa je formula leće:

.

Ako želimo da promatranje bude moguće bez naprezanja očiju, virtualna slika A 2 U 2 mora biti "poslano" u beskonačnost: | f| ® ¥. Tada će iz okulara izlaziti paralelni snopovi zraka. I imaginarni izvor A 1 U Da biste to učinili, 1 mora biti u stražnjoj žarišnoj ravnini divergentne leće. Zapravo, kada | f | ® ¥

.

Ovaj "ograničavajući" slučaj shematski je prikazan na Sl. 17.13.

Od D A 1 OKO 1 U 1

h 1 = F 1 a, (1)

Od D A 1 OKO 2 U 1

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

Izjednačimo desne strane jednakosti (1) i (2), dobivamo

.

Dakle, dobili smo kutno povećanje Galileove cijevi

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

Duljina Galilejeve cijevi, kao što se može vidjeti na Sl. 17.13, jednako

l = F 1 – |F 2 |. (17.14)

Problem 17.2. Objektiv kazališnih dalekozora je konvergentna leća sa žarišnom duljinom F 1 = 8,00 cm, a okular je divergentna leća sa žarišnom duljinom F 2 = –4,00 cm . Koliki je razmak između leće i okulara ako se slika promatra okom s udaljenosti najboljeg vida? Koliko je potrebno pomaknuti okular da bi se slika mogla gledati okom namještenim u beskonačnost?

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

Zapišimo formulu leće za okular:

Udaljenost između leće 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 akomodacije oka do beskonačnosti, duljina cijevi prema formuli (17.4) jednaka je

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

Prema tome, pomak okulara je

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

Odgovor: l» 3,24 cm; D l» 0,76 cm.

STOP! Odlučite sami: B6, C5, C6.

Čitač: Može li Galileova truba proizvesti sliku na ekranu?

Riža. 17.15

Znamo da divergentna leća može proizvesti stvarnu sliku samo u jednom slučaju: ako se zamišljeni izvor nalazi iza leće ispred stražnjeg fokusa (sl. 17.15).

Problem 17.3. Objektiv Galilejevog teleskopa daje pravu sliku Sunca u žarišnoj ravnini. Na kojoj se udaljenosti između leće i okulara može dobiti slika Sunca na ekranu tri puta većeg promjera od stvarne slike koja bi se dobila bez okulara? Žarišna duljina objektiva F 1 = 100 cm, okular – F 2 = –15 cm.

Divergentna leća stvara na ekranu stvaran slika ovog imaginarnog izvora je segment A 2 U 2. Na slici R 1 je radijus stvarne slike Sunca na ekranu, i R– radijus stvarne slike Sunca koju stvara samo leća (u nedostatku okulara).

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

.

Zapišimo formulu leće za okular, vodeći računa o tome d< 0 – источник мнимый, f > 0 – važeća slika:

|d| = 10 cm.

Zatim sa Sl. 17.16 nađi traženu udaljenost l između okulara i leće:

l = F 1 – |d| = 100 – 10 = 90 cm.

Odgovor: l= 90 cm.

STOP! Odlučite sami: C7, C8.