Un lunetă de observare (telescop refractor) este proiectat pentru a realiza observații ale obiectelor îndepărtate. Tubul este format din 2 lentile: un obiectiv si un ocular.

Definiția 1

Obiectiv este o lentilă convergentă cu o distanță focală mare.

Definiția 2

Ocular- Acesta este un obiectiv cu o distanță focală scurtă.

Ca ocular se folosesc lentile convergente sau divergente.

Modelul computerizat al unui telescop

Folosind un program de calculator, puteți crea un model care demonstrează funcționarea telescopului Kepler din 2 lentile. Telescopul este conceput pentru observații astronomice. Deoarece dispozitivul afișează o imagine inversată, acest lucru este incomod pentru observațiile de la sol. Programul este configurat astfel încât ochiul observatorului să fie acomodat la o distanță infinită. Prin urmare, în telescop se efectuează o cale telescopică de raze, adică un fascicul paralel de raze dintr-un punct îndepărtat, care intră în lentilă sub un unghi ψ. Iese din ocular exact în același mod ca un fascicul paralel, dar în raport cu axa optică la un unghi diferit φ.

Mărire unghiulară

Definiția 3

Mărirea unghiulară a telescopului este raportul unghiurilor ψ și φ, care se exprimă prin formula γ = φ ψ.

Următoarea formulă arată mărirea unghiulară a telescopului prin distanța focală a lentilei F 1 și a ocularului F 2:

y = - F 1 F 2 .

Semnul negativ care apare în formula de mărire unghiulară în fața lentilei F 1 înseamnă că imaginea este cu susul în jos.

Dacă doriți, puteți modifica distanța focală F 1 și F 2 ale obiectivului și ocularului și unghiul ψ. Valorile unghiului φ și mărirea unghiulară γ sunt indicate pe ecranul dispozitivului.

Dacă observați o eroare în text, vă rugăm să o evidențiați și să apăsați Ctrl+Enter

Determinarea măririi telescopului cu ajutorul unui baston. Dacă îndreptați țeava către un toiag din apropiere, puteți număra câte diviziuni ale bastonului N, vizibile cu ochiul liber, corespund n diviziuni ale toiagului, vizibile prin țeavă. Pentru a face acest lucru, trebuie să priviți alternativ în țeavă și la șină, proiectând diviziunile șinei din câmpul de vedere al țevii pe șina vizibilă cu ochiul liber.

Instrumentele geodezice de înaltă precizie au oculare interschimbabile cu diferite distanțe focale, iar schimbarea ocularului vă permite să modificați mărirea tubului în funcție de condițiile de observare.

Mărirea tubului Kepler este egală cu raportul dintre distanța focală a obiectivului și distanța focală a ocularului.

Să notăm cu γ unghiul la care sunt vizibile n diviziuni în țeavă și N diviziuni fără țeavă (Fig. 3.8). Apoi, o diviziune a rackului este vizibilă în țeavă sub un unghi:

α = γ/n,

și fără țeavă - în unghi:

β = γ / N.

Fig.3.8

Prin urmare: V = N/n.

Mărirea țevii poate fi calculată aproximativ folosind formula:

V = D/d, (3,11)

unde D este diametrul de intrare al lentilei;

d este diametrul ieșirii tubului (dar nu și diametrul ocularului).

Câmpul vizual al țevii. Câmpul vizual al unei țevi este zona de spațiu vizibilă prin țeavă atunci când aceasta este staționară. Câmpul vizual este măsurat prin unghiul ε, al cărui vârf se află în centrul optic al lentilei, iar părțile laterale ating marginile deschiderii deschiderii (Fig. 3.9). O deschidere cu diametrul d1 este instalată în interiorul tubului în planul focal al lentilei Din figura 3.11 este clar că:

Unde

Fig.3.9.

De obicei, în instrumentele geodezice se iau d1 = 0,7 * fok, apoi în măsura în radiani:

ε = 0,7 / V.

Dacă ε este exprimat în grade, atunci:

ε = 40o/V. (3,12)

Cu cât mărirea țevii este mai mare, cu atât unghiul său de vedere este mai mic. Deci, de exemplu, la V = 20x ε = 2o, iar la V = 80x ε = 0,5o.

Rezoluția conductei este estimată folosind formula:

De exemplu, cu V = 20x ψ = 3″; la acest unghi este vizibil un obiect de 5 cm la o distanta de 3,3 km; ochiul uman poate vedea acest obiect la o distanță de numai 170 m.

Grilă de fire. Îndreptarea corectă a telescopului către un obiect este considerată a fi atunci când imaginea obiectului este situată exact în centrul câmpului vizual al telescopului. Pentru a elimina factorul subiectiv la găsirea centrului câmpului vizual, acesta este desemnat printr-o grilă de fire. O grilă de fire este, în cel mai simplu caz, două curse perpendiculare reciproc aplicate pe o placă de sticlă, care este atașată la diafragma țevii. Ochiul de fire vine în diferite tipuri; Figura 3.10 prezintă unele dintre ele.

Plasa de fire are șuruburi de corectare: două laterale (orizontale) și două verticale. Linia care leagă centrul reticulului și centrul optic al lentilei se numește linia de vedere sau linia de vedere a tubului.

Fig.3.10

Instalarea țevii după ochi și pe obiect. Atunci când îndreptați telescopul către un obiect, trebuie să vedeți simultan clar reticulul și imaginea obiectului din ocular. Prin instalarea țevii de-a lungul ochiului, se obține o imagine clară a rețelei de fire; Pentru a face acest lucru, mutați ocularul în raport cu reticulul, rotind inelul canelat de pe ocular. Poziționarea țevii pe un obiect se numește focalizarea țevii. Distanța până la obiectele în cauză variază, iar conform formulei (3.6), atunci când a se modifică, se modifică și distanța b față de imaginea sa. Pentru ca imaginea unui obiect să fie clară atunci când este privită prin ocular, acesta trebuie să fie situat în planul rețelei de fire. Prin deplasarea părții oculare a tubului de-a lungul axei optice principale, distanța de la reticul la lentilă se modifică până când devine egală cu b.

Tuburile în care focalizarea se realizează prin modificarea distanței dintre lentilă și reticulă se numesc tuburi de focalizare externă. Astfel de țevi au o lungime mare și, în plus, variabilă; nu sunt etanșe, astfel încât praful și umezeala pătrund în ele; Nu se concentrează deloc pe obiecte apropiate. Lunetele cu focalizare externă nu sunt utilizate în instrumentele de măsurare moderne

Mai avansate sunt tuburile cu focalizare internă (Fig. 3.11); folosesc o lentilă divergentă mobilă suplimentară L2, care împreună cu lentila L1 formează o lentilă echivalentă L. Când lentila L2 se mișcă, se modifică distanța dintre lentilele l și, prin urmare, se modifică distanța focală f a lentilei echivalente. Imaginea obiectului, situată în planul focal al lentilei L, se deplasează și ea de-a lungul axei optice, iar atunci când lovește planul reticulului, devine clar vizibilă în ocularul tubului. Tuburile focalizate intern sunt mai scurte; sunt sigilate și vă permit să observați obiecte apropiate; instrumentele moderne de măsură folosesc în principal astfel de telescoape.

INSTRUMENTE OPTICE CU DEPLACERE A RAZELOR TELESCOPICE: TUB KEPLER ȘI TUB GALILEO

Scopul acestei lucrări este de a studia structura a două instrumente optice - tubul Kepler și tubul Galileo și de a măsura mărirea acestora.

Tubul Kepler este un sistem telescopic simplu. Este alcătuit din două lentile pozitive (convergente) instalate astfel încât un fascicul paralel incident pe prima lentilă să iasă și din a doua lentilă paralelă (Fig. 1).

Lentila 1 se numește obiectiv, lentila 2 se numește ocular. Focalizarea din spate a lentilei coincide cu focalizarea frontală a ocularului. Această cale de rază se numește telescopică, iar sistemul optic va fi afocal.

Figura 2 prezintă traseul razelor dintr-un punct al obiectului aflat în afara axei.

Segmentul AF ok este o imagine reală inversată a unui obiect la infinit. Astfel, tubul Kepler produce o imagine inversată. Ocularul poate fi poziționat astfel încât să acționeze ca o lupă, creând o imagine virtuală mărită a unui obiect la cea mai bună distanță de vizualizare D (vezi Fig. 3).

Pentru a determina mărirea tubului Kepler, luați în considerare Fig. 4.

Lăsați razele de la un obiect la infinit îndepărtat să cadă pe lentilă într-un fascicul paralel la un unghi -u față de axa optică și lăsați ocularul la un unghi u′. Mărirea este egală cu raportul dintre dimensiunea imaginii și dimensiunea obiectului, iar acest raport este egal cu raportul tangentelor unghiurilor vizuale corespunzătoare. Prin urmare, mărirea tubului Kepler este:

γ = - tgu′/ tgu (1)

Un semn negativ de mărire înseamnă că tubul Kepler produce o imagine inversată. Folosind relații geometrice (asemănarea triunghiurilor), evidente din Fig. 4, putem deriva relația:

γ = - fob′/fok′ = -d/d′ , (2)

unde d este diametrul cadrului lentilei, d′ este diametrul imaginii efective a cadrului lentilei creat de ocular.

Telescopul lui Galileo este prezentat schematic în Fig. 5.

Ocularul este o lentilă negativă (de împrăștiere) 2. Focarele lentilei 1 și ale ocularului 2 coincid la un moment dat, așa că calea razelor aici este și telescopică. Distanța dintre lentilă și ocular este egală cu diferența dintre distanța focală a acestora. Spre deosebire de un tub Kepler, imaginea cadrului lentilei creată de ocular va fi virtuală. Luând în considerare traseul razelor dintr-un punct al unui obiect aflat în afara axei (Fig. 6), observăm că tubul lui Galileo creează o imagine directă (nu inversată) a obiectului.

Folosind relații geometrice în același mod ca mai sus pentru tubul Kepler, mărirea tubului galileian poate fi calculată. Dacă razele de la un obiect la infinit depărtat cad pe lentilă într-un fascicul paralel la un unghi -u față de axa optică și ies din ocular la un unghi u′, atunci mărirea este egală cu:

γ = tgu′/ tgu (3)

Se mai poate arăta că

γ = fob′/fok′, (4)

Un semn pozitiv de mărire indică faptul că imaginea observată prin telescopul galileian este verticală (nu inversată).

PROCEDURA DE OPERARE

Dispozitive și materiale: banc optic cu următoarele elemente optice instalate în evaluatori: iluminatoare (laser semiconductor și lampă incandescentă), biprismă, două lentile pozitive, lentilă negativă, ecran.

EXERCITIUL 1. Măsurarea măririi tubului Kepler.

1. Instalați laserul semiconductor și biprismul pe bancul optic. Raza laser trebuie să lovească marginea biprismei. Apoi două fascicule vor ieși din biprismă, mergând paralel. Tubul Kepler este folosit pentru a observa obiecte foarte îndepărtate, astfel încât fascicule paralele de raze ajung la intrarea sa. Un analog al unui astfel de fascicul paralel vor fi două fascicule care ies din biprismă paralele între ele. Măsurați și înregistrați distanța d dintre aceste raze.

2. Apoi, asamblați un tub Kepler folosind o lentilă pozitivă cu o focalizare mai mare ca obiectiv și o lentilă pozitivă cu o focalizare mai mică ca ocular. Schițați designul optic rezultat. Din ocular ar trebui să iasă două fascicule, paralele între ele. Măsurați și înregistrați distanța d" dintre ele.

3. Calculați mărirea tubului Kepler ca raport al distanțelor d și d", ținând cont de semnul măririi. Calculați eroarea de măsurare și scrieți rezultatul cu eroarea.

4. Puteți măsura mărirea într-un alt mod. Pentru a face acest lucru, trebuie să iluminați lentila cu o altă sursă de lumină - o lampă incandescentă și să obțineți o imagine reală a cilindrului din spatele ocularului. Măsurați diametrul cilindrului d și diametrul imaginii sale d". Calculați mărirea și notați-o ținând cont de eroarea de măsurare.

5. Calculați mărirea utilizând formula (2) ca raport dintre distanțe focale ale obiectivului și ocularului. Comparați cu creșterea calculată la paragraful 3 și paragraful 4.

SARCINA 2. Măsurând mărirea tubului lui Galileo.

1. Instalați laserul semiconductor și biprismul pe bancul optic. Din biprismă ar trebui să iasă două fascicule paralele. Măsurați și înregistrați distanța d dintre ele.

2. Apoi, asamblați tubul Galileian folosind o lentilă pozitivă ca obiectiv și o lentilă negativă ca ocular. Schițați designul optic rezultat. Din ocular ar trebui să iasă două fascicule, paralele între ele. Măsurați și înregistrați distanța d" dintre ele.

3. Calculați mărirea tubului galilean ca raport dintre distanțe d și d." Calculați eroarea de măsurare și scrieți rezultatul cu eroarea.

4. Calculați mărirea utilizând formula (4) ca raport al distanțelor focale ale lentilei ocularului. Comparați cu creșterea calculată la pasul 3.

ÎNTREBĂRI DE CONTROL

1. Ce este calea fasciculului telescopic?

2. Prin ce diferă trompeta lui Kepler de trompeta lui Galileo?

3. Ce sisteme optice se numesc afocale?

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

Zilele acestea sărbătorim aniversarea a 400 de ani de la crearea telescopului optic - cel mai simplu și mai eficient instrument științific care a deschis ușa Universului pentru umanitate. Onoarea creării primelor telescoape îi aparține de drept lui Galileo.

După cum știți, Galileo Galilei a început să experimenteze cu lentile la mijlocul anului 1609, după ce a aflat că o lunetă a fost inventată în Olanda pentru nevoile navigației. A fost realizat în 1608, posibil independent unul de celălalt, de către opticii olandezi Hans Lippershey, Jacob Metius și Zechariah Jansen. În doar șase luni, Galileo a reușit să îmbunătățească semnificativ această invenție, să creeze un instrument astronomic puternic pe principiul său și să facă o serie de descoperiri uimitoare.

Succesul lui Galileo în îmbunătățirea telescopului nu poate fi considerat accidental. Maeștrii de sticlă italieni deveniseră deja cu totul faimoși până atunci: în secolul al XIII-lea. au inventat ochelarii. Și în Italia optica teoretică a fost cea mai bună. Prin lucrările lui Leonardo da Vinci, s-a transformat dintr-o secțiune de geometrie într-o știință practică. „Fă-ți ochelari pentru ochi, astfel încât să poți vedea luna mare”, a scris el la sfârșitul secolului al XV-lea. Este posibil, deși nu există dovezi directe în acest sens, ca Leonardo să fi reușit să implementeze un sistem telescopic.

A efectuat cercetări originale despre optică la mijlocul secolului al XVI-lea. Italian Francesco Maurolicus (1494-1575). Compatriotul său Giovanni Batista de la Porta (1535-1615) a dedicat opticii două lucrări magnifice: „Magie naturală” și „Despre refracție”. În cel din urmă, el oferă chiar și designul optic al telescopului și susține că a putut să vadă obiecte mici la distanță mare. În 1609, el încearcă să apere prioritatea în inventarea telescopului, dar dovezile faptice pentru aceasta nu au fost suficiente. Oricum ar fi, munca lui Galileo în acest domeniu a început pe un teren bine pregătit. Dar, aducându-le un omagiu predecesorilor lui Galileo, să ne amintim că el a fost cel care a făcut un instrument astronomic funcțional dintr-o jucărie amuzantă.

Galileo și-a început experimentele cu o combinație simplă între o lentilă pozitivă ca obiectiv și o lentilă negativă ca ocular, oferind o mărire de trei ori. Acum acest design se numește binoclu de teatru. Acesta este cel mai popular dispozitiv optic după ochelari. Desigur, binoclul modern de teatru folosește ca lentile și oculare lentile acoperite de înaltă calitate, uneori chiar complexe alcătuite din mai mulți ochelari. Acestea oferă un câmp vizual larg și imagini excelente. Galileo a folosit lentile simple atât pentru obiectiv, cât și pentru ocular. Telescoapele sale au suferit de aberații cromatice și sferice severe, adică. a produs o imagine neclară la margini și nefocalizată în diferite culori.

Cu toate acestea, Galileo nu sa oprit, la fel ca maeștrii olandezi, cu „binocluri de teatru”, ci a continuat experimentele cu lentile și până în ianuarie 1610 a creat mai multe instrumente cu mărire de la 20 la 33 de ori. Cu ajutorul lor a făcut descoperirile sale remarcabile: a descoperit sateliții lui Jupiter, munții și craterele de pe Lună, miriade de stele din Calea Lactee etc. Deja la mijlocul lunii martie 1610, lucrarea lui Galileo a fost publicată în latină în 550 de exemplare la Veneția. Mesager înstelat”, unde au fost descrise aceste prime descoperiri ale astronomiei telescopice. În septembrie 1610, omul de știință a descoperit fazele lui Venus, iar în noiembrie a descoperit semnele unui inel pe Saturn, deși nu avea idee despre adevăratul sens al descoperirii sale („Am observat cea mai înaltă planetă din trei”, scrie el în o anagramă, încercând să asigure prioritatea descoperirii). Poate că niciun telescop din secolele următoare nu a avut o asemenea contribuție la știință precum primul telescop al lui Galileo.

Cu toate acestea, acei pasionați de astronomie care au încercat să asambleze telescoape din ochelari de ochelari sunt adesea surprinși de capacitățile mici ale design-urilor lor, care sunt în mod clar inferioare ca „capacități de observație” față de telescopul de casă al lui Galileo. Adesea, „Galileos” modern nici măcar nu poate detecta sateliții lui Jupiter, ca să nu mai vorbim de fazele lui Venus.

În Florența, în Muzeul de Istorie a Științei (lângă celebra Galerie de Artă Uffizi) se păstrează două telescoape dintre primele construite de Galileo. Există, de asemenea, o lentilă spartă a celui de-al treilea telescop. Acest obiectiv a fost folosit de Galileo pentru multe observații în 1609-1610. și a fost prezentat de acesta marelui duce Ferdinand al II-lea. Ulterior, obiectivul a fost rupt accidental. După moartea lui Galileo (1642), această lentilă a fost păstrată de prințul Leopold de Medici, iar după moartea sa (1675) a fost adăugată colecției Medici din Galeria Uffizi. În 1793, colecția a fost transferată la Muzeul de Istorie a Științei.

Foarte interesant este rama decorativa din fildes realizata pentru obiectivul galilean de catre gravorul Vittorio Crosten. Modelele florale bogate și complicate sunt intercalate cu imagini ale instrumentelor științifice; Mai multe inscripții latine sunt incluse organic în model. În vârf era anterior o panglică, acum pierdută, cu inscripția „MEDICEA SIDERA”. Partea centrală a compoziției este încoronată cu o imagine a lui Jupiter cu orbitele a 4 dintre sateliții săi, înconjurată de textul „CLARA DEUM SOBOLES MAGNUM IOVIS INCREMENTUM” („Glorioasa [tânăra] generație de zei, mare descendent al lui Jupiter”). . În stânga și în dreapta sunt fețele alegorice ale Soarelui și Lunii. Inscripția de pe panglică care țese o coroană în jurul lentilei scrie: „HIC ET PRIMUS RETEXIT MACULAS PHEBI ET IOVIS ASTRA” („El a fost primul care a descoperit atât petele lui Phoebus (adică Soarele) cât și stelele lui Jupiter”). Pe cartușul de mai jos este textul: „COELUM LINCEAE GALILEI MENTI APERTUM VITREA PRIMA HAC MOLE NON DUM VISA OSTENDIT SYDERA MEDICEA IURE AB INVENTORE DICTA SAPIENS NEMPE DOMINATUR ET ASTRIS” („Cerul, deschis pentru mintea ageră a lui Galileo, datorită acestui primul obiect de sticlă, a arătat stelele, până astăzi de atunci invizibile, numite pe bună dreptate de către descoperitorul lor Medicean. La urma urmei, înțeleptul stăpânește peste stele").

Informații despre expoziție sunt conținute pe site-ul Muzeului de Istorie a Științei: linkul nr. 100101; referință #404001.

La începutul secolului al XX-lea au fost studiate telescoapele lui Galileo depozitate în Muzeul din Florența (vezi tabel). Cu ei s-au făcut chiar și observații astronomice.

Caracteristicile optice ale primelor lentile și oculare ale telescoapelor Galileo (dimensiuni în mm)

S-a dovedit că primul tub avea o rezoluție de 20" și un câmp vizual de 15". Iar al doilea are 10" și, respectiv, 15". Mărirea primului tub a fost de 14x, iar al doilea de 20x. O lentilă spartă a celui de-al treilea tub cu oculare din primele două tuburi ar oferi o mărire de 18 și 35 de ori. Deci, ar fi putut Galileo să-și facă descoperirile uimitoare folosind astfel de instrumente imperfecte?

Experiment istoric

Este exact întrebarea pe care și-a pus-o englezul Stephen Ringwood și, pentru a afla răspunsul, a creat o copie exactă a celui mai bun telescop al lui Galileo (Ringwood S. D. A Galilean telescope // The Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, 1994, vol. 35, 1, p. 43-50). În octombrie 1992, Steve Ringwood a recreat designul celui de-al treilea telescop al lui Galileo și a petrecut un an făcând tot felul de observații cu acesta. Lentila telescopului său avea un diametru de 58 mm și o distanță focală de 1650 mm. La fel ca Galileo, Ringwood și-a oprit obiectivul la un diametru de deschidere de D = 38 mm pentru a obține o calitate mai bună a imaginii cu o pierdere relativ mică de putere de penetrare. Ocularul era o lentilă negativă cu o distanță focală de -50 mm, dând o mărire de 33 de ori. Întrucât în ​​acest design al telescopului ocularul este plasat în fața planului focal al lentilei, lungimea totală a tubului a fost de 1440 mm.

Ringwood consideră că cel mai mare dezavantaj al telescopului Galileo este câmpul său mic de vedere - doar 10", sau o treime din discul lunar. Mai mult, la marginea câmpului vizual, calitatea imaginii este foarte scăzută. Folosind simplul Criteriul Rayleigh, care descrie limita de difracție a puterii de rezoluție a lentilei, ne-am aștepta la imagini de calitate la 3,5-4,0". Cu toate acestea, aberația cromatică a redus-o la 10-20". Puterea de penetrare a telescopului, estimată folosind o formulă simplă (2 + 5lg). D), era de așteptat în jur de +9,9 m. Cu toate acestea, în realitate nu a fost posibilă detectarea stelelor mai slabe de +8 m.

La observarea Lunii, telescopul a funcționat bine. Era posibil să discerne și mai multe detalii decât au fost schițate de Galileo pe primele sale hărți lunare. „Poate că Galileo era un desenator neimportant sau nu era foarte interesat de detaliile suprafeței lunare?” - Ringwood este surprins. Sau poate că experiența lui Galileo în fabricarea telescoapelor și observarea cu ele nu era încă suficient de vastă? Ni se pare că acesta este motivul. Calitatea sticlei, lustruită de propriile mâini ale lui Galileo, nu putea concura cu lentilele moderne. Și, desigur, Galileo nu a învățat imediat să privească printr-un telescop: observațiile vizuale necesită o experiență considerabilă.

Apropo, de ce creatorii primelor telescoape - olandezii - nu au făcut descoperiri astronomice? După ce au făcut observații cu binoclul de teatru (mărire de 2,5-3,5 ori) și cu binoclu de câmp (mărire de 7-8 ori), veți observa că există un decalaj între capacitățile lor. Binoclul modern de înaltă calitate 3x face posibilă (când observați cu un ochi!) să observați cu greu cele mai mari cratere lunare; Evident, nici o trompetă olandeză cu aceeași mărire, dar de calitate inferioară, nu putea face acest lucru. Binoclulurile de câmp, care oferă aproximativ aceleași capacități ca primele telescoape ale lui Galileo, ne arată Luna în toată splendoarea ei, cu multe cratere. După ce a îmbunătățit trompeta olandeză, obținând o mărire de câteva ori mai mare, Galileo a depășit „pragul descoperirii”. De atunci, acest principiu nu a eșuat în știința experimentală: dacă reușiți să îmbunătățiți de mai multe ori parametrul principal al dispozitivului, veți face cu siguranță o descoperire.

Desigur, cea mai remarcabilă descoperire a lui Galileo a fost descoperirea a patru sateliți ai lui Jupiter și a discului planetei în sine. Contrar așteptărilor, calitatea scăzută a telescopului nu a interferat foarte mult cu observațiile sistemului sateliților Jupiter. Ringwood a văzut clar toți cei patru sateliți și a reușit, la fel ca Galileo, să își marcheze mișcările față de planetă în fiecare noapte. Adevărat, nu a fost întotdeauna posibil să se concentreze bine imaginea planetei și a satelitului în același timp: aberația cromatică a lentilei a fost foarte dificilă.

Dar în ceea ce privește Jupiter însuși, Ringwood, la fel ca Galileo, nu a putut detecta niciun detaliu pe discul planetei. Benzile latitudinale cu contrast scăzut care traversau Jupiter de-a lungul ecuatorului au fost complet eliminate ca urmare a aberației.

Ringwood a obținut un rezultat foarte interesant la observarea lui Saturn. La fel ca Galileo, la o mărire de 33x a văzut doar umflături slabe („apendice misterioase”, după cum scria Galileo) pe părțile laterale ale planetei, pe care marele italian, desigur, nu le-a putut interpreta ca pe un inel. Cu toate acestea, experimente ulterioare efectuate de Ringwood au arătat că, atunci când se folosesc alte oculare cu mărire mare, trăsăturile inelului mai clare puteau fi încă deslușite. Dacă Galileo ar fi făcut acest lucru la vremea lui, descoperirea inelelor lui Saturn ar fi avut loc cu aproape jumătate de secol mai devreme și nu i-ar fi aparținut lui Huygens (1656).

Cu toate acestea, observațiile lui Venus au demonstrat că Galileo a devenit rapid un astronom priceput. S-a dovedit că la cea mai mare alungire fazele lui Venus nu sunt vizibile, deoarece dimensiunea sa unghiulară este prea mică. Și abia când Venus s-a apropiat de Pământ și în faza 0,25 diametrul ei unghiular a ajuns la 45", forma lui semilună a devenit vizibilă. În acest moment, distanța sa unghiulară față de Soare nu mai era atât de mare, iar observațiile erau dificile.

Cel mai interesant lucru în cercetarea istorică a lui Ringwood, probabil, a fost expunerea unei vechi concepții greșite despre observațiile lui Galileo asupra Soarelui. Până acum, era general acceptat că era imposibil să se observe Soarele cu un telescop galileian prin proiectarea imaginii acestuia pe un ecran, deoarece lentila negativă a ocularului nu putea construi o imagine reală a obiectului. Doar telescopul Kepler, inventat puțin mai târziu, format din două lentile pozitive, a făcut acest lucru posibil. Se credea că prima dată când Soarele a fost observat pe un ecran plasat în spatele unui ocular a fost astronomul german Christoph Scheiner (1575-1650). El a creat simultan și independent de Kepler un telescop cu un design similar în 1613. Cum a observat Galileo Soarele? La urma urmei, el a fost cel care a descoperit petele solare. Multă vreme a existat credința că Galileo a observat lumina zilei cu ochiul printr-un ocular, folosind norii ca filtre de lumină sau urmărind Soarele în ceața jos deasupra orizontului. Se credea că pierderea vederii lui Galileo la bătrânețe a fost cauzată parțial de observațiile sale asupra Soarelui.

Cu toate acestea, Ringwood a descoperit că telescopul lui Galileo ar putea produce și o proiecție destul de decentă a imaginii solare pe ecran, iar petele solare erau vizibile foarte clar. Mai târziu, într-una dintre scrisorile lui Galileo, Ringwood a descoperit o descriere detaliată a observațiilor Soarelui prin proiectarea imaginii acestuia pe un ecran. Este ciudat că această împrejurare nu a fost observată înainte.

Cred că orice iubitor de astronomie nu își va refuza plăcerea de a „deveni Galileo” pentru câteva seri. Pentru a face acest lucru, trebuie doar să faci un telescop galileian și să încerci să repeți descoperirile marelui italian. În copilărie, unul dintre autorii acestei note a realizat tuburi Kepleriene din ochelari de vedere. Și deja la vârsta adultă nu a putut rezista și a construit un instrument similar cu telescopul lui Galileo. Ca obiectiv a fost folosită o lentilă de atașare cu diametrul de 43 mm cu o putere de +2 dioptrii, iar dintr-un binoclu de teatru vechi a fost luat un ocular cu o distanță focală de aproximativ -45 mm. Telescopul s-a dovedit a fi nu foarte puternic, cu o mărire de doar 11 ori, dar câmpul său vizual s-a dovedit a fi mic, de aproximativ 50 inchi în diametru, iar calitatea imaginii este neuniformă, deteriorându-se semnificativ spre margine. Cu toate acestea, imaginile au devenit semnificativ mai bune atunci când diafragma lentilei a fost redusă la un diametru de 22 mm și chiar mai bine - până la 11 mm. Luminozitatea imaginilor, desigur, a scăzut, dar observațiile Lunii chiar au beneficiat de acest lucru.

După cum era de așteptat, atunci când observăm Soarele în proiecție pe un ecran alb, acest telescop a produs într-adevăr o imagine a discului solar. Ocularul negativ a mărit de câteva ori distanța focală echivalentă a obiectivului (principiul teleobiectivului). Deoarece nu există informații despre ce trepied Galileo și-a instalat telescopul, autorul a observat în timp ce ținea telescopul în mâini și a folosit un trunchi de copac, un gard sau un cadru de fereastră deschis ca mâner. La o mărire de 11x acest lucru a fost suficient, dar la o mărire de 30x Galileo, evident, ar fi avut probleme.

Putem considera că experimentul istoric de recreare a primului telescop a fost un succes. Știm acum că telescopul lui Galileo era un instrument destul de incomod și slab din punctul de vedere al astronomiei moderne. În toate privințele, a fost inferior chiar și instrumentelor de amatori actuale. Avea un singur avantaj - a fost primul, iar creatorul său Galileo a „stors” tot ce era posibil din instrumentul său. Pentru aceasta îl onorăm pe Galileo și primul său telescop.

Deveniți Galileo

Anul curent 2009 a fost declarat Anul Internațional al Astronomiei în onoarea a 400 de ani de la nașterea telescopului. Pe lângă cele existente, în rețeaua de calculatoare au apărut multe site-uri minunate noi cu fotografii uimitoare ale obiectelor astronomice.

Dar oricât de saturate erau site-urile de internet cu informații interesante, scopul principal al MHA a fost să demonstreze universul real tuturor. Prin urmare, printre proiectele prioritare s-a numărat și producția de telescoape ieftine, accesibile oricui. Cel mai popular a fost „galileoscopul” - un mic refractor proiectat de astronomi optici foarte profesioniști. Aceasta nu este o copie exactă a telescopului lui Galileo, ci mai degrabă reîncarnarea sa modernă. „Galileoscopul” are o lentilă din sticlă acromatică cu două lentile cu un diametru de 50 mm și o distanță focală de 500 mm. Ocularul din plastic cu patru elemente oferă o mărire de 25x, iar lentila Barlow de 2x îl aduce până la 50x. Câmpul vizual al telescopului este de 1,5 o (sau 0,75 o cu o lentilă Barlow). Cu un astfel de instrument este ușor să „repeți” toate descoperirile lui Galileo.

Cu toate acestea, Galileo însuși, cu un astfel de telescop, le-ar fi făcut mult mai mari. Prețul instrumentului de 15-20 USD îl face cu adevărat accesibil. Interesant este că cu un ocular pozitiv standard (chiar și cu o lentilă Barlow), „Galileoscope” este într-adevăr un tub Kepler, dar atunci când se folosește doar o lentilă Barlow ca ocular, își ridică numele, devenind un tub Galileian de 17x. Repetarea descoperirilor marelui italian într-o asemenea configurație (originală!) nu este o sarcină ușoară.

Acesta este un instrument foarte convenabil și destul de răspândit, potrivit pentru școli și pasionații de astronomie începători. Prețul său este semnificativ mai mic decât cel al telescoapelor existente anterior cu capacități similare. Ar fi foarte de dorit să achiziționăm astfel de instrumente pentru școlile noastre.

Obiecte nu prea îndepărtate?

Să presupunem că vrem să vedem bine un obiect relativ apropiat. Cu ajutorul unui tub Kepler acest lucru este foarte posibil. În acest caz, imaginea produsă de obiectiv va fi puțin mai departe decât planul focal din spate al obiectivului. Și ocularul trebuie poziționat astfel încât această imagine să fie în planul focal frontal al ocularului (Fig. 17.9) (dacă dorim să facem observații fără a ne încorda vederea).

Problema 17.1. Tubul Kepler este setat la infinit. După ce ocularul acestui tub este îndepărtat de lentilă la o distanță D l= 0,50 cm, obiectele aflate la distanță au devenit clar vizibile prin conductă d. Determinați această distanță dacă distanța focală a obiectivului F 1 = 50,00 cm.

după ce obiectivul a fost mutat, această distanță a devenit egală

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

Să notăm formula lentilei pentru obiectiv:

Răspuns: d» 51 m.

STOP! Decideți singur: B4, C4.

trompeta lui Galileo

Primul telescop a fost proiectat nu de Kepler, ci de savantul, fizicianul, mecanicul și astronomul italian Galileo Galilei (1564–1642) în 1609. În telescopul lui Galileo, spre deosebire de telescopul lui Kepler, ocularul nu este o colecție, ci împrăștiere lentilă, prin urmare calea razelor în ea este mai complexă (Fig. 17.10).

Raze provenind de la un obiect AB, trece prin lentilă - o lentilă de colectare DESPRE 1, după care formează fascicule convergente de raze. Dacă articolul AB– infinit de departe, apoi imaginea sa reală ab ar trebui să fie în planul focal al lentilei. Mai mult, această imagine ar fi redusă și inversată. Dar în calea fasciculelor convergente există un ocular - o lentilă divergentă DESPRE 2, pentru care imaginea ab este o sursă imaginară. Ocularul transformă un fascicul convergent de raze într-unul divergent și creează imagine virtuală directă A¢ ÎN¢.

Orez. 17.10

Unghiul de vizualizare b la care vedem imaginea A 1 ÎN 1, clar mai mare decât unghiul vizual a la care obiectul este vizibil AB cu ochiul liber.

Cititor: Este cumva foarte complicat... Cum putem calcula mărirea unghiulară a țevii?

Orez. 17.11

Obiectivul oferă o imagine reală A 1 ÎN 1 în planul focal. Acum să ne amintim despre ocular - o lentilă divergentă pentru care imaginea A 1 ÎN 1 este o sursă imaginară.

Să construim o imagine a acestei surse imaginare (Fig. 17.12).

1. Să desenăm o grindă ÎN 1 DESPRE prin centrul optic al lentilei - această rază nu este refractată.

Orez. 17.12

2. Să tragem din punct ÎN 1 grindă ÎN 1 CU, paralel cu axa optică principală. Până la intersecția cu lentila (secțiunea CD) este un fascicul foarte real, iar în zonă DВ 1 este o linie pur „mentală” – până la obiect ÎN 1 in realitate Ray CD nu ajunge! Este refractat astfel încât continuare a razei refractate trece prin focarul frontal principal al lentilei divergente - punctul F 2 .

Intersecția fasciculului 1 cu continuarea fasciculului 2 formează un punct ÎN 2 – imaginea imaginară a unei surse imaginare ÎN 1 . Scăzând dintr-un punct ÎN 2 perpendicular pe axa optică principală, obținem un punct A 2 .

Acum rețineți că unghiul la care imaginea este văzută de la ocular A 2 ÎN 2 este unghiul A 2 OB 2 = b. De la D A 1 OB 1 colt. Magnitudine | d| pot fi găsite din formula lentilelor oculare: aici imaginar sursa dă imaginar imaginea este într-o lentilă divergentă, deci formula lentilei este:

.

Dacă vrem ca observarea să fie posibilă fără efortul ochilor, o imagine virtuală A 2 ÎN 2 trebuie „trimis” la infinit: | f| ® ¥. Apoi, din ocular vor ieși fascicule paralele de raze. Și sursa imaginară A 1 ÎN Pentru a face acest lucru, 1 trebuie să fie în planul focal din spate al lentilei divergente. De fapt, când | f | ® ¥

.

Acest caz „limitator” este prezentat schematic în Fig. 17.13.

De la D A 1 DESPRE 1 ÎN 1

h 1 = F 1 a, (1)

De la D A 1 DESPRE 2 ÎN 1

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

Să echivalăm laturile drepte ale egalităților (1) și (2), obținem

.

Deci, am obținut mărirea unghiulară a tubului lui Galileo

După cum putem vedea, formula este foarte asemănătoare cu formula corespunzătoare (17.2) pentru tubul Kepler.

Lungimea țevii lui Galileo, așa cum se poate vedea din Fig. 17.13, egal

l = F 1 – |F 2 |. (17.14)

Problema 17.2. Lentila binoclului de teatru este o lentilă convergentă cu o distanță focală F 1 = 8,00 cm, iar ocularul este o lentilă divergentă cu distanță focală F 2 = –4,00 cm . Care este distanța dintre lentilă și ocular dacă imaginea este privită de ochi de la distanța de cea mai bună vedere? Cât de mult aveți nevoie pentru a muta ocularul astfel încât imaginea să poată fi vizualizată cu un ochi reglat la infinit?

În raport cu ocularul, această imagine joacă rolul unei surse imaginare situate la distanță Aîn spatele planului ocularului. Imagine virtuală S 2 dat de ocular este la distanță d 0 în fața planului ocularului, unde d 0 – distanța de cea mai bună vedere a unui ochi normal.

Să notăm formula lentilei pentru ocular:

Distanța dintre lentilă și ocular, așa cum se poate observa din fig. 17.14, egal

l = F 1 – A= 8,00 – 4,76 » 3,24 cm.

În cazul în care ochiul este acomodat la infinit, lungimea conductei conform formulei (17.4) este egală cu

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

Prin urmare, deplasarea ocularului este

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

Răspuns: l» 3,24 cm; D l» 0,76 cm.

STOP! Decideți singur: B6, C5, C6.

Cititor: Poate trompeta lui Galileo să producă o imagine pe un ecran?

Orez. 17.15

Știm că o lentilă divergentă poate produce o imagine reală doar într-un singur caz: dacă sursa imaginară este situată în spatele lentilei în fața focalizării din spate (Fig. 17.15).

Problema 17.3. Lentila telescopului Galileian produce o imagine adevărată a Soarelui în planul focal. La ce distanta dintre lentila si ocular se poate obtine pe ecran o imagine a Soarelui cu un diametru de trei ori mai mare decat cel al imaginii reale care s-ar obtine fara ocular? Distanța focală a obiectivului F 1 = 100 cm, ocular – F 2 = –15 cm.

Lentila divergentă creează pe ecran real imaginea acestei surse imaginare este un segment A 2 ÎN 2. Pe imagine R 1 este raza imaginii reale a Soarelui pe ecran și R– raza imaginii reale a Soarelui creată numai de lentilă (în absența unui ocular).

Din similitudine D A 1 OB 1 și D A 2 OB 2 obținem:

.

Să notăm formula lentilei pentru ocular, ținând cont de asta d< 0 – источник мнимый, f > 0 – imagine validă:

|d| = 10 cm.

Apoi din Fig. 17.16 găsiți distanța necesară lîntre ocular și lentilă:

l = F 1 – |d| = 100 – 10 = 90 cm.

Răspuns: l= 90 cm.

STOP! Decideți singuri: C7, C8.