Телескоп -Telescope

100-дюймовый (2,54 м) телескоп-рефлектор Хукера в обсерватории Маунт-Вилсон недалеко от Лос-Анджелеса, США, который Эдвин Хаббл использовал для измерения красных смещений галактик и обнаружения общего расширения Вселенной.

Телескоп — это оптический инструмент , использующий линзы, изогнутые зеркала или их комбинацию для наблюдения за удаленными объектами, или различные устройства, используемые для наблюдения за удаленными объектами путем их излучения, поглощения или отражения электромагнитного излучения. Первыми известными практическими телескопами были телескопы- рефракторы со стеклянными линзами , которые были изобретены в Нидерландах в начале 17 века. Они использовались как для наземных приложений, так и для астрономии .

Рефлекторный телескоп , в котором для сбора и фокусировки света используются зеркала, был изобретен в течение нескольких десятилетий после появления первого рефракторного телескопа. В 20 веке было изобретено много новых типов телескопов, в том числе радиотелескопы в 1930-х годах и инфракрасные телескопы в 1960-х годах. Слово « телескоп » теперь относится к широкому спектру инструментов, способных обнаруживать различные области электромагнитного спектра , а в некоторых случаях и к другим типам детекторов.

Этимология

Слово « телескоп » было придумано в 1611 году греческим математиком Джованни Демизиани для обозначения одного из инструментов Галилео Галилея , представленного на банкете в Академии деи Линчеи . В « Звездном вестнике » Галилей использовал латинский термин perspicillum . Корень слова происходит от древнегреческого τῆλε, латинизированного теле «далеко» и σκοπεῖν, skopein «смотреть или видеть»; τηλεσκόπος, teleskopos 'дальновидный'.

История

телескоп 17 века

Самым ранним существующим документом о телескопе был патент 1608 года, представленный правительству Нидерландов производителем очков из Мидделбурга Гансом Липперхеем на телескоп- рефрактор . Настоящий изобретатель неизвестен, но молва о нем распространилась по Европе. Галилей услышал об этом и в 1609 году построил свою собственную версию и провел телескопические наблюдения небесных объектов.

Идея о том, что объектив или светособирающий элемент может быть зеркалом, а не линзой, исследовалась вскоре после изобретения телескопа-рефрактора. Потенциальные преимущества использования параболических зеркал — уменьшение сферической аберрации и отсутствие хроматической аберрации — привели ко многим предложенным конструкциям и нескольким попыткам построить телескопы-рефлекторы . В 1668 году Исаак Ньютон построил первый практичный телескоп-рефлектор, конструкция которого теперь носит его имя — ньютоновский рефлектор .

Изобретение ахроматической линзы в 1733 году частично исправило цветовые аберрации, присутствующие в простой линзе, и позволило построить более короткие и функциональные преломляющие телескопы. Телескопы-рефлекторы, хотя и не ограниченные проблемами цвета, наблюдаемыми в рефракторах, были затруднены из-за использования быстро тускнеющих металлических зеркал зеркала, использовавшихся в 18-м и начале 19-го века - проблема была смягчена введением в 1857 г. стеклянных зеркал с серебряным покрытием и алюминированных зеркала в 1932 году. Максимальный предел физического размера для телескопов-рефракторов составляет около 1 метра (39 дюймов), что означает, что подавляющее большинство крупных оптических исследовательских телескопов, построенных с начала 20-го века, были рефлекторами. Крупнейшие телескопы-рефлекторы в настоящее время имеют объективы размером более 10 метров (33 фута), и в настоящее время ведутся работы над несколькими 30-40-метровыми конструкциями.

В 20-м веке также были разработаны телескопы, которые работали в широком диапазоне длин волн от радио до гамма-лучей . Первый специально построенный радиотелескоп был введен в эксплуатацию в 1937 г. С тех пор было разработано множество сложных астрономических инструментов.

В космосе

Поскольку атмосфера непрозрачна для большей части электромагнитного спектра, с поверхности Земли можно наблюдать только несколько полос. Видны эти диапазоны – ближний инфракрасный и часть радиоволновой части спектра. По этой причине нет наземных телескопов для рентгеновского или дальнего инфракрасного излучения, поскольку их нужно наблюдать с орбиты. Даже если длину волны можно наблюдать с земли, размещение телескопа на спутнике может оказаться выгодным из-за таких проблем, как облака, астрономическое зрение и световое загрязнение .

К недостаткам запуска космического телескопа относятся стоимость, размер, ремонтопригодность и возможность модернизации.

По электромагнитному спектру

Радио, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение
Шесть видов Крабовидной туманности при разных длинах волн света

Название «телескоп» охватывает широкий спектр инструментов. Большинство из них обнаруживают электромагнитное излучение , но есть большие различия в том, как астрономы должны собирать свет (электромагнитное излучение) в разных частотных диапазонах.

По мере того, как длины волн становятся длиннее, становится проще использовать антенную технологию для взаимодействия с электромагнитным излучением (хотя можно сделать очень маленькую антенну). Ближний инфракрасный диапазон можно собирать так же, как видимый свет, однако в дальнем инфракрасном и субмиллиметровом диапазоне телескопы могут работать больше как радиотелескоп. Например, телескоп Джеймса Клерка Максвелла ведет наблюдения с длинами волн от 3 мкм (0,003 мм) до 2000 мкм (2 мм), но использует параболическую алюминиевую антенну. С другой стороны, космический телескоп Spitzer , наблюдающий от 3 мкм (0,003 мм) до 180 мкм (0,18 мм), использует зеркало (отражающую оптику). Также используя отражающую оптику, космический телескоп Хаббла с широкоугольной камерой 3 может вести наблюдения в диапазоне частот примерно от 0,2 мкм (0,0002 мм) до 1,7 мкм (0,0017 мм) (от ультрафиолетового до инфракрасного света).

Для фотонов с более короткими длинами волн и с более высокими частотами используется оптика скользящего падения, а не полностью отражающая оптика. Телескопы, такие как TRACE и SOHO , используют специальные зеркала для отражения экстремального ультрафиолета , создавая более высокое разрешение и более яркие изображения, чем это возможно в противном случае. Большая апертура означает не только то, что собирается больше света, но и более точное угловое разрешение.

Телескопы также можно классифицировать по местоположению: наземный телескоп, космический телескоп или летающий телескоп . Их также можно классифицировать по тому, эксплуатируются ли они профессиональными астрономами или астрономами-любителями . Транспортное средство или постоянный кампус, содержащий один или несколько телескопов или других инструментов, называется обсерваторией .

Радио и субмиллиметр

см. заголовок
Три радиотелескопа, принадлежащие Большой миллиметровой решетке Атакама .

Радиотелескопы представляют собой направленные радиоантенны , в которых обычно используется большая тарелка для сбора радиоволн. Тарелки иногда изготавливают из проводящей проволочной сетки, размеры отверстий которой меньше наблюдаемой длины волны .

В отличие от оптического телескопа, который дает увеличенное изображение наблюдаемого участка неба, тарелка традиционного радиотелескопа содержит один приемник и записывает один изменяющийся во времени сигнал, характерный для наблюдаемой области; этот сигнал может дискретизироваться на различных частотах. В некоторых новых конструкциях радиотелескопов одна антенна содержит массив из нескольких приемников; это известно как массив фокальной плоскости .

Собирая и сопоставляя сигналы, одновременно принимаемые несколькими антеннами, можно вычислять изображения с высоким разрешением. Такие массивы с несколькими тарелками известны как астрономические интерферометры , а метод называется синтезом апертуры . «Виртуальные» апертуры этих решеток по размеру аналогичны расстоянию между телескопами. По состоянию на 2005 год рекордный размер массива во много раз превышает диаметр Земли - с использованием космических телескопов интерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ), таких как японская HALCA (Высокоразвитая лаборатория связи и астрономии) VSOP (Космическая РСДБ). Программа обсерватории) спутник.

Синтез апертуры теперь также применяется к оптическим телескопам с использованием оптических интерферометров (массивов оптических телескопов) и интерферометрии с маскировкой апертуры на одиночных отражающих телескопах.

Радиотелескопы также используются для сбора микроволнового излучения , которое имеет то преимущество, что оно может проходить через атмосферу и межзвездные газовые и пылевые облака.

Некоторые радиотелескопы, такие как Allen Telescope Array , используются такими программами, как SETI и обсерватория Аресибо , для поиска внеземной жизни.

Инфракрасный

Видимый свет

Куполообразный телескоп с экструзионным креплением зеркала.
Один из четырех вспомогательных телескопов принадлежит группе Очень больших телескопов .

Оптический телескоп собирает и фокусирует свет преимущественно видимой части электромагнитного спектра. Оптические телескопы увеличивают видимый угловой размер удаленных объектов, а также их видимую яркость . Чтобы изображение можно было наблюдать, сфотографировать, изучить и отправить на компьютер, в телескопах используется один или несколько изогнутых оптических элементов, обычно сделанных из стеклянных линз и/или зеркал , которые собирают свет и другое электромагнитное излучение, чтобы передать этот свет или излучения в точку фокусировки. Оптические телескопы используются для астрономии и во многих неастрономических инструментах, в том числе: теодолиты (в том числе транзиты ), подзорные трубы , монокуляры , бинокли , объективы фотоаппаратов и подзорные трубы . Существует три основных типа оптики:

  • Телескоп- рефрактор, в котором для формирования изображения используются линзы.
  • Телескоп- рефлектор, который использует расположение зеркал для формирования изображения.
  • Катадиоптрический телескоп , в котором для формирования изображения используются зеркала в сочетании с линзами.

Формирователь изображения Френеля — это предлагаемая сверхлегкая конструкция космического телескопа, в котором для фокусировки света используется линза Френеля .

Помимо этих основных оптических типов существует множество подтипов различной оптической конструкции, классифицируемых по выполняемой ими задаче, например, астрографы , искатели комет и солнечные телескопы .

ультрафиолет

Большая часть ультрафиолетового света поглощается атмосферой Земли, поэтому наблюдения на этих длинах волн необходимо проводить из верхних слоев атмосферы или из космоса.

рентгеновский снимок

см. заголовок
Рентгеновское фокусирующее зеркало телескопа Хитоми , состоящее из более чем двухсот концентрических алюминиевых оболочек

Рентгеновские лучи гораздо труднее собрать и сфокусировать, чем электромагнитное излучение с большей длиной волны. Рентгеновские телескопы могут использовать рентгеновскую оптику , например, телескопы Вольтера, состоящие из кольцеобразных «скользящих» зеркал из тяжелых металлов , способных отражать лучи всего на несколько градусов . Зеркала обычно представляют собой сечение повернутой параболы и гиперболы или эллипса . В 1952 году Ганс Вольтер описал три способа создания телескопа, используя только такое зеркало. Примерами космических обсерваторий, использующих этот тип телескопа, являются обсерватория Эйнштейна , ROSAT и рентгеновская обсерватория Чандра . В 2012 году был запущен рентгеновский телескоп NuSTAR , в котором используется оптика конструкции телескопа Вольтера на конце длинной развертываемой мачты, чтобы обеспечить энергию фотонов 79 кэВ.

Гамма-луч

Гамма-обсерватория Комптона выведена на орбиту космическим кораблем "Шаттл" в 1991 году.

Рентгеновские и гамма-телескопы с более высокими энергиями воздерживаются от полной фокусировки и используют маски с кодированной апертурой : узоры тени, создаваемые маской, могут быть реконструированы для формирования изображения.

Рентгеновские и гамма-телескопы обычно устанавливаются на высоко летающих аэростатах или спутниках, находящихся на околоземной орбите , поскольку земная атмосфера непрозрачна для этой части электромагнитного спектра. Примером такого типа телескопа является космический гамма-телескоп Ферми, который был запущен в июне 2008 года.

Обнаружение гамма-лучей очень высокой энергии с более короткой длиной волны и более высокой частотой, чем обычные гамма-лучи, требует дальнейшей специализации. Примером такой обсерватории является наземный телескоп VERITAS .

Открытие 2012 года может позволить сфокусировать гамма-телескопы. При энергиях фотонов больше 700 кэВ показатель преломления снова начинает увеличиваться.

Списки телескопов

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки