Оптические приборы Телескоп

Оптические приборы для визуальных наблюдений

Если смотреть невооруженным глазом, то угол зрения равняется 1'. Его определение характеризуется наличием мозаичного строения сетчатки и применением волновых свойств света.

Когда необходимо увеличить просматриваемое изображение, применяются такие оптические приборы наблюдения: лупа, микроскоп, зрительная труба.

Глаз также участвует в работе оптической системы, поэтому многое зависит от его аккомодации.

По исследованиям удобно полагать, что глаз аккомодирован на бесконечность. При прохождении лучей от каждой точки предмета до глаза попадание происходит под видом параллельного пучка. Тогда понятие линейного увеличения теряет смысл.

Определение 1

Отношение угла зрения φ во время наблюдения предмета при помощи оптического прибора к углу зрения ψ невооруженным глазом называют угловым увеличением γ=φψ.

Его относят к важным характеристикам оборудования для визуальных наблюдений.

Некоторые учебники объясняют, что аккомодация глаза наблюдателя для получения лучшего изображения картинки имеет расстояние d0. Тогда происходит усложнение хода лучей в оптических приборах физики, но его угловое увеличение практически неизменно.

Лупа

Лупа считается простейшим средством для наблюдений.

Определение 2

Собирающая линза с малым фокусным расстоянием (F ≈ 10 см) называется лупой.

Ее расположение сосредоточено близко к глазу, а рассматриваемый предмет – в ее фокальной плоскости. Просмотр предмета через лупу позволяет видеть под углом φ=hF, где h обозначается размер предмета.

Если смотреть на него невооруженным глазом, тогда расположение должно быть на расстоянии d0=25 см. Таким образом мы будем наблюдать четкую картинку. Угол зрения такого предмета обозначится как ψ=hd0.

Значит, формула углового увеличения лупы примет вид γ=φψ=d0F.

Рисунок 3.5.1. Действие лупы: a – предмет рассматривается невооруженным глазом с расстояния наилучшего зрения d0=25 см; b – предмет рассматривается через лупу с фокусным расстоянием F.

Оптический прибор микроскоп

Когда требуется увеличение очень мелких предметов, применяют микроскоп. Увеличение изображение происходит за счет оптической системы, состоящей из двух короткофокусных линз – объектива O1 и окуляра O2.

Подробно это показано на рисунке 3.5.2. Объектив дает перевернутое увеличенное изображение. Система действует аналогично лупе.

Расположение окуляра должно быть в фокальной плоскости, тогда распространение лучей будет в виде параллельных пучков.

Рисунок 3.5.2. Ход лучей в микроскопе.

Мнимое изображение, просматриваемое через окуляр, всегда перевернуто. Отсюда следует, что угловое увеличение всегда положительная величина.

Рисунок 3.5.2 говорит о том, что формула угла зрения φ предмета, просматриваемого через окуляр в приближении малых углов, равняется φ=h'F2=fċhdċF2.

Предположительно, что d≈F1 и f≈l, где l является расстоянием между объективом и окуляром микроскопа. Если рассматривать невооруженным глазом, тогда формула принимает вид ψ=hd0. Тогда формула для углового увеличение γ микроскопа записывается как γ=φψ=lċd0F1ċF2.

Чем лучше микроскоп, тем большее увеличение он может выдавать, которые впоследствии являются причинами появлений дифракционный явлений.

Телескоп

Предназначение телескопов – наблюдение удаленных объектов. Входящие в его состав две линзы, обращены к предмету с большим (объектив) и с малым (окуляр) фокусным расстояниями. Зрительные трубы делят на два типа:

• труба Кеплера для астрономических наблюдений;
• труба Галилея для наземных наблюдений.

Рисунок 3.5.3. показывает, каким образом идут лучи в астрономическом телескопе.

Определение 3

Когда глаз наблюдателя аккомодирован на бесконечность, тогда лучи от любой точки наблюдаемого предмета выходят из окуляра в виде параллельного пучка. Его называют телескопическим.

Астрономическая труба может получить телескопический ход лучей только при условии, если расстояние между объективом и окуляром равняется сумме их фокусных расстояний, то есть l=F1+F2.

Телескоп характеризуется угловым увеличением γ. Наблюдаемые предметы всегда удалены от наблюдателя. Когда такой предмет виден невооруженным глазом под углом ψ, при наблюдении через телескоп под углом φ, тогда угловое увеличение запишется как γ=φψ.

Угловое увеличение γ будет положительно для земной трубы Галилея, но отрицательно для астрономической трубы Кеплера. Запись углового увеличения зрительных труб может быть выражена через фокусные расстояния: γ=-F1F2.

Рисунок 3.5.3.Телескопический ход лучей.

Определение 4

Когда речь идет о больших астрономических телескопах, тогда есть смысл применять сферические зеркала, но не линзы. Такие телескопы получили название рефлекторами.

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter

Источник: https://Zaochnik.com/spravochnik/fizika/geometricheskaja-optika/opticheskie-pribory-dlja-vizualnyh-nabljudenij/

Оптические приборы

статьи

Оптические приборы, устройства, в которых излучение какой-либо области спектра (ультрафиолетовой, видимой, инфракрасной) преобразуется (пропускается, отражается, преломляется, поляризуется). Отдавая дань исторической традиции, оптическими обычно называют приборы, работающие в видимом свете.

При первичной оценке качества прибора рассматриваются лишь основные его характеристики: способность концентрировать излучение – светосила; способность различать соседние детали изображения – разрешающая сила; соотношение размеров предмета и его изображения – увеличение.

Для многих приборов определяющей характеристикой оказывается поле зрения – угол, под которым из центра прибора видны крайние точки предмета.

Разрешающая сила

Способность прибора различать две близкие точки или линии обусловлена волновой природой света.

Численное значение разрешающей силы, например, линзовой системы, зависит от умения конструктора справиться с аберрациями линз и тщательно отцентрировать эти линзы на одной оптической оси.

Теоретический предел разрешения двух соседних изображаемых точек определяется как равенство расстояния между их центрами радиусу первого темного кольца их дифракционной картины.

Увеличение

Если предмет длиной H перпендикулярен оптической оси системы, а длина его изображения H΄, то увеличение m определяется по формуле m = H΄/H.

Увеличение зависит от фокусных расстояний и взаимного расположения линз; для выражения этой зависимости существуют соответствующие формулы. Важной характеристикой приборов для визуального наблюдения является видимое увеличение М.

Оно определяется из отношения размеров изображений предмета, которые образуются на сетчатке глаза при непосредственном наблюдении предмета и рассматривании его через прибор.

Обычно видимое увеличение М выражают отношением M = tgb /tga, где a – угол, под которым наблюдатель видит предмет невооруженным глазом, а b – угол, под которым глаз наблюдателя видит предмет через прибор.

При желании создать качественный оптический прибор следует оптимизировать набор его основных характеристик – светосилы, разрешающей способности и увеличения. Нельзя сделать хороший, например, телескоп, добиваясь лишь большого видимого увеличения и оставляя малой светосилу (апертуру). У него будет плохое разрешение, так как оно прямо зависит от апертуры.

Конструкции оптических приборов весьма разнообразны, и их особенности диктуются назначением конкретных устройств.

Нередко требуется выдерживать заданные значения температуры и влажности внутри прибора, сводить к минимуму вибрации, нормировать распределение веса, обеспечить отвод тепла от ламп и другого вспомогательного электрооборудования. Значение придается внешнему виду прибора и удобству обращения с ним.

Микроскопы

Если рассматривать через положительную (собирающую) линзу предмет, расположенный за линзой не дальше ее фокальной точки, то видно увеличенное мнимое изображение предмета. Такая линза представляет собой простейший микроскоп и называется лупой или увеличительным стеклом. Из схемы рис.

1 можно определить размер увеличенного изображения.

Когда глаз настроен на параллельный пучок света (изображение предмета находится на неопределенно большом расстоянии, а это означает, что предмет расположен в фокальной плоскости линзы), видимое увеличение M можно определить из соотношения (рис. 1):

M = tgb /tga = (H/f)/(H/v) = v/f,

где f – фокусное расстояние линзы, v – расстояние наилучшего зрения, т.е. наименьшее расстояние, на котором глаз хорошо видит при нормальной аккомодации.

M увеличивается на единицу, когда глаз настраивается так, что мнимое изображение предмета оказывается на расстоянии наилучшего зрения.

Способности к аккомодации у всех людей разные, с возрастом они ухудшаются; принято считать 25 см расстоянием наилучшего зрения нормального глаза.

В поле зрения одиночной положительной линзы при удалении от ее оси резкость изображения быстро ухудшается из-за поперечных аберраций. Хотя и бывают лупы с увеличением в 20 крат, типичная их кратность от 5 до 10. Увеличение сложного микроскопа, именуемого обычно просто микроскопом, доходит до 2000 крат. См. также МИКРОСКОП.; ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП.

Телескопы

Телескоп увеличивает видимые размеры удаленных предметов. В схему простейшего телескопа входят две положительные линзы (рис. 2). Лучи от удаленного предмета, параллельные оси телескопа (лучи a и c на рис. 2), собираются в заднем фокусе первой линзы (объектива).

Вторая линза (окуляр) удалена от фокальной плоскости объектива на свое фокусное расстояние, и лучи a и c выходят из нее вновь параллельно оси системы.

Некоторый луч b, исходящий не из тех точек предмета, откуда пришли лучи a и c, падает под углом a к оси телескопа, проходит через передний фокус объектива и после него идет параллельно оси системы. Окуляр направляет его в свой задний фокус под углом b.

M = –tgb /tga = –F/f ΄ (или F/f).

Отрицательный знак показывает, что изображение перевернуто. В астрономических телескопах оно таким и остается; в телескопах для наблюдений за наземными объектами применяют оборачивающую систему, чтобы рассматривать нормальные, а не перевернутые изображения. В оборачивающую систему могут входить дополнительные линзы или, как в биноклях, призмы.

Бинокли

Бинокулярный телескоп, обычно именуемый биноклем, представляет собой компактный прибор для наблюдений обоими глазами одновременно; его увеличение, как правило, от 6 до 10 крат.

В биноклях используют пару оборачивающих систем (чаще всего – Порро), в каждую из которых входят две прямоугольные призмы (с основанием под 45°), ориентированные навстречу прямоугольными гранями.

Чтобы получить большое увеличение в широком поле зрения, свободном от аберраций объектива, и, следовательно, значительный угол обзора (6–9°), биноклю необходим очень качественный окуляр, более совершенный, чем телескопу с узким углом зрения.

В окуляре бинокля предусмотрена фокусировка изображения, причем с коррекцией зрения, – его шкала размечена в диоптриях. Кроме того, в бинокле положение окуляра подстраивается под расстояние между глазами наблюдателя. Обычно бинокли маркируются в соответствии с их увеличением (в кратах) и диаметром объектива (в миллиметрах), например,

8ґ40 или 7ґ50.

Оптические прицелы

В качестве оптического прицела можно применить любой телескоп для наземных наблюдений, если в какой-либо плоскости его пространства изображений нанести четкие метки (сетки, марки), отвечающие заданному назначению. Типичное устройство многих военных оптических установок таково, что объектив телескопа открыто смотрит на цель, а окуляр находится в укрытии.

Такая схема требует излома оптической оси прицела и применения призм для ее смещения; эти же призмы преобразуют перевернутое изображение в прямое. Системы со смещением оптической оси называются перископическими.

Обычно оптический прицел рассчитывается так, что зрачок его выхода удален от последней поверхности окуляра на достаточное расстояние для предохранения глаза наводчика от ударов о край телескопа при отдаче оружия.

Дальномеры

Оптические дальномеры, с помощью которых измеряют расстояния до объектов, бывают двух типов: монокулярные и стереоскопические. Хотя они различаются конструктивными деталями, основная часть оптической схемы у них одинакова и принцип действия один: по известной стороне (базе) и двум известным углам треугольника определяется неизвестная его сторона.

Два параллельно ориентированных телескопа, разнесенных на расстояние b (база), строят изображения одного и того же удаленного объекта так, что он кажется наблюдаемым из них в разных направлениях (базой может служить и размер цели).

Если с помощью какого-нибудь приемлемого оптического устройства совместить поля изображений обоих телескопов так, чтобы их можно было рассматривать одновременно, окажется, что соответствующие изображения предмета пространственно разнесены.

В таких приборах с помощью подходящего оптического элемента проводится совмещение пространственно разнесенных изображений и по относительному сдвигу изображений определяется измеряемая величина. Часто в качестве сдвигающего элемента служит призма или комбинация призм. В схеме монокулярного дальномера, показанной на рис.

3, эту функцию исполняет призма P3; она связана со шкалой, проградуированной в измеряемых расстояниях до объекта. Пентапризмы B используются как отражатели света под прямым углом, поскольку такие призмы всегда отклоняют падающий световой пучок на 90°, независимо от точности их установки в горизонтальной плоскости прибора.

Изображения, создаваемые двумя телескопами, в стереоскопическом дальномере наблюдатель видит сразу обоими глазами. База такого дальномера позволяет наблюдателю воспринимать положение объекта объемно, на некоторой глубине в пространстве. В каждом телескопе имеется сетка с марками, соответствующими значениям дальности. Наблюдатель видит шкалу расстояний, уходящую в глубь изображаемого пространства, и по ней определяет удаленность объекта.

Прожекторы

В оптической схеме прожектора источник света, например кратер дугового электрического разряда, находится в фокусе параболического отражателя. Лучи, исходящие из всех точек дуги, отражаются параболическим зеркалом почти параллельно друг другу. Пучок лучей немного расходится потому, что источником служит не светящаяся точка, а объем конечного размера.

Диаскоп

В оптическую схему этого прибора, предназначенного для просмотра диапозитивов и прозрачных цветных кадров, входят две линзовые системы: конденсор и проекционный объектив.

Конденсор равномерно освещает прозрачный оригинал, направляя лучи в проекционный объектив, который строит изображение оригинала на экране (рис. 4).

В проекционном объективе предусматриваются фокусировка и замена его линз, что позволяет менять расстояние до экрана и размеры изображения на нем. Оптическая схема кинопроектора такая же.

Спектральные приборы

Основным элементом спектрального прибора может быть дисперсионная призма либо дифракционная решетка. В таком приборе свет сначала коллимируется, т.е. формируется в пучок параллельных лучей, затем разлагается в спектр, и, наконец, изображение входной щели прибора фокусируется на его выходную щель по каждой длине волны спектра.

Спектрометр

В этом более или менее универсальном лабораторном приборе коллимирующая и фокусирующая системы могут поворачиваться относительно центра столика, на котором расположен элемент, разлагающий свет в спектр.

На приборе имеются шкалы для отсчетов углов поворота, например дисперсионной призмы, и углов отклонения после нее разных цветовых составляющих спектра.

По результатам таких отсчетов измеряются, например, показатели преломления прозрачных твердых тел.

Спектрограф

Так называется прибор, в котором полученный спектр или его часть снимается на фотоматериал. Можно получить спектр от призмы из кварца (диапазон 210–800 нм), стекла (360–2500 нм) или каменной соли (2500–16000 нм).

В тех диапазонах спектра, где призмы слабо поглощают свет, изображения спектральных линий в спектрографе получаются яркими.

В спектрографах с дифракционными решетками последние выполняют две функции: разлагают излучение в спектр и фокусируют цветовые составляющие на фотоматериал; такие приборы применяют и в ультрафиолетовой области. См. также АСТРОНОМИЯ И АСТРОФИЗИКА; ОПТИКА.

Источник: https://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/tehnologiya_i_promyshlennost/OPTICHESKIE_PRIBORI.html

Оптические приборы – материалы для подготовки к ЕГЭ по Физике

Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: оптические приборы.

Как мы знаем из предыдущей темы, для более подробного разглядывания объекта нужно увеличить угол зрения. Тогда изображение объекта на сетчатке будет крупнее, и это приведёт к раздражению большего числа нервных окончаний зрительного нерва; в мозг направится большее количество визуальной информации, и мы сможем увидеть новые детали рассматриваемого объекта.

Почему угол зрения бывает малым? На то есть две причины: 1) объект сам по себе имеет малый размер; 2) объект, хотя и достаточно велик по размерам, но расположен далеко.

Оптические приборы – это приспособления для увеличения угла зрения. Для рассматривания малых объектов используются лупа и микроскоп. Для рассматривания далёких объектов применяются зрительные трубы (а также бинокли, телескопы и т. д.)

Невооружённый глаз

Начинаем с рассматривания мелких объектов невооружённым глазом. Здесь и далее глаз считается нормальным. Напомним, что нормальный глаз в ненапряжённом состоянии фокусирует на сетчатке параллельный пучок света, а расстояние наилучшего зрения для нормального глаза равно см.

Пусть небольшой предмет размером находится на расстоянии наилучшего зрения от глаза (рис. 1). На сетчатке возникает перевёрнутое изображение предмета, но, как вы помните, это изображение затем вторично переворачивается в коре головного мозга, и в результате мы видим предмет нормально – не вверх ногами.

Рис. 1. Рассматривание мелкого предмета невооружённым глазом

Ввиду малости предмета угол зрения также является малым. Напомним, что малый угол (в радианах) почти не отличается от своего тангенса: . Поэтому:

. (1)

Если r расстояние от оптического центра глаза до сетчатки, то размер изображения на сетчатке будет равен:

. (2)

Из (1) и (2) имеем также:

. (3)

Как известно, диаметр глаза составляет около 2,5 см, так что . Поэтому из (3) следует, что при рассматривании мелкого предмета невооружённым глазом изображение предмета на сетчатке примерно в 10 раз меньше самого предмета.

Микроскоп

Во многих случаях (например, в биологии, медицине и т. д.) нужно наблюдать мелкие объекты с увеличением в несколько сотен. Лупой тут не обойдёшься, и люди прибегают к помощи микроскопа.

Микроскоп содержит две собирающие линзы (или две системы таких линз) – объектив и окуляр. Запомнить это просто: объектив обращён к объекту, а окуляр – к глазу (к оку).

Идея микроскопа проста. Рассматриваемый объект находится между фокусом и двойным фокусом объектива, так что объектив даёт увеличенное (действительное перевёрнутое) изображение объекта. Это изображение располагается в фокальной плоскости окуляра и затем рассматривается в окуляр как в лупу. В результате удаётся достичь итогового увеличения, гораздо большего 50.

Ход лучей в микроскопе показан на рис. 3.

Рис. 3. Ход лучей в микроскопе

Обозначения на рисунке понятны: – фокусное расстояние объектива – фокусное расстояние окуляра – размер объекта; – размер изображения объекта, даваемого объективом. Расстояние между фокальными плоскостями объектива и окуляра называется оптической длиной тубуса микроскопа.

Обратите внимание, что красная стрелочка на сетчатке направлена вверх. Мозг вторично перевернёт её, и в результате объект при рассмотрении в микроскоп будет казаться перевёрнутым. Чтобы этого не происходило, в микроскопе используются промежуточные линзы, дополнительно переворачивающие изображение.

Увеличение микроскопа определяется точно так же, как и для лупы: . Здесь, как и выше, и – размер изображения на сетчатке и угол зрения при рассматривании объекта в микроскоп, и – те же величины при рассматривании объекта невооружённым глазом.

Имеем по-прежнему , а угол , как видно из рис. 3, равен:

.

Деля на , получим для увеличения микроскопа:

. (9)

Это, разумеется, не окончательная формула: в ней присутствуют и (величины, относящиеся к объекту), а хотелось бы видеть характеристики микроскопа. Ненужное нам отношение мы устраним с помощью формулы линзы.
Для начала ещё раз посмотрим на рис. 3 и используем подобие прямоугольных треугольников с красными катетами и :

.

Здесь – расстояние от изображения до объектива, – a – расстояние от объекта h до объектива. Теперь привлекаем формулу линзы для объектива:

,

из которой получаем:

.

Итак,

,

и это выражение мы подставляем в (9):

. (10)

Вот это и есть окончательное выражение для увеличения, даваемого микроскопом. Например, если фокусное расстояние объектива равно см, фокусное расстояние окуляра , а оптическая длина тубуса см, то согласно формуле (10)

см.

Сравните это с увеличением одного только объектива, которое вычисляется по формуле (8):

см.

Увеличение микроскопа в 10 раз больше!

Объективом зрительной трубы служит собирающая линза (или система линз) с достаточно большим фокусным расстоянием. А вот окуляром может быть как собирающая, так и рассеивающая линза. Соответственно имеются два вида зрительных труб:

-труба Кеплера – если окуляр является собирающей линзой;
-труба Галилея – если окуляр является рассеивающей линзой.

Рассмотрим подробнее, как работают эти зрительные трубы.

Труба Кеплера

Принцип действия трубы Кеплера очень прост: объектив даёт изображение удалённого обекта в своей фокальной плоскости, а затем это изображение рассматривается в окуляр как в лупу. Таким образом, задняя фокальная плоскость объектива совпадает с передней фокальной плоскостью окуляра.

Ход лучей в трубе Кеплера изображён на рис. 4.

Рис. 4

Объектом служит далеко расположенная стрелка , направленная вертикально вверх; она не показана на рисунке. Луч из точки идёт вдоль главной оптической оси объектива и окуляра. Из точки идут два луча, которые ввиду удалённости объекта можно считать параллельными.

В результате изображение нашего объекта, даваемое объективом, расположено в фокальной плоскости объектива и является действительным, перевёрнутым и уменьшенным. Размер изображения обозначим .

Невооружённым глазом объект виден под углом . Согласно рис. 4:

, (11)

где – фокусное расстояние объектива.

Изображение объекта мы видим в окуляр под углом , который равен:

, (12)

где – фокусное расстояние окуляра.

Увеличение зрительной трубы – это отношение угла зрения при наблюдении в трубу к углу зрения при наблюдении невооружённым глазом:

Согласно формулам (12) и (11) получаем:

(13)

Например, если фокусное расстояние объектива равно 1 м, а фокусное расстояние окуляра равно 2 см, то увеличение зрительной трубы окажется равным: .

Ход лучей в трубе Кеплера принципиально тот же, что и в микроскопе. Изображением объекта на сетчатке также будет стрелочка, направленная вверх, и поэтому в трубе Кеплера мы увидим объект перевёрнутым. Во избежании этого в пространстве между объективом и окуляром ставят специальные оборачивающие системы линз или призм, которые ещё раз переворачивают изображение.

Труба Галилея

Галилей изобрёл свой телескоп в 1609 году, и его астрономические открытия потрясли современников. Он обнаружил спутники Юпитера и фазы Венеры, разглядел лунный рельеф (горы, впадины, долины) и пятна на Солнце, а сплошной с виду Млечный Путь оказался скоплением звёзд.

Окуляром трубы Галилея служит рассеивающая линза; задняя фокальная плоскость объектива совпадает с задней фокальной плоскостью окуляра (рис. 5).

Рис. 5.

Если бы окуляра не было, то изображение удалённой стрелки находилось бы в
фокальной плоскости объектива. На рисунке это изображение показано пунктиром – ведь в реальности его там нет!

А нет его там потому, что лучи от точки , которые после прохождения объектива стали сходящимися к точке , не доходят до и попадают на окуляр. После окуляра они вновь становятся параллельными и поэтому воспринимаются глазом без напряжения. Но теперь мы видим изображение объекта под углом , который больше угла зрения при рассматривании объекта невооружённым глазом.

Из рис. 5 имеем

,

и для увеличения трубы Галилея мы получаем ту же формулу (13), что и для трубы Кеплера:

В отличие от микроскопа и трубы Кеплера, в трубе Галилея мы видим объекты неперевёрнутыми. Почему?

Источник: https://ege-study.ru/ru/ege/materialy/fizika/opticheskie-pribory/

Как устроен телескоп

Подробности Категория: Фотометрия 28.02.2015 20:35 4663

Телескоп – прибор, с помощью которого наблюдают удалённые объекты. В переводе с греческого «телескоп» означает «далеко» и «наблюдаю».

Для чего же нужен телескоп?

Кто-то думает, что телескоп увеличивает объекты, а кто-то полагает, что он их приближает. Ошибаются и те, и другие. задача телескопа – получить информацию о наблюдаемом объекте, собирая  электромагнитное излучение.

Электромагнитное излучение – это не только видимый свет. К электромагнитным волнам относятся ещё и радиоволны, терагерцовое и инфракрасное излучение, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение. Телескопы созданы для всех диапазонов электромагнитного спектра.

Оптический телескоп

задача телескопа – увеличить угол зрения, или видимый угловой размер удалённого объекта.

Угловым размером называют угол между линиями, соединяющими диаметрально противоположные точки наблюдаемого объекта и глаз наблюдателя. Чем дальше находится наблюдаемый объект, тем меньшим будет угол зрения.

Мысленно соединим прямыми линиями две противоположные точки стрелы башенного крана с нашим глазом. Полученный угол и будет углом зрения, или угловым размером.

Проделаем такой же эксперимент с краном, стоящим в соседнем дворе. Угловой размер в этом случае будет гораздо меньше, чем в предыдущем. Все объекты кажутся нам большими или маленькими в зависимости от угловых размеров.

И чем дальше расположен объект, тем меньшим будет его угловой размер.

Оптический телескоп представляет собой систему, которая изменяет угол наклона оптической оси параллельного пучка света. Такая оптическая система называется афокальной. Её особенность заключается в том, что световые лучи поступают в неё параллельным пучком, а выходят таким же параллельным пучком, но уже под другими углами, отличающимися от углов наблюдения невооружённым глазом.

Афокальная система состоит из объектива и окуляра. Объектив направлен на наблюдаемый объект, а окуляр обращён к глазу наблюдателя. Их располагают таким образом, чтобы  передний фокус окуляра совпадал с задним фокусом объектива.

Оптический телескоп собирает и фокусирует электромагнитное излучение видимого спектра. Если в его конструкции используются только линзы, такой телескоп называется рефрактором, или диоптрическим телескопом.

Если же только зеркала, то его называют рефлектором, или катаприческим телескопом. Существуют оптические телескопы смешанного типа, в составе которых есть и линзы, и зеркала.

Их называют зеркально-линзовыми, или катадиоптрическими.

«Классическая» подзорная труба, которой пользовались ещё во времена парусного флота, состояла из объектива и окуляра. Объектив представлял собой положительную собирающую линзу, которая создавала действительное изображение объекта. Увеличенное изображение рассматривалось наблюдателем в окуляр – отрицательную рассеивающую линзу.

Чертежи простейшего оптического телескопа были созданы ещё Леонардо до Винчи в 1509 г. Автором зрительной трубы считают голландского оптика Иоанна Липперсгея, который продемонстрировал своё изобретение в Гааге в 1608 г.

В телескоп зрительную трубу превратил Галилео Галилей в 1609 г. Прибор, созданный им, имел объектив и окуляр и давал 3-хкратное увеличение. Позднее Галилей создал телескоп с 8-кратным увеличением. Но его конструкции имели очень большие размеры. Так, диаметр объектива у телескопа с 32-кратным увеличением был равен 4,5 м, а сам телескоп имел длину около метра.

Название «телескоп» приборам Галилея предложил дать греческий математик Джованни Демизиани в 1611 г.

Именно Галилей первым направил телескоп в небо и увидел пятна на Солнце, горы и кратеры на Луне, рассмотрел звёзды в Млечном пути.

Труба Галилея – пример простейшего телескопа-рефрактора. Объективом в нём служит собирающая линза. В фокальной плоскости (перпендикулярной оптической оси и проходящей через фокус) получается уменьшенное изображение рассматриваемого предмета.

Окуляр, представляющий собой рассеивающую линзу, даёт возможность видеть увеличенное изображение. Труба Галилея даёт слабое увеличение удалённого объекта.

В современных телескопах не используется, но подобная схема применяется в театральных биноклях.

Это создавало неудобства для наблюдения наземных объектов, а для космических объектов это было вполне приемлемо. В таком телескопе за фокусом объектива имелось промежуточное изображение, В него можно было встроить измерительную шкалу или фотопластинку.

Такой тип телескопа сразу же нашёл своё применение в астрономии.

В телескопах-рефлекторах собирающим элементом вместо линзы служит вогнутое зеркало, задняя фокальная плоскость которого совмещена с передней фокальной плоскостью окуляра.

Зеркальный телескоп изобрёл Исаак Ньютон  в 1667 г. В его конструкции главное зеркало собирает параллельные световые лучи. Чтобы наблюдатель не перекрыл собой световой поток, на пути отражённых лучей ставят плоское, зеркало, которое отклоняет их от оптической оси. Изображение рассматривают в окуляр.

Вместо окуляра можно разместить фотоплёнку или светочувствительную матрицу, которая преобразует проецируемое на неё изображение в аналоговый электрический сигнал или в цифровые данные.

В зеркально-линзовых телескопах объективом служит сферическое зеркало, а система линз компенсирует аберрации – погрешности изображения, причиной которых служит отклонение светового луча от идеального направления. Они существуют в любой реальной оптической системе. В результате аберраций изображение точки размывается и становится нечётким.

Оптические телескопы используют астрономы для наблюдения за небесными светилами.

Но Вселенная посылает на Землю не только свет. Из космоса к нам приходят радиоволны, рентгеновское и гамма-излучение.

Радиотелескоп

Этот телескоп предназначен для приёма радиоволн, излучаемых небесными объектами в Солнечной системе, Галактике и Мегагалактике, определения их пространственной структуры, координат, интенсивности излучения и спектра. Его главные элементы – принимающая антенна и очень чувствительный приёмник – радиометр.

Антенна способна принимать миллиметровые, сантиметровые, дециметровые и метровые волны. Чаще всего это зеркальный отражатель параболической формы, в фокусе которого находится облучатель.

Это устройство, в котором собирается радиоизлучение, направленное зеркалом. Далее это излучение передаётся на вход радиометра, где усиливается и преобразуется в форму, удобную для регистрации.

Чтобы построить изображение наблюдаемого объекта, радиотелескоп измеряет энергию излучения (яркость) в каждой его точке.

Космические телескопы

Атмосфера Земли пропускает оптическое излучение, инфракрасное и радиоизлучение. А ультрафиолетовое и рентгеновское излучения атмосферой задерживается. Поэтому наблюдать их можно наблюдать только из космоса, установив на искусственных спутниках Земли, космических ракетах или орбитальных станциях.

Рентгеновские телескопы предназначены для наблюдения объектов в рентгеновском спектре, поэтому их устанавливают на искусственных спутниках Земли или космических ракетах, так как земная атмосфера такие лучи не пропускает.

Рентгеновские лучи испускаются звёздами, скоплениями галактик и чёрными дырами.

Функции объектива в рентгеновском телескопе выполняет рентгеновское зеркало. Так как рентгеновское излучение почти полностью проходит через материал или поглощается им, то обычные зеркала в рентгеновских телескопах применять нельзя. Поэтому для фокусировки лучей чаще всего используют зеркала скользящего, или косого, падения, сделанные из металлов.

Кроме рентгеновских телескопов созданы ультрафиолетовые телескопы, работающие в ультрафиолетовом излучении.

Гамма-телескопы

Не все гамма-телескопы размещаются на космических объектах. Существуют наземные телескопы, изучающие космическое гамма-излучение сверхвысоких энергий.

Но как зафиксировать гамма-излучение на поверхности Земли, если оно поглощается атмосферой? Оказывается, космические гамма-фотоны сверхвысоких энергий, попав в атмосферу, «выбивают» из атомов вторичные быстрые электроны, которые являются источниками фотонов. Возникает черенковское свечение, которое фиксируется телескопом, находящимся на Земле.

Источник: http://ency.info/materiya-i-dvigenie/fotometriya/398-kak-ustroen-teleskop

Для чего нам нужен телескоп: какие бывают приборы, как работают и во сколько раз увеличивают

В 17 веке изобрели такой прибор, как телескоп. Для чего нужен он? Благодаря ему стало возможным наблюдение за движением планет, формированием галактик и изучением таинственного космоса. Вид через телескоп открывается невероятный вид, и доступен он любому, интересующемуся астрономией, человеку.

Принцип работы прибора

Что такое телескоп? Это инструмент, с помощью которого можно наблюдать за удаленным предметом, благодаря определенным линзам и электромагнитному излучению самого предмета. Во сколько раз увеличивает подобная техника?

Все зависит от модели: самый простые детские телескопы в 10 раз, а самый мощный Хаббл – более чем в 1000 раз.

Работает телескоп за счет преломления света и набора правильно подобранных линз. Все дело в возможности оптики собирать свет, причем чем больше ее линза, тем больше света она собирает и, соответственно, лучше передает изображение.

Отсюда следует вывод, что именно свет, а точнее его количество, играет роль в качестве конечного изображения и его детализации. За сбор света отвечает диафрагма – пластина с отверстием, через которое проходят световые лучи, поэтому при покупке оптики следует большое внимание уделить именно этой детали.

Важные параметры

Помимо диафрагмы, есть и другие, не менее важные детали. К ним относятся:

1. Диаметр объектива – он отвечает за способность инструмента собирать свет: чем больше этот параметр, тем меньшие детали можно будет рассмотреть.
2. Фокусное расстояние – это расстояние от объектива до фокуса, и оно отвечает за силу увеличения прибора.
3. Окуляр – это две или более линз, скрепленные цилиндром, чья работа — увеличивать полученное изображение.
4. Линза – формирует изображение. Часто используется линза Барлоу, способная увеличивать расстояние фокуса вдвое.
5. Диагональное зеркало – с его помощью можно отклонить поток света под углом в 90°. Это удобно, когда надо наблюдать за телами, расположенными строго вертикально над местом наблюдения.
6. Видоискатели – дополнительный инструмент, который используется в паре с основной техникой.
7. Выпрямляющие призмы – поскольку изображения выходят перевернутыми снизу-вверх, то эти детали помогают скорректировать и наблюдать за ними под углом в 45°.
8. Монтировки — устройства, с помощью которого возможно закрепление и наведение техники.

При покупке прибора следует внимательно ознакомится с этими деталями, чтобы выбрать лучший вариант для поставленной цели.

Виды

Как и любая оптика, телескопы бывают:

1. Любительские – это оптика, которая может увеличивать объекты в несколько сотен раз;
2. Профессионально-научные – это более качественные и мощные приборы.

Профессионально-научные подразделяются на:

• оптические – увеличивают более 250 раз, но после этого порога качество картинок начинает ухудшатся;
• радиотелескопы – они измеряют энергию объектов и предоставляют наиболее качественную картинку;
• рентгеновские;
• гамма-телескопы.

Кроме этого, их делят и по оптическому классу:

• преломляющие – в них как светособирающая деталь, применяется линза большого размера;
• отражающие – с вогнутым зеркалом, которое собирает световой поток и формирует картинку;
• зеркально-линзовые – в этой оптики используют оба вида светособирающих деталей одновременно.

Некоторые приборы в космосе нужны, чтобы делать более качественные снимки. Они сгруппированы по частотам излучения:

• гамма;
• рентгеновское;
• ультрафиолетовое;
• видимое;
• инфракрасное;
• микроволновое;
• радиоизлучение.

Обратите внимание! Определенные оптический прибор улавливает излучение и на его основании строит картинку, которую передает в обсерватории. На Земле самыми популярными приборами являются рефлекторная техника, которая используется и любителями, и профессионалами.

Что видно

Оптические приборы необходимы для изучения космоса. Наиболее удобен для этого телескоп, ведь в него достаточно четко можно рассмотреть:

1. Луну – специальной оптикой можно увидеть ее подробный рельеф, и даже пепельный свет;
2. Солнечную систему.

Планеты Солнечной системы, доступные к изучению:

• Меркурий – его будет видно словно звезду, и только в объективы более 100 мм диаметром можно наблюдать фазу планеты в виде маленького серпа;
• Венера — это наиярчайшее небесное тело, легко увидеть фазу планеты в любую технику;
• Марс — будет виден как маленький круг и лишь 2 раза в год;
• Юпитер — даже в самодельный телескоп Галилей смог рассмотреть его 4 спутника, поэтому легко рассмотреть эту планету и ее кольца в полной мере;
• Сатурн – самая красивая планета системы. Она будет видна вместе с кольцами даже в объективы в 50-60 мм;
• Уран и Нептун — эти отдаленные планеты даже в профессиональные объективы выглядят как маленькие звезды или голубые диски.

Важно! Никогда не следует пытаться посмотреть на Солнце с помощью телескопа. Это приведет к необратимому повреждению глаз и ущербу техники.

Что еще можно увидеть в телескоп:

1. Звездные скопления — их можно рассмотреть в оптику с любым диаметром, однако только в объективы от 100-130 мм диаметром будут видны отдельные звезды.
2. Галактики — удаленные системы планет и звезд видны даже в простой бинокль, а вот с объективами в 90-100 мм, уже можно наблюдать их форму, а с объективами диаметром 200-250 мм можно рассмотреть даже звездные рукава.
3. Туманности – это облака из газа и пыли, которые освещаются звездами. В любительскую технику можно рассмотреть их как слабые пятна, а вот более профессиональное оборудование покажет их газовую структуру.
4. Двойные звёзды – звезды могут быть не только одинокими как Солнце, но и представлять собой систему из двух, трех и более экземпляров. Специальными приборами можно рассмотреть даже двойные звезды как точки, поскольку они находятся на огромном расстоянии от Земли.
5. Кометы — «хвостатых гостей» можно увидеть и глазами, а вот в окуляры можно разглядеть в деталях даже их хвосты.

Наблюдение за звездным небом – это увлекательное занятие, которое не только развивает, но и дает представление о всей Вселенной. А чтобы увиденное можно было понять, следует использовать в этих занятиях специальную звездную карту.

Как выбрать прибор для наблюдения за планетами

Из-за обилия оптических приборов на рынке достаточно трудно определится, какую же именно технику выбрать для наблюдения планет. Чтобы упростить этот процесс, следует уделить внимание диаметру трубы – именно апертура (диаметр) определяет все оптические возможности прибора.

Чем она больше, тем большее количество света пропускает объектив и, соответственно, тем больше и качественнее будет конечное изображение и возможность увеличивать объекты.

Чтобы вычислить максимальное увеличение, следует пользоваться формулой: 2х D, где D – это диаметральные миллиметры. Также следует исходить из конечной цели, будет ли техника использоваться для наблюдения за природой или за космосом? Каков уровень астронома? Исходя из ответов следует и выбирать. Обращать внимание следует на:

• апертуру;
• фокусное расстояние;
• линзы или зеркала;
• наличие рефлектора.

Самый важный параметр из всех – это апертура. Что это? Это диаметр объектива. Для чего нужен правильный его размер? Исходя из него можно будет просто смотреть на далекие пятна, или в подробностях изучать небесное тело. Эти модели следует выбрать для начинающих астрономов:

• Sky-Watcher;
• Arsenal-GSO;
• Celestron.

Что лучше подойдет ребенку

Есть ли отличия между взрослой и детской техникой для наблюдения за небом? Конечно, и главное из них – это увеличение. Детские экземпляры никогда не будет увеличивать картинку так же, как и самый дешевый и простой взрослый. Но преимущества детских вариантов в их размерах – они вся достаточно компактны и легко транспортируются. Сквозь такие линзы можно рассмотреть:

• спутник Земли и его рельеф;
• созвездия;
• все планеты в Солнечной системе;
• Млечный Путь;
• Скопления звезд;
• туманности.

Нужен ли телескоп ребенку?

Безусловно, если он проявляет интерес к науке и астрономии.

Несмотря на маленькое изображение, ребенок сможет увидеть почти все небесные тела, что не только удовлетворит его интерес, но и побудит его учиться и познавать мир.

Поэтому к выбору следует подойти внимательно и обратить на некоторые характеристики покупаемой техники:

• система: линзовая или зеркальная;
• фокусное расстояние (идеальное для ребенка – это от 520 до 900 мм);
• диаметр линзы (от 40 до 130 мм).

Какие модели идеально подойдут малышу? Можно выбрать:

• Bresser Junior;
• Levenhuk;
• Bresser Space;
• Sky-Watcher Dob.

Какой телескоп выбрать для ребенка? Лучше всего взять рефрактор в моделях специально для детей. Он прост в управлении и не требует настроек.

Совет! Существуют приборы с системой автонаведения, которые могут искать объекты на небосклоне самостоятельно по заданным параметрам.

Для фотографии

Как фотографировать через подобную оптику? Для этого нужны телескоп и любой фотоаппарат. Снимки можно делать даже с помощью самой простой модели и мобильного телефона. Например, окулярная проекция получается путем съемки даже на телефон сквозь окуляр.

Для более качественных снимков потребуется уже фотоаппарат, у которого можно снять объектив, и тренога, которую следует использовать, чтобы избежать тряски рук.

Фотографии также делаются через настроенный окуляр, причем лучше всего снимать в ясную погоду для получения четкой и качественной картинки.

Зачем нужны телескопы, их функции

Что можно увидеть в телескоп

Вывод

Умение видеть не приходит сразу. Опытные астрономы проводят за телескопами много часов прежде чем начинают самостоятельно различать мелкие объекты или отдаленные звезды. Этот талант развивается так же, как и любой другой, поэтому следует запастись терпением и регулярно практиковаться.

Источник: https://uchim.guru/astronomiya/dlya-chego-nuzhen-teleskop.html