Ньютоновский телескоп - Newtonian telescope

Телескоп Ньютона
NewtonsTelescopeReplica.jpg
Реплика второго телескопа-рефлектора Ньютона, который он подарил Королевскому обществу в 1672 году.
Названный в честь Исаак Ньютон Отредактируйте это в Викиданных
Страница общих ресурсов Связанные СМИ на Викискладе?

Ньютоновский телескоп

Ньютоновской телескоп , также называется ньютоновский отражателем или просто ньютоновским , представляет собой тип , отражающий телескоп , изобретенный английский физик Исаак Ньютон (1642-1727), используя вогнутое первичное зеркало и плоское диагональное вторичное зеркало . Первый телескоп-отражатель Ньютона был построен в 1668 году и является самым ранним из известных функциональных телескопов-отражателей. Сложная конструкция телескопа Ньютона сделала его очень популярным среди производителей телескопов-любителей .

История

Идея Ньютона для телескопа-рефлектора не была новой. Галилео Галилей и Джованни Франческо Сагредо обсуждали использование зеркала в качестве объектива для формирования изображения вскоре после изобретения преломляющего телескопа, а другие, такие как Никколо Цукки , утверждали, что экспериментировали с этой идеей еще в 1616 году. прочитайте книгу Джеймса Грегори « Optica Promota», вышедшую в 1663 году, в которой описывались конструкции телескопов-отражателей с использованием параболических зеркал (телескоп, который Грегори безуспешно пытался построить).

Ньютон построил свой телескоп-отражатель, потому что подозревал, что это может доказать его теорию о том, что белый свет состоит из спектра цветов. Искажение цвета ( хроматическая аберрация ) было основным недостатком преломляющих телескопов времен Ньютона, и было много теорий относительно того, что его вызвало. В середине 1660-х годов, работая над теорией цвета , Ньютон пришел к выводу, что этот дефект был вызван тем, что линза рефракционного телескопа ведет себя так же, как призмы, с которыми он экспериментировал, разбивая белый свет на радугу цветов вокруг ярких астрономических объектов . Если бы это было правдой, то хроматическую аберрацию можно было бы устранить, построив телескоп без линзы - телескоп-рефлектор.

В конце 1668 года Исаак Ньютон построил свой первый телескоп-рефлектор . Он выбрал сплав ( металлическое зеркало ) олова и меди в качестве наиболее подходящего материала для своего зеркала объектива . Позже он изобрел средства для придания формы и шлифовки зеркала и, возможно, был первым, кто использовал шлифовальный круг для полировки оптической поверхности. Он выбрал сферическую форму для своего зеркала вместо параболы, чтобы упростить конструкцию; даже если это приведет к сферической аберрации , она все равно исправит хроматическую аберрацию. Он добавил к своему отражателю то, что является отличительной чертой конструкции ньютоновского телескопа, - вторичное зеркало, установленное по диагонали рядом с фокусом главного зеркала, чтобы отражать изображение под углом 90 ° к окуляру, установленному сбоку телескопа. Это уникальное дополнение позволило просматривать изображение с минимальным препятствием для зеркала объектива. Он также сделал трубку, крепление и фитинги. Первая версия Ньютона имела диаметр главного зеркала 1,3 дюйма (33 мм) и фокусное расстояние f / 5. Он обнаружил , что телескоп работал без искажения цвета и что он мог видеть четыре галилеевых спутника от Юпитера и полумесяц планеты Венеры с ним. Друг Ньютона Исаак Барроу показал второй телескоп небольшой группе из Лондонского королевского общества в конце 1671 года. Они были настолько впечатлены им, что продемонстрировали его Карлу II в январе 1672 года. Ньютон был принят в члены общества. в том же году.

Как и Грегори до него, Ньютону было трудно создать эффективный отражатель. Заточить металл зеркала до правильной кривизны было сложно. Поверхность также быстро потускнела ; в результате низкая отражательная способность зеркала, а также его малые размеры означали, что обзор через телескоп был очень тусклым по сравнению с современными рефракторами. Из-за этих трудностей в конструкции ньютоновский телескоп-рефлектор изначально не получил широкого распространения. В 1721 году Джон Хэдли показал Королевскому обществу значительно улучшенную модель. Хэдли решил многие проблемы, создав параболическое зеркало. Его Newtonian с диаметром зеркала 6 дюймов (150 мм) выгодно отличался от больших воздушных преломляющих телескопов того времени. Размеры отражающих телескопов впоследствии быстро росли, и диаметр главного зеркала удваивался примерно каждые 50 лет.

Преимущества ньютоновского дизайна

Ньютоновский оптический узел, показывающий трубку (1), главное зеркало (2) и опору вторичного диагонального зеркала (также называемую « крестообразной опорой ») (3).
  • Они не содержат хроматических аберраций, характерных для преломляющих телескопов.
  • Ньютоновские телескопы обычно дешевле для любого заданного диаметра объектива (или апертуры ), чем телескопы сопоставимого качества других типов.
  • Поскольку существует только одна поверхность , которая должна быть отшлифована и отполирована в сложной формы, в целом изготовление намного проще , чем другие конструкции телескопа ( Gregorians , cassegrains и ранние рефракторы имели две поверхности , которые необходимо Выяснение . Позже ахроматические цели рефрактор четыре поверхности, должны быть вычислены).
  • Легче получить короткое фокусное расстояние , ведущее к более широкому полю зрения .
  • Окуляр расположен в верхнем конце телескопа. В сочетании с коротким передаточным числом это позволяет получить гораздо более компактную систему крепления, снижая стоимость и увеличивая портативность.

Недостатки ньютоновского дизайна

  • Ньютонианцы, как и другие конструкции телескопов-рефлекторов, использующих параболические зеркала, страдают от комы , внеосевой аберрации, которая заставляет изображения вспыхивать внутрь и по направлению к оптической оси (звезды по направлению к краю поля зрения принимают "кометоподобную" форму) . Эта вспышка равна нулю на оси и линейна с увеличением угла поля зрения и обратно пропорциональна квадрату фокусного отношения зеркала ( фокусное расстояние зеркала, деленное на диаметр зеркала). Формула для тангенциальной комы третьего порядка : 3θ / 16F², где θ - угол отклонения от оси изображения в радианах, а F - фокусное отношение. Считается, что ньютонианцы с фокусным расстоянием f / 6 или ниже (например, f / 5) находятся в более серьезной коме для визуального или фотографического использования. Первичные зеркала с низким фокусным расстоянием можно комбинировать с линзами, корректирующими кому, для увеличения резкости изображения по всему полю.
Большой ньютоновский отражатель 1873 года со структурой для доступа к окуляру .
  • У ньютонианцев есть центральное препятствие из-за вторичного зеркала на пути света. Это препятствие, а также дифракционные пики, вызванные опорной структурой (называемой звездочкой ) вторичного зеркала, уменьшают контраст. Визуально эти эффекты можно уменьшить, если использовать двух- или трехногий изогнутый паук. Это снижает интенсивность дифракционных боковых лепестков примерно в четыре раза и помогает улучшить контраст изображения с потенциальным штрафом, заключающимся в том, что круглые пауки более подвержены вибрации, вызываемой ветром.
  • Для портативных ньютоновцев коллимация может быть проблемой. Первичный и вторичный могут потерять согласованность из-за ударов, связанных с транспортировкой и погрузочно-разгрузочными работами. Это означает, что телескоп может потребоваться повторная юстировка (коллимация) каждый раз при установке. Другие конструкции, такие как рефракторы и катадиоптрики (особенно кассегрены Максутова ), имеют фиксированную коллимацию.
  • Фокальная плоскость находится в асимметричной точке в верхней части сборки оптической трубки. При визуальном наблюдении, особенно на экваториальных креплениях телескопов , ориентация тубуса может поставить окуляр в очень плохое положение для обзора, а для больших телескопов для доступа к нему требуются лестницы или поддерживающие конструкции. В некоторых конструкциях предусмотрены механизмы для поворота крепления окуляра или всего тубуса в более удобное положение. Для исследовательских телескопов необходимо учитывать уравновешивание очень тяжелых инструментов, установленных в этом фокусе.

Вариация

Джонс-Берд

Рефлекторный телескоп Jones-Bird (иногда называемый Bird-Jones) представляет собой зеркально-линзовую ( катадиоптрическую ) вариацию традиционной ньютоновской конструкции, продаваемой на рынке любительских телескопов. В конструкции используется сферическое главное зеркало вместо параболического, при этом сферические аберрации корректируются линзой субапертурного корректора, обычно устанавливаемой внутри фокусирующей трубки или перед вторичным зеркалом. Эта конструкция уменьшает размер и стоимость телескопа за счет более короткой общей длины трубки телескопа (с корректором, увеличивающим фокусное расстояние в схеме « телефото ») в сочетании с менее дорогим сферическим зеркалом. Было отмечено, что коммерчески выпускаемые версии этой конструкции имеют оптические недостатки из-за сложности изготовления корректора субапертуры правильной формы в телескопе, предназначенном для недорогого сегмента рынка телескопов.

Галерея

Смотрите также

Примечания

использованная литература

  • Смит, Уоррен Дж., Современная оптическая инженерия , McGraw-Hill Inc., 1966, стр. 400