A céltávcső (refraktor távcső) távoli objektumok megfigyelésére szolgál. A cső 2 lencséből áll: egy objektívből és egy okulárból.

1. definíció

Lencse egy nagy gyújtótávolságú konvergáló lencse.

2. definíció

Szemlencse- Ez egy rövid gyújtótávolságú objektív.

Szemlencseként konvergáló vagy széttartó lencséket használnak.

Egy távcső számítógépes modellje

Számítógépes program segítségével 2 lencséből készíthet modellt, amely bemutatja a Kepler távcső működését. A teleszkópot csillagászati ​​megfigyelésekre tervezték. Mivel a készülék fordított képet jelenít meg, ez a földi megfigyeléseknél kényelmetlen. A program úgy van beállítva, hogy a megfigyelő szeme végtelen távolságra legyen alkalmazkodva. Ezért a távcsőben a sugárzások teleszkópos útját hajtják végre, vagyis egy távoli pontból párhuzamos sugárnyaláb, amely ψ szögben lép be a lencsébe. Pontosan ugyanúgy lép ki a szemlencséből, mint egy párhuzamos sugár, de az optikai tengelyhez képest eltérő φ szögben.

Szögnagyítás

3. definíció

A teleszkóp szögnagyítása a ψ és φ szögek aránya, amelyet a γ = φ ψ képlettel fejezünk ki.

A következő képlet a teleszkóp szögnagyítását mutatja az F 1 lencse és az F 2 szemlencse gyújtótávolságán keresztül:

γ = - F 1 F 2 .

A szögnagyítási képletben az F 1 lencse előtt megjelenő negatív előjel azt jelenti, hogy a kép fejjel lefelé van.

Ha szükséges, módosíthatja az objektív és a szemlencse F 1 és F 2 gyújtótávolságát, valamint a ψ szöget. A φ szög és a γ szögnagyítás értékei megjelennek a készülék képernyőjén.

Ha hibát észlel a szövegben, jelölje ki, és nyomja meg a Ctrl+Enter billentyűkombinációt

Teleszkóp nagyításának meghatározása bot segítségével. Ha a csövet egy közeli rúdra irányítja, megszámolhatja, hogy az N rúdnak hány szabad szemmel látható osztása felel meg a csövön keresztül látható rúd n darabjának. Ehhez felváltva a csőbe és a sínbe kell nézni, a sín osztásait a cső látómezőjéből a szabad szemmel látható sínre vetítve.

A nagy pontosságú geodéziai műszerek cserélhető, különböző gyújtótávolságú szemlencsékkel rendelkeznek, az okulár cseréje pedig lehetővé teszi a cső nagyításának megváltoztatását a megfigyelési körülményektől függően.

A Kepler-cső nagyítása megegyezik az objektív gyújtótávolságának és a szemlencse fókusztávolságának arányával.

Jelöljük γ-val azt a szöget, amelynél n osztás a csőbe és N cső nélküli osztás látható (3.8. ábra). Ezután az állvány egyik felosztása szögben látható a csőben:

α = γ/n,

és cső nélkül - szögben:

β = γ/N.

3.8. ábra

Tehát: V = N/n.

A cső nagyítása megközelítőleg kiszámítható a következő képlettel:

V = D/d, (3,11)

ahol D a lencse bemeneti átmérője;

d a cső kimenetének átmérője (de nem a szemlencse átmérője).

A cső látómezeje. A cső látómezeje az a tér, amely a csövön keresztül látható, amikor az álló helyzetben van. A látómezőt az ε szög méri, amelynek csúcsa a lencse optikai középpontjában van, és az oldalak érintik a rekesznyílás széleit (3.9. ábra). A cső belsejében, a lencse fókuszsíkjában egy d1 átmérőjű rekesz van beépítve. A 3.11. ábrán jól látható, hogy:

ahol

3.9. ábra.

Általában a geodéziai műszerekben d1 = 0,7 * fokot vesznek fel, majd radiánban:

ε = 0,7/V.

Ha ε-t fokban fejezzük ki, akkor:

ε = 40o/V. (3.12)

Minél nagyobb a cső nagyítása, annál kisebb a látószöge. Tehát például V = 20x ε = 2o-nál, V = 80x ε = 0,5o-nál.

A cső felbontását a következő képlettel becsüljük meg:

Például V = 20x ψ = 3″; ebben a szögben egy 5 cm-es tárgy látható 3,3 km távolságból; az emberi szem csak 170 m távolságból látja ezt a tárgyat.

Rács szálak. A távcső egy tárgyra való helyes irányításának azt tekintjük, ha a tárgy képe pontosan a távcső látómezejének közepén helyezkedik el. A szubjektív tényező kiküszöbölése érdekében a látómező középpontjának megtalálásakor azt egy szálrács jelöli ki. A szálrács a legegyszerűbb esetben két egymásra merőleges ütés, amelyet a csőmembránhoz rögzített üveglapon alkalmaznak. A szálak hálója különböző típusú; Ezek közül néhányat a 3.10. ábra mutat be.

A menetháló korrekciós csavarokkal rendelkezik: két oldalsó (vízszintes) és két függőleges. Az irányzék középpontját és a lencse optikai középpontját összekötő vonalat látóvonalnak vagy a cső látóvonalának nevezzük.

3.10

A cső szerelése szemmel és objektummal. Amikor a távcsövet egy tárgyra irányítja, egyszerre kell tisztán látnia az irányzékot és a tárgy képét a szemlencsében. A cső szem mentén történő felszerelésével tiszta kép érhető el a szálak hálójáról; Ehhez mozgassa a szemlencsét az irányzékhoz képest, forgatva a szemlencsén lévő barázdált gyűrűt. A csőnek egy tárgyra helyezését a cső fókuszálásának nevezzük. A szóban forgó objektumok távolsága változó, és a (3.6) képlet szerint, ha a változik, akkor a képétől való b távolság is változik. Ahhoz, hogy egy tárgy képe tiszta legyen a szemlencsén keresztül nézve, annak a szálrács síkjában kell elhelyezkednie. A cső szemlencse-részének a fő optikai tengely mentén történő mozgatásával az irányzék és a lencse közötti távolság addig változik, amíg egyenlővé nem válik b-vel.

Azokat a csöveket, amelyekben a fókuszálást a lencse és az irányzék közötti távolság megváltoztatásával érik el, külső fókuszcsöveknek nevezzük. Az ilyen csövek nagy és ráadásul változó hosszúságúak; nem légmentesek, így por és nedvesség kerül beléjük; Egyáltalán nem fókuszálnak a közeli tárgyakra. A modern mérőműszerekben nem használnak külső fókuszú távcsöveket

Fejlettebbek a belső fókuszálású csövek (3.11. ábra); egy további mozgatható széttartó L2 lencsét használnak, amely az L1 lencsével együtt egy ekvivalens L lencsét képez. Amikor az L2 lencse mozog, az l lencsék közötti távolság megváltozik, és ennek következtében az egyenértékű lencse f fókusztávolsága is megváltozik. Az L lencse fókuszsíkjában elhelyezkedő tárgy képe is az optikai tengely mentén mozog, és amikor az irányzék síkjába ütközik, jól láthatóvá válik a cső okulárjában. A belső fókuszú csövek rövidebbek; tömítettek és lehetővé teszik a közeli tárgyak megfigyelését, a modern mérőműszerek főként ilyen teleszkópokat használnak.

OPTIKAI MŰSZEREK TELSZKÓPOS SUGÁRÚTJÁVAL: KEPLER CSŐ ÉS GALILEO CSŐ

Ennek a munkának a célja két optikai műszer - a Kepler-cső és a Galileo-cső - szerkezetének tanulmányozása és nagyításuk mérése.

A Kepler cső egy egyszerű teleszkópos rendszer. Két pozitív (konvergáló) lencséből áll, amelyek úgy vannak felszerelve, hogy az első lencsére beeső párhuzamos sugár a második lencséből szintén párhuzamosan jön ki (1. ábra).

Az 1-es lencsét objektívnek, a 2-es lencsét okulárnak nevezzük. A lencse hátsó fókusza egybeesik a szemlencse elülső fókuszával. Ezt a sugárpályát teleszkóposnak nevezik, és az optikai rendszer afokális lesz.

A 2. ábra mutatja a sugarak útját az objektum tengelyen kívül eső pontjából.

Az AF ok szegmens a végtelenben lévő tárgy valódi fordított képe. Így a Kepler-cső fordított képet állít elő. A szemlencse úgy helyezhető el, hogy nagyítóként működjön, és virtuális nagyított képet hozzon létre a D legjobb látótávolságon lévő tárgyról (lásd 3. ábra).

A Kepler-cső nagyításának meghatározásához vegye figyelembe a 4. ábrát.

Hagyja, hogy egy végtelenül távoli tárgyból származó sugarak az optikai tengellyel -u szöget bezáróan párhuzamos nyalábban a lencsére hulljanak, és a szemlencsét u′ szögben hagyják el. A nagyítás megegyezik a képméret és az objektum méretének arányával, ez az arány pedig a megfelelő látószögek érintőinek arányával. Ezért a Kepler-cső nagyítása:

γ = - tgu′/tgu (1)

A nagyítás negatív előjele azt jelenti, hogy a Kepler-cső fordított képet hoz létre. A 4. ábrán látható geometriai összefüggések (háromszögek hasonlósága) segítségével levezethetjük a kapcsolatot:

γ = - fob′/fok′ = -d/d′ , (2)

ahol d a lencsekeret átmérője, d′ a lencsekeret szemlencse által létrehozott tényleges képének átmérője.

A Galilei-távcső sematikusan az 5. ábrán látható.

A szemlencse egy negatív (szóródó) lencse 2. Az 1. lencse és a 2. okulár gócai egy ponton esnek egybe, így a sugarak útja itt is teleszkópos. A lencse és a szemlencse közötti távolság egyenlő a gyújtótávolságuk különbségével. A Kepler-csővel ellentétben a szemlencse által létrehozott lencsekeret képe virtuális lesz. Figyelembe véve a sugarak útját egy objektum tengelyétől eltérő pontjából (6. ábra), megjegyezzük, hogy Galilei csöve közvetlen (nem fordított) képet hoz létre a tárgyról.

Geometriai összefüggések felhasználásával ugyanúgy, mint fentebb a Kepler-cső esetében, kiszámítható a Galilei-cső nagyítása. Ha egy végtelenül távoli tárgy sugarai az optikai tengellyel -u szögben párhuzamos sugárnyalábban esnek a lencsére, és u′ szögben lépnek ki a szemlencséből, akkor a nagyítás egyenlő:

γ = tgu′/tgu (3)

Azt is meg lehet mutatni

γ = fob′/fok′, (4)

A nagyítás pozitív jele azt jelzi, hogy a Galilei-teleszkópon keresztül megfigyelt kép függőleges (nem fordított).

MŰKÖDÉSI ELJÁRÁS

Eszközök és anyagok: optikai pad az értékelőkbe beépített következő optikai elemekkel: megvilágítók (félvezető lézer és izzólámpa), biprizma, két pozitív lencse, negatív lencse, képernyő.

1. FELADAT. Kepler cső nagyítás mérése.

1. Szerelje fel a félvezető lézert és a biprizmát az optikai padra. A lézersugárnak el kell érnie a biprizma szélét. Ekkor a biprizmából két gerenda emelkedik ki, párhuzamosan. A Kepler-csövet nagyon távoli objektumok megfigyelésére használják, így párhuzamos sugarak érkeznek a bemenetére. Egy ilyen párhuzamos nyaláb analógja két, a biprizmából egymással párhuzamosan kilépő nyaláb. Mérje meg és jegyezze fel e sugarak közötti d távolságot.

2. Ezután állítsa össze a Kepler csövet úgy, hogy objektívként nagyobb fókuszú pozitív lencsét használjon, és szemlencséként egy kisebb fókuszú pozitív lencsét. Vázolja fel a kapott optikai tervet. Az okulárból két, egymással párhuzamos sugárnak kell kilépnie. Mérje meg és jegyezze fel a köztük lévő d" távolságot.

3. Számítsa ki a Kepler-cső nagyítását a d és d", távolságok arányaként a nagyítás előjelét figyelembe véve Számítsa ki a mérési hibát, és írja fel az eredményt a hibával!

4. A nagyítást más módon is mérheti. Ehhez meg kell világítania a lencsét egy másik fényforrással - egy izzólámpával, és valódi képet kell kapnia a szemlencse mögötti lencsecsőről. Mérjük meg a d lencsecső átmérőjét és a képének átmérőjét d". Számítsa ki a nagyítást és írja le a mérési hiba figyelembevételével!

5. Számítsa ki a nagyítást a (2) képlet segítségével, mint a lencse és a szemlencse gyújtótávolságának arányát. Vesd össze a (3) és (4) bekezdésben számított emeléssel.

2. FELADAT. Galilei cső nagyításának mérése.

1. Szerelje fel a félvezető lézert és a biprizmát az optikai padra. A biprizmából két párhuzamos sugárnak kell kijönnie. Mérjük meg és jegyezzük fel a köztük lévő d távolságot.

2. Ezután állítsa össze a Galilei-csövet, objektívként pozitív lencsét és okulárként negatív lencsét használva. Vázolja fel a kapott optikai tervet. Az okulárból két, egymással párhuzamos sugárnak kell kilépnie. Mérje meg és jegyezze fel a köztük lévő d" távolságot.

3. Számítsa ki a Galilei-cső nagyítását a d és d távolságok arányaként." Számítsa ki a mérési hibát, és írja fel az eredményt a hibával!

4. Számítsa ki a nagyítást a (4) képlet segítségével, mint a szemlencse gyújtótávolságának arányát. Hasonlítsa össze a 3. lépésben számított növekedéssel.

ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK

1. Mi az a teleszkópos sugárút?

2. Miben különbözik Kepler trombitája Galilei trombitájától?

3. Milyen optikai rendszereket nevezünk afokálisnak?

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

Ezekben a napokban ünnepeljük az optikai teleszkóp létrehozásának 400. évfordulóját – a legegyszerűbb és leghatékonyabb tudományos műszert, amely megnyitotta az Univerzum kapuját az emberiség előtt. Az első teleszkópok létrehozásának megtiszteltetése jogosan Galileót illeti meg.

Mint tudják, Galileo Galilei 1609 közepén kezdett kísérletezni a lencsékkel, miután megtudta, hogy Hollandiában feltaláltak egy távcsövet a navigáció szükségleteire. 1608-ban, valószínűleg egymástól függetlenül, Hans Lippershey, Jacob Metius és Zechariah Jansen holland látszerészek készítették. Mindössze hat hónap alatt a Galileónak sikerült jelentősen továbbfejlesztenie ezt a találmányt, megalkotni egy erőteljes csillagászati ​​műszert, és számos csodálatos felfedezést tett.

Galilei sikere a távcső tökéletesítésében nem tekinthető véletlennek. Az olasz üvegmesterek ekkorra már alaposan ismertté váltak: még a 13. században. feltalálták a szemüveget. És az elméleti optika Olaszországban volt a legjobb. Leonardo da Vinci munkái révén a geometria egy részéből gyakorlati tudománnyá vált. „Csinálj szemüveget a szemednek, hogy nagyra lássa a holdat” – írta a 15. század végén. Lehetséges, bár erre nincs közvetlen bizonyíték, hogy Leonardonak sikerült egy teleszkópos rendszert megvalósítania.

A 16. század közepén végzett eredeti kutatásokat az optikával kapcsolatban. olasz Francesco Maurolicus (1494-1575). Honfitársa, Giovanni Batista de la Porta (1535-1615) két pompás művet szentelt az optikának: „Természetes varázslat” és „A fénytörésről”. Utóbbiban még a távcső optikai kialakítását is megadja, és azt állítja, hogy képes volt kis tárgyakat látni nagy távolságból. 1609-ben megpróbálja megvédeni az elsőbbséget a távcső feltalálásában, de a tényszerű bizonyíték erre nem volt elegendő. Bárhogy is legyen, Galilei munkája ezen a területen jól előkészített talajon kezdődött. De tisztelegve Galilei elődjei előtt, ne feledjük, hogy ő készített egy funkcionális csillagászati ​​műszert egy vicces játékból.

Galileo kísérleteit egy pozitív lencse objektívként és egy negatív lencse okulárként való egyszerű kombinációjával kezdte, háromszoros nagyítást adva. Ezt a kialakítást most színházi távcsőnek hívják. Ez a legnépszerűbb optikai eszköz a szemüveg után. Természetesen a modern színházi távcsövek kiváló minőségű bevonatos lencséket használnak lencséként és okulárként, esetenként akár összetett, több szemüvegből álló lencséket is. Széles látómezőt és kiváló képeket biztosítanak. A Galileo egyszerű lencséket használt az objektívhez és az okulárhoz is. Teleszkópjai súlyos kromatikus és gömbi aberrációkat szenvedtek, i.e. olyan képet produkált, amely a széleken elmosódott, és a különböző színekben nem volt fókuszálva.

Galileo azonban nem hagyta abba a holland mesterekhez hasonlóan a „színházi távcsöveket”, hanem folytatta a lencsékkel végzett kísérletezéseket, és 1610 januárjára több 20-33-szoros nagyítású műszert is megalkotott. Segítségükkel tette figyelemre méltó felfedezéseit: felfedezte a Jupiter műholdait, hegyeket és krátereket a Holdon, számtalan csillagot a Tejútban stb. Már 1610. március közepén latinul is megjelent Galilei műve 550 példány Velencében. Starry Messenger”, ahol a teleszkópos csillagászat első felfedezéseit ismertették. 1610 szeptemberében a tudós felfedezte a Vénusz fázisait, novemberben pedig egy gyűrű jeleit fedezte fel a Szaturnuszon, bár fogalma sem volt felfedezésének valódi jelentéséről ("Megfigyeltem a legmagasabb bolygót háromban" - írja a egy anagramma, amely megpróbálja biztosítani a felfedezés elsőbbségét). Talán egyetlen távcső sem járult hozzá olyan mértékben a tudományhoz a következő évszázadok során, mint Galilei első távcsöve.

Azok a csillagászat-rajongók azonban, akik megpróbáltak teleszkópokat összeállítani szemüvegből, gyakran meglepődnek tervezéseik kicsiny képességein, amelyek a „megfigyelési képességek” tekintetében egyértelműen elmaradnak a Galileo házi készítésű távcsövétől. A modern „Galileos” gyakran még a Jupiter műholdait sem képes észlelni, nem beszélve a Vénusz fázisairól.

Firenzében, a Tudománytörténeti Múzeumban (a híres Uffizi Művészeti Galéria mellett) két teleszkópot őriznek a Galilei által épített elsők közül. A harmadik távcső törött lencséje is van. Ezt a lencsét Galileo használta számos megfigyeléshez 1609-1610 között. és ő ajándékozta II. Ferdinánd nagyhercegnek. A lencse később véletlenül eltört. Galilei halála (1642) után ezt a lencsét Leopold de' Medici herceg őrizte, majd halála után (1675) bekerült az Uffizi Képtár Medici-gyűjteményébe. 1793-ban a gyűjtemény a Tudománytörténeti Múzeumba került.

Nagyon érdekes a Vittorio Crosten vésnök által a Galilei lencséhez készített dekoratív elefántcsont keret. A gazdag és bonyolult virágmintákat tudományos műszerek képei tarkítják; Több latin felirat szervesen beépült a mintába. A tetején korábban egy, mára elveszett szalag volt, „MEDICEA SIDERA” („Medici csillagok”) felirattal. A kompozíció középső részét a Jupiter képe koronázza meg négy műholdjának pályájával, körülötte a „CLARA DEUM SOBOLES MAGNUM IOVIS INCREMENTUM” („Istenek dicsőséges [fiatal] nemzedéke, a Jupiter nagyszerű utóda”) szöveggel. . Balra és jobbra a Nap és a Hold allegorikus arca látható. A lencse köré koszorút fonó szalagon a következő felirat olvasható: „HIC ET PRIMUS RETEXIT MACULAS PHEBI ET IOVIS ASTRA” („Ő volt az első, aki felfedezte Phoebus (azaz a Nap) foltjait és a Jupiter csillagait is”). A lenti kartonon a következő szöveg található: „COELUM LINCEAE GALILEI MENTI APERTUM VITREA PRIMA HAC MOLE NON DUM VISA OSTENDIT SYDERA MEDICEA IURE AB INVENTORE DICTA SAPIENS NEMPE DOMINATUR ET ASTRIS” („A galilei égbolt, ennek köszönhetően nyitva áll a lelkes elmének” első üvegtárgy, megmutatta a csillagokat, a mai napig láthatatlan, felfedezőjük Mediceannak méltán nevezte. Hiszen a bölcs uralkodik a csillagokon").

A kiállítással kapcsolatos információk a Tudománytörténeti Múzeum honlapján találhatók: link 100101; hivatkozási szám: 404001.

A huszadik század elején a Firenzei Múzeumban tárolt Galilei távcsöveket tanulmányozták (lásd a táblázatot). Még csillagászati ​​megfigyeléseket is végeztek velük.

A Galileo teleszkópok első lencséinek és szemlencséinek optikai jellemzői (méretek mm-ben)

Kiderült, hogy az első cső felbontása 20" és látómezeje 15" volt. A második pedig 10" és 15". Az első cső 14-szeres, a második 20-szoros nagyítása volt. A harmadik cső törött lencséje az első két cső szemlencséivel 18-szoros és 35-szörös nagyítást adna. Tehát megtehette volna Galilei elképesztő felfedezéseit ilyen tökéletlen eszközökkel?

Történelmi kísérlet

Pontosan ezt a kérdést tette fel magának az angol Stephen Ringwood, és hogy megtudja a választ, megalkotta Galilei legjobb teleszkópjának pontos másolatát (Ringwood S. D. A Galilean telescope // The Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, 1994, 35. kötet, 1., 43-50. 1992 októberében Steve Ringwood újraalkotta a Galileo harmadik teleszkópjának tervét, és egy évig mindenféle megfigyelést végzett vele. Teleszkópjának lencséjének átmérője 58 mm, gyújtótávolsága 1650 mm volt. Galileihoz hasonlóan Ringwood is leállította objektívjét D = 38 mm-es rekeszátmérőre, hogy jobb képminőséget érjen el viszonylag kis áthatolóerő-veszteséggel. A szemlencse negatív lencse volt, gyújtótávolsága -50 mm, ami 33-szoros nagyítást adott. Mivel ennél a teleszkóp kialakításnál a szemlencse a lencse fókuszsíkja elé került, a cső teljes hossza 1440 mm volt.

Ringwood a Galileo teleszkóp legnagyobb hátrányának a kis látómezőt tartja - mindössze 10", vagyis a holdkorong egyharmada. Ráadásul a látómező szélén a képminőség nagyon alacsony. Az egyszerű A Rayleigh-kritérium, amely leírja az objektív felbontóképességének diffrakciós határát, 3,5-4,0"-nél minőségi képeket várna. A kromatikus aberráció azonban 10-20". D), +9,9 m körül volt várható. A valóságban azonban nem lehetett +8 m-nél gyengébb csillagokat észlelni.

A Hold megfigyelésekor a távcső jól teljesített. Még több részletet lehetett felfedezni, mint amennyit Galilei felvázolt első holdtérképén. – Talán Galilei jelentéktelen rajzoló volt, vagy nem nagyon érdekelték a Hold felszínének részletei? - Ringwood meglepődik. Vagy talán Galilei tapasztalata a teleszkópok készítése és a velük való megfigyelés terén még nem volt elég kiterjedt? Számunkra úgy tűnik, hogy ez az oka. A Galileo saját kezével csiszolt üveg minősége nem tudta felvenni a versenyt a modern lencsékkel. És természetesen Galilei nem tanult meg azonnal távcsövön keresztül nézni: a vizuális megfigyelések jelentős tapasztalatot igényelnek.

Egyébként miért nem tettek csillagászati ​​felfedezéseket az első teleszkópok alkotói - a hollandok? A színházi távcsővel (2,5-3,5-szeres nagyítás) és a terepi távcsővel (7-8-szoros nagyítással) végzett megfigyelések után észreveheti, hogy különbségek vannak a képességeik között. A modern, kiváló minőségű 3x távcső lehetővé teszi (egy szemmel történő megfigyeléskor!) a legnagyobb holdkráterek észrevételét; Ezt nyilván egy ugyanolyan nagyítású, de gyengébb minőségű holland trombita sem tudta megtenni. A terepi távcsövek, amelyek megközelítőleg ugyanolyan képességeket biztosítanak, mint a Galileo első teleszkópjai, megmutatják nekünk a Holdat teljes pompájában, sok kráterrel. Miután továbbfejlesztette a holland trombitát, többszörös nagyítást ért el, Galileo átlépett a „felfedezés küszöbén”. Azóta ez az elv a kísérleti tudományban sem vallott kudarcot: ha sikerül többször javítani a készülék vezető paraméterén, biztosan felfedezést tesz.

Természetesen Galilei legfigyelemreméltóbb felfedezése a Jupiter négy műholdjának és magának a bolygó korongjának a felfedezése volt. A várakozásokkal ellentétben a teleszkóp gyenge minősége nem zavarta nagyban a Jupiter műholdak rendszerének megfigyelését. Ringwood tisztán látta mind a négy műholdat, és Galileihoz hasonlóan minden este meg tudta jelölni mozgásukat a bolygóhoz képest. Igaz, nem mindig sikerült egyszerre jól fókuszálni a bolygó és a műhold képét: a lencse kromatikus aberrációja nagyon nehezen ment.

De ami magát a Jupitert illeti, Ringwood, akárcsak Galilei, nem tudott semmilyen részletet észlelni a bolygó korongján. A Jupitert az Egyenlítő mentén keresztező, alacsony kontrasztú szélességi sávok az aberráció következtében teljesen kimosódtak.

A Ringwood nagyon érdekes eredményt ért el a Szaturnusz megfigyelésekor. Galileihoz hasonlóan 33-szoros nagyításnál is csak halvány duzzanatot („titokzatos függelékeket”, ahogy Galilei írta) látott a bolygó oldalain, amit a nagy olasz természetesen nem tudott gyűrűként értelmezni. Ringwood további kísérletei azonban azt mutatták, hogy más nagy nagyítású okulárok használatakor még tisztább gyűrűjellemzők észlelhetők. Ha Galilei ezt tette volna a maga idejében, akkor a Szaturnusz gyűrűinek felfedezése csaknem fél évszázaddal korábban történt volna, és nem Huygenshez (1656) tartozott volna.

A Vénusz megfigyelései azonban bebizonyították, hogy Galilei gyorsan képzett csillagász lett. Kiderült, hogy a legnagyobb megnyúlásnál a Vénusz fázisai nem látszanak, mert túl kicsi a szögmérete. És csak akkor, amikor a Vénusz megközelítette a Földet, és a 0,25-ös fázisban szögátmérője elérte a 45"-ot, akkor vált észrevehetővé a félhold alakja. Ekkor már nem volt olyan nagy a szögtávolsága a Naptól, és a megfigyelések is nehézkesek voltak.

A legérdekesebb dolog Ringwood történeti kutatásában talán egy régi tévhit feltárása volt Galilei Nap-megfigyeléseivel kapcsolatban. Eddig általánosan elfogadott volt, hogy a Napot nem lehet Galilei-távcsővel úgy megfigyelni, hogy képét képernyőre vetítjük, mert a szemlencse negatív lencséje nem tudott valódi képet alkotni a tárgyról. Csak a kicsit később feltalált, két pozitív lencséből álló Kepler-teleszkóp tette ezt lehetővé. Úgy gondolták, hogy először Christoph Scheiner (1575-1650) német csillagász figyelte meg a Napot egy okulár mögé helyezett képernyőn. Egyidejűleg és Keplertől függetlenül megalkotott egy hasonló felépítésű távcsövet 1613-ban. Hogyan figyelte Galilei a Napot? Végül is ő fedezte fel a napfoltokat. Sokáig az volt a hiedelem, hogy Galilei szemével egy okuláron keresztül figyeli a nappali fényt, a felhőket fényszűrőként használta, vagy a Napot figyelte a ködben, alacsonyan a horizont felett. Azt hitték, hogy Galilei időskori látásvesztését részben a Nap megfigyelései okozták.

Ringwood azonban felfedezte, hogy a Galileo távcsöve a napfényképet is elég tisztességesen vetíti a képernyőre, és a napfoltok nagyon jól láthatók. Később, Galilei egyik levelében Ringwood felfedezte a Nap megfigyeléseinek részletes leírását úgy, hogy képét képernyőre vetítette. Furcsa, hogy ezt a körülményt korábban nem vették észre.

Úgy gondolom, hogy minden csillagászat szerelmese nem fogja megtagadni magától azt az örömöt, hogy „Galileová váljon” néhány estére. Ehhez csak egy galileai távcsövet kell készítenie, és meg kell próbálnia megismételni a nagy olasz felfedezéseit. Ennek a jegyzetnek az egyik szerzője gyerekkorában Kepleri-csövet készített szemüvegből. És már felnőtt korában sem tudott ellenállni, és egy Galilei távcsövéhez hasonló műszert épített. Objektívként 43 mm átmérőjű, +2 dioptria teljesítményű rögzítőlencsét használtak, egy régi színházi távcsőből pedig körülbelül -45 mm-es gyújtótávolságú okulárt vettek. A teleszkóp nem túl erősnek bizonyult, mindössze 11-szeres nagyítással, de a látómezeje kicsinek, körülbelül 50" átmérőjűnek bizonyult, a képminőség pedig egyenetlen, a széle felé jelentősen romlik. a képek jelentősen jobbak lettek, amikor az objektív rekesznyílását 22 mm-re csökkentették, sőt még jobbak is voltak - akár 11 mm-re. A képek fényereje természetesen csökkent, de a Hold megfigyelései még profitáltak is ebből.

Ahogy az várható volt, amikor a Napot fehér képernyőre vetítve figyelték meg, ez a teleszkóp valóban elkészítette a napkorong képét. A negatív szemlencse többszörösére növelte az objektív egyenértékű gyújtótávolságát (teleobjektív elve). Mivel nincs információ arról, hogy Galilei melyik állványra szerelte fel a távcsövet, a szerző a távcsövet a kezében tartva megfigyelte, és kapaszkodóként fatörzset, kerítést vagy nyitott ablakkeretet használt. 11-szeres nagyításnál ez elegendő volt, de 30-szoros nagyításnál a Galileónak nyilván gondjai lehetett.

Úgy tekinthetjük, hogy az első teleszkóp újraalkotására irányuló történelmi kísérlet sikeres volt. Ma már tudjuk, hogy Galilei teleszkópja a modern csillagászat szempontjából meglehetősen kényelmetlen és gyenge műszer volt. Minden tekintetben még a jelenlegi amatőr hangszereknél is alulmaradt. Csak egy előnye volt - ő volt az első, és alkotója, Galileo mindent "kipréselt" a hangszeréből, ami csak lehetséges. Emiatt tiszteljük Galileit és első teleszkópját.

Legyen Galileo

A jelenlegi 2009-es évet a csillagászat nemzetközi évének nyilvánították a távcső születésének 400. évfordulója tiszteletére. A számítógépes hálózaton a meglévők mellett sok új csodálatos helyszín jelent meg a csillagászati ​​objektumok csodálatos fényképeivel.

De bármennyire is telítettek voltak az internetes oldalak érdekes információkkal, az MHA fő célja az volt, hogy mindenkinek bemutassa a valódi Univerzumot. Ezért a kiemelt projektek közé tartozott az olcsó, bárki számára hozzáférhető távcsövek gyártása. A legnépszerűbb a „galileoszkóp” volt - egy kis refraktor, amelyet rendkívül professzionális optikai csillagászok terveztek. Ez nem Galilei teleszkópjának pontos mása, inkább a modern reinkarnációja. A „galileoszkóp” kétlencsés akromatikus üveglencsével rendelkezik, amelynek átmérője 50 mm, gyújtótávolsága 500 mm. A négy elemből álló műanyag szemlencse 25-szörös nagyítást, a 2-szeres Barlow-lencse pedig 50-szeres nagyítást biztosít. A teleszkóp látómezeje 1,5 o (vagy Barlow lencsével 0,75 o). Egy ilyen műszerrel könnyen „megismételhető” Galileo összes felfedezése.

Maga Galilei azonban egy ilyen távcsővel sokkal nagyobbra tette volna őket. Az eszköz 15-20 dolláros ára valóban megfizethetővé teszi. Érdekes módon a szokásos pozitív okulárral (akár Barlow-lencsével is) a "Galileoscope" valóban Kepler-cső, de ha csak Barlow-lencsét használunk okulárként, akkor méltán becsüli a nevét, 17-szeres Galilei-csővé válik. A nagy olasz felfedezéseit ilyen (eredeti!) konfigurációban megismételni nem egyszerű feladat.

Ez egy nagyon kényelmes és meglehetősen elterjedt eszköz, amely alkalmas iskolák és kezdő csillagászat kedvelői számára. Ára lényegesen alacsonyabb, mint a korábban létező, hasonló képességű távcsöveké. Nagyon kívánatos lenne ilyen hangszerek beszerzése iskoláink számára.

Nem túl távoli tárgyak?

Tegyük fel, hogy egy viszonylag közeli objektumot szeretnénk alaposan szemügyre venni. Egy Kepler-cső segítségével ez teljesen lehetséges. Ebben az esetben az objektív által készített kép valamivel távolabb lesz, mint az objektív hátsó fókuszsíkja. Az okulárt pedig úgy kell elhelyezni, hogy ez a kép a szemlencse elülső fókuszsíkjában legyen (17.9. ábra) (ha látásunk megerőltetése nélkül akarunk megfigyeléseket végezni).

Probléma 17.1. A Kepler-cső a végtelenbe van állítva. Miután ennek a tubusnak a szemlencséjét D távolságra elmozdította a lencsétől l= 0,50 cm, a távolban elhelyezkedő tárgyak jól láthatóvá váltak a csövön keresztül d. Határozza meg ezt a távolságot, ha az objektív gyújtótávolsága F 1 = 50,00 cm.

a lencse mozgatása után ez a távolság egyenlővé vált

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

Írjuk fel az objektív lencseképletét:

Válasz: d» 51 m.

ÁLLJ MEG! Döntse el Ön: B4, C4.

Galilei trombitája

Az első távcsövet nem Kepler, hanem Galileo Galilei (1564–1642) olasz tudós, fizikus, mechanikus és csillagász tervezte 1609-ben. Galilei távcsövében a Kepler távcsővel ellentétben a szemlencse nem gyűjtő, hanem szétszóródás lencse, ezért a benne lévő sugarak útja összetettebb (17.10. ábra).

Tárgyból érkező sugarak AB, áthalad a lencsén - gyűjtőlencse RÓL RŐL 1, amely után összefolyó sugárnyalábokat képeznek. Ha a tétel AB– végtelenül távoli, akkor a tényleges képe ab a lencse fókuszsíkjában kell lennie. Sőt, ez a kép lecsökkenne és megfordulna. De a konvergáló sugarak útjában van egy szemlencse - egy széttartó lencse RÓL RŐL 2, amelyhez a kép ab képzeletbeli forrás. Az okulár egy összefolyó sugarat széttartóvá alakít, és létrehoz virtuális közvetlen kép A¢ BAN BEN¢.

Rizs. 17.10

b látószög, amelynél a képet látjuk A 1 BAN BEN 1, egyértelműen nagyobb, mint az a látószög, amelynél a tárgy látható AB szabad szemmel.

Olvasó: Valahogy nagyon trükkös... Hogyan számolhatjuk ki a cső szögnagyítását?

Rizs. 17.11

Az objektív valódi képet ad A 1 BAN BEN 1 a fókuszsíkban. Most emlékezzünk a szemlencsére - egy széttartó lencsére, amelyhez a kép A 1 BAN BEN 1 egy képzeletbeli forrás.

Készítsünk képet erről a képzeletbeli forrásról (17.12. ábra).

1. Rajzoljunk egy gerendát BAN BEN 1 RÓL RŐL a lencse optikai középpontján keresztül - ez a sugár nem törik meg.

Rizs. 17.12

2. Rajzoljunk a pontból BAN BEN 1 gerenda BAN BEN 1 VAL VEL, párhuzamosan a fő optikai tengellyel. Az objektívvel való metszéspontig (szakasz CD) egy nagyon valóságos gerenda, és a környéken DВ Az 1 egy tisztán „mentális” vonal – a lényegre BAN BEN 1 valós Sugár CD nem éri el! Úgy megtörik folytatás A megtört sugár áthalad a széttartó lencse fő elülső fókuszán - a ponton F 2 .

Gerenda metszéspontja 1 gerenda folytatással 2 pontot alkotnak BAN BEN 2 – képzeletbeli forrás képzeletbeli képe BAN BEN 1 . Leesés egy pontról BAN BEN 2 az optikai főtengelyre merőlegesen kapunk egy pontot A 2 .

Most vegye figyelembe, hogy a szög, amelyben a kép látható az okulárból A 2 BAN BEN 2 a szög A 2 OB 2 = b. D-től A 1 OB 1 sarok. Nagyságrend | d| megtalálható a szemlencse lencse képletéből: itt képzeletbeli forrás ad képzeletbeli a kép széttartó lencsében, így a lencse képlete a következő:

.

Ha azt akarjuk, hogy a megfigyelés a szem megerőltetése nélkül lehetséges legyen, egy virtuális kép A 2 BAN BEN 2-t a végtelenbe kell „küldeni”: | f| ® ¥. Ezután párhuzamos sugárnyalábok jönnek ki az okulárból. És a képzeletbeli forrás A 1 BAN BEN Ehhez az 1-nek a széttartó lencse hátsó fókuszsíkjában kell lennie. Valójában amikor | f | ® ¥

.

Ezt a „korlátozó” esetet vázlatosan mutatja az ábra. 17.13.

D-től A 1 RÓL RŐL 1 BAN BEN 1

h 1 = F 1a, (1)

D-től A 1 RÓL RŐL 2 BAN BEN 1

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

Tegyük egyenlővé az (1) és (2) egyenlőség jobb oldalát, megkapjuk

.

Tehát megkaptuk a Galileo csövének szögnagyítását

Amint látjuk, a képlet nagyon hasonló a Kepler-cső megfelelő (17.2) képletéhez.

A Galilei-cső hossza, amint az az ábrán látható. 17.13, egyenlő

l = F 1 – |F 2 |. (17.14)

17.2 probléma. A színházi távcső lencséje egy gyújtótávolságú konvergáló lencse F 1 = 8,00 cm, és a szemlencse egy gyújtótávolságú, széttartó lencse F 2 = –4,00 cm . Mekkora a távolság a lencse és a szemlencse között, ha a képet a legjobb látás távolságából nézi a szem? Mennyire kell mozgatni az okulárt, hogy a végtelenbe állított szemmel is nézhető legyen a kép?

Az okulárhoz képest ez a kép egy távolról elhelyezkedő képzeletbeli forrás szerepét tölti be A az okulár síkja mögött. Virtuális kép S 2 a szemlencse által adott távolságban van d 0 a szemlencse síkja előtt, ahol d 0 – normál szem legjobb látási távolsága.

Írjuk fel a szemlencse képletét:

A lencse és a szemlencse közötti távolság, amint az az ábrán látható. 17.14, egyenlő

l = F 1 – a= 8,00 – 4,76 » 3,24 cm.

Abban az esetben, ha a szem a végtelenbe illeszkedik, a cső hossza a (17.4) képlet szerint egyenlő

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

Ezért a szemlencse elmozdulása az

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

Válasz: l» 3,24 cm; D l» 0,76 cm.

ÁLLJ MEG! Döntse el Ön: B6, C5, C6.

Olvasó: Képes képet produkálni a Galilei trombitája a képernyőn?

Rizs. 17.15

Tudjuk, hogy egy széttartó lencse csak egy esetben tud valós képet készíteni: ha a képzeletbeli forrás a lencse mögött, a hátsó fókusz előtt található (17.15. ábra).

17.3. probléma. A Galilei-teleszkóp lencséje valódi képet készít a Napról a fókuszsíkban. A lencse és az okulár között milyen távolságra lehet olyan képet kapni a képernyőn a Napról, amelynek átmérője háromszor nagyobb, mint a tényleges képé, amely a szemlencse nélkül készülne? Az objektív gyújtótávolsága F 1 = 100 cm, okulár – F 2 = –15 cm.

A széttartó lencse létrehozza a képernyőn igazi ennek a képzeletbeli forrásnak a képe egy szegmens A 2 BAN BEN 2. A képen R 1 a Nap tényleges képének sugara a képernyőn, és R– csak a lencse (okulár hiányában) által létrehozott Nap tényleges képének sugara.

A hasonlóságból D A 1 OB 1 és D A 2 OB 2 kapjuk:

.

Ennek figyelembevételével írjuk fel az okulár lencseképletét d< 0 – источник мнимый, f > 0 – érvényes kép:

|d| = 10 cm.

Ezután az ábrából. 17.16 keresse meg a kívánt távolságot l a szemlencse és a lencse között:

l = F 1 – |d| = 100 – 10 = 90 cm.

Válasz: l= 90 cm.

ÁLLJ MEG! Döntse el Ön: C7, C8.