Разрешение телескопов

Формулы для расчёта телескопа

Основные формулы, показывающие на что примерно способен телескоп.
Не забывайте только, что это теория, на деле всё сильно зависит от качества изделия, правильности настройки и состояния атмосферы.

Кратность или увеличение телескопа (Г)

Г=F/f, где F — фокусное расстояние объектива, f — фокусное расстояние окуляра.
F вы изменить чаще всего не можете, но имея окуляры с разным f, вы сможете менять кратность или увеличение телескопа Г.

Максимальное увеличение (Г max)

Максимальное увеличение телескопа ограничено диаметром объектива. Принято считать, что Г max=2*D, но из-за поправок на искажения, точности изготовления и настройки, лучше немного занизить эту величину:
Г max=1,5*D, где D — фокусное расстояние объектива.
А если труба окажется способна на большее — пусть это лучше сюрпризом будет, чем наоборот. Используя линзу Барлоу, можно поднять максимальное увеличение телескопа в разы, но в итоге вы получите всего-лишь размытое пятно больших размеров и никаких дополнительных деталей.
Есть, правда, другой подход: немного более крупные размеры часто позволяют лучше расмотреть тот же объект, несмотря на то, что деталей на нём не прибавится. Наверное поэтому и советуют обычную формулу: Г max=2*D. То есть, это зависит от объекта и вашего вкуса.

Светосила телескопа определяется в виде отношения D:F. Если не особо заморачиваться, то чем меньше это отношение, тем лучше телескоп подходит для наблюдения галактик и туманностей (например 1:5). А более длиннофокусный телескоп с соотношением вроде 1:12 лучше подходит для наблюдения Луны.

Разрешающая способность (b)

Разрешающая способность телескопа — наименьший угол между такими двумя близкими звездами, когда они уже видны как две, а не сливаются зрительно в одну. Проще говоря, под разрешающей способностью можно понимать «чёткость» изображения (да простят меня профессионалы-оптики. ).
b=138/D, где D — апертура объектива. Измеряется в секундах (точнее в секундах дуги).
Из-за атмосферы эта величина нечасто бывает меньше 1″ (1 секунды). Например, на Луне 1″ соответствует кратеру диаметром около 2 км.
Для длиннофокусных объективов, со значением светосилы 1:12 и более длинных, формула немного другая: b=116/D (по Данлопу).

Из сказанного выше видно, что в обычных условиях минимальная разрешающая способность в 1″ достигается при апертуре 150мм у рефлекторов и около 125мм у планетников-рефракторов. Более апертуристые телескопы дают более чёткое изображение только в теории, ну или высоко в горах, где чистая атмосфера, либо в те редкие дни, когда «с погодой везёт».
Однако, не забывайте, что чем больше телескоп, тем ярче изображение, тем виднее более тусклые детали и объекты. Поэтому, с точки зрения обычного наблюдателя, изображение у больших телескопов всё равно оказывается лучше, чем у маленьких.
Вдобавок, в короткие промежутки времени атмосфера над вами может успокоиться настолько, что большой телескоп покажет картинку более чёткую, чем при том самом пределе в 1″, а вот маленький телескоп упрётся в это ограничение и будет очень обидно.
Так что, нет особого смысла ограничиваться 150-ю миллиметрами 😉

Предельная звёздная величина (m)

Предельная звёздная величина, которая видна в телескоп, в зависимости от апертуры:
m=2.1+5*lg(D), где D – диаметр телескопа в мм., lg — логарифм.
Если возьмётесь расчитывать, то увидите, что предельная звёздная величина, доступная нашему глазу через самый большой «магазинный» телескоп с апертурой 300мм — около 14,5 m . Более слабые объекты ищутся через фотографирование и последующую компьютерную обработку кадров.

Приведу для справки таблицу соответствия апертуры телескопа D и предельной звёздной величины:

На деле значения будут немного отличаться из-за разницы световых потерь в разных конструкция телескопов.
При одинаковой апертуре D, выше всего предельная звёздная величина в линзовых телекопах-рефракторах.
В зеркальных рефлекторах потери выше — очень грубо можно отнять 10-15%.
В катадиопртиках потери самые большие, соответственно и предельная звёздная величина самая маленькая.
Также велики потери в биноклях из-за наличия нескольких преломляющих призм — их я имел ввиду, дав диаметры 32 и 50 мм. То есть, в биноклях предельная звёздная величина будет гораздо меньше табличной. На сколько — зависит от качества марки бинокля, в частности от качества просветляющего покрытия всех поверхностей — это нельзя предсказать для всех моделей.
Сложные и дорогие окуляры тоже задерживают свет за счёт большего количества линз — неизбежная плата за качество изображения (хотя, их качественные просветляющие покрытия частично снижают этот недостаток).
То есть, при одинаковой апертуре, в линзовый телескоп-рефрактор с самым простеньким окуляром вы увидите максимум возможного при данном D.
Но, поскольку, рефракторы больших диаметров дороги, то за те же деньги можно взять гораздо более апертуристый рефлектор и увидеть значительно больше.

Выходной зрачок

Выходной зрачок телескопа = D/Г
Хорошо, когда выходной зрачок телескопа равен 6 мм., это значит, что весь свет собираемый объективом попадёт в глаз (6 мм. — примерный диаметр человеческого зрачка в темноте). Если выходной зрачок окажется больше, то часть света потеряется, подобно тому, как если бы мы задиафрагмировали объектив.
На деле удобнее считать «от обратного». Например:
Для моего телескопа с апертурой D=250мм, максимальное увеличение без потери яркости = 250мм/6мм = 41,67 крат. То есть, при увеличении 41,67 выходной зрачок будет равен 6 мм.
Ну, и какой окуляр мне нужен для этого телескопа, чтобы получить это самое «равнозрачковое увеличение»? f=F/Г. Фокусное расстояние F моего Добсона»: 1255мм. Г уже нашли: 41,67 крат. Получается, что мне нужен окуляр f=30,1мм. Ну, примерно такой окуляр и шёл в комплекте.
42 крата — это совсем немного, но достаточно для рассматривания звёздных полей, а вот уже для Андромеды маловато.
(Берём окуляр с фокусом покороче. Ура — получается крупнее(!), но. темнее. И чем больше кратность, тем темнее будет картинка.)
Это был расчёт для довольно апертуристого телескопа, а какая будет кратность для равнозрачковости в рядовые телескопы — посчитайте сами: одни слёзы. Поэтому и говорят, что «апертура рулит» — чем она выше, там картинка ярче при одинаковой кратности (при одинаковой конструкции телескопов).

Поле зрения телескопа

Поле зрения телескопа = поле зрения окуляра / Г
Поле зрения окуляра указано в его паспорте, а увеличение Г телескопа с данным окуляром мы уже знаем как расчитать: Г=F/f.
Чем полезно знание поля зрения телескопа?
Чем больше поле зрения телескопа, тем больший кусок неба виден, но тем мельче объекты.
Зная какое поле (угол) захватит ваш телескоп при заданном увеличении, и зная уговые размеры искомого объекта, можно прикинуть какую часть поля зрения займёт этот объект, то есть прикинуть общий вид того, что вы увидите в окуляре.
Если вы ищете объект не по координатам, а по картам, то полезно сделать из проволоки колечки, которые соответствуют на карте угловым полям зрения ваших окуляров в составе данного телескопа. Тогда гораздо легче ориентироваться: двигая телескоп от звезды к звезде и одновременно перемещая колечко на карте, вы легко можете сверять оба изображения.

Теперь, когда примерно ясна взаимосвязь характеристик телескопа, можно другими глазами посмотреть на то, что можно увидеть в телескопы разных размеров.

Разрешение телескопа на практике

Разрешение телескора — это одна из важнейших характеристик телескопа. Решаюшим параметром, определяющим разрешение телескопа является диаметер объектива. (подробнее читайте в статье про увеличение телескопа ). Разрешение определяет на сколько качественную картину удастся увидеть в телескоп. Каковы будут самые мелкие, самые отдаленные детали которые удасться увидеть в телескоп. Конешно у разрешения есть формальное определение: минимальное угловое расстояние между двумя тотучными объектами, при котором они видны как два разных объекта. Но к сожалению такое определение может оказаться несколько расплывчатым для телескопа. Дело в том, что это минимально расстояние быдет различно в разных цветовых диапазоных и зависит и разных факторов.

При рассмотрении любого телескопа сразу возникает вопрос, что в него можно увидеть и как хорошо это будет видно. В данной статье будут сравниваться изображения, полученные в телескопы с различными параметрами. На основе этого сравнения мы попробуем обяснить как те или иные параметры телескопа влияют на качество изображения. Рассмотрим следующие параметры:

  • Диаметр объектива
  • Разрешение
  • Угловое поле зрения
  • Окуляр и увеличение
  • Предельная звездная величина

Диаметер объектива в этом списке самая главная величина. При хорошей конструкции телескопа именно она определяет разрешение телескопа. Угловое поле зрение обычно тем меньше чем больше увеличение. При большом увеличении поле зрения на столько мельнькое, что найти люну на небе становится не так просто, в таких случах видоискатель незаметим. Увеличение телескопа определяется соотношением диаметров объектива и окуляра. Чем меньше диаметр окуляра тем больше увеличение. Однако большое увеличение вовсе не означает что в полученном изображении будут видны самые мелкие детали. Предельная звездная величина говорит о том, какой космический объкт может быть увидет в данный телескоп. Celestron StarHopper 12

  • Диаметр объектива, мм: 304,8
  • Разрешение, критерий Рэлея/Предел Дауэса: 0,45″/0,38″
  • Угловое поле зрения, град: 0,83
  • Окуляр и увеличение: 32 мм (46,88х)
  • Предельная звездная величина: 14,9

Что можно увидеть в телескоп?

Телескопы купить и выбрать можно в астромагазине Telescopes.ru . Гуд Бай недорого продаёт объективы

Самый главный параметр телескопа это диаметр его объектива. Чем больше диаметр объектива телескопа, тем более слабые звезды мы увидим и тем более мелкие детали мы сможем различить на планетах и Луне, а также разделить более тесные двойные звезды. Разрешение телескопа измеряется в угловых секундах и вычисляется по следующей формуле 140/D, где D – диаметр объектива телескопа в мм. А предельно доступная звездная величина телескопа вычисляется по формуле m = 5,5+2,5lgD+2,5lgГ, где D – диаметр телескопа в мм., Г – увеличение телескопа. Также диаметр объектива определяет максимальное увеличение телескопа. Оно равно удвоенному диаметру объектива телескопа в миллиметрах. Например, телескоп с диаметром объектива 150 мм имеет максимальное полезное увеличение 300 крат. Вот от параметра диаметр объектива телескопа мы и будем исходить.

Какого размера видны планеты в телескоп ? При увеличении 100х одной угловой секунде соответствует 0.12 мм видимые с расстояния 25 см. Отсюда можно вычислить диаметр планеты видимый в телескоп с определенным увеличением. Dp= Г* 0.0012 * d , где Dp — диаметр планеты в мм видимой в проекции на плоскость с расстоянии до плоскости 25 см., Г — увеличение телескопа, d — диаметр планеты в угл. сек. Например, диаметр Юпитера 46 угл. сек. и с увеличением 100 крат он будет выглядеть как окружность нарисованная на бумаге диаметром 5.5 мм с расстояния 25 см.

Итак, в продаже встречаются телескопы от 50 мм до 250 мм и более. Также проницающая способность и разрешения зависят от схемы телескопа, в частности от наличия центрального экранирования вторичным зеркалом и его размера. В телескопах рефракторах (объектив линза) центральное экранирование отсутствует, и они дают более контрастное и детальное изображение, правда это относится к длиннофокусным телескопам рефракторам и апохроматам. В короткофокусных рефракторах-ахроматах хроматическая аберрация сведет на нет достоинства рефрактора. И таким телескопам доступны малые и средние увеличения.

Что же мы можем увидеть в телескопы разных диаметров:

Рефрактор 60-70 мм, рефлектор 70-80 мм.

Двойные звезды с разделением больше 2” – Альбирео, Мицар и т.д..

Слабые звезды до 11,5m.

Пятна на Солнце (только с апертурным фильтром).

На Луне кратеры диаметром 8 км.

Полярные шапки и моря на Марсе во время Великого противостояния.

Пояса на Юпитере и в идеальных условиях Большое Красное Пятно (БКП), четыре спутника Юпитера.

Кольца Сатурна, щель Кассини при отличных условиях видимости, розовый пояс на диске Сатурна.

Уран и Нептун в виде звезд.

Крупные шаровые (например M13) и рассеянные скопления.

Почти все объекты каталога Мессье без деталей в них.

Рефрактор 80-90 мм, рефлектор 100-120 мм, катадиоптрический 90-125 мм.

Двойные звезды с разделением 1,5″ и более, слабые звезды до 12 зв. величины.

Структуру солнечных пятен, грануляцию и факельные поля (только с апертурным фильтром).

Лунные Кратеры размером около 5 км.

Полярные шапки и моря на Марсе во время противостояний.

Несколько дополнительных поясов на Юпитере и БКП. Тени от спутников Юпитера на диске планеты.

Щель Кассини в кольцах Сатурна и 4-5 спутников.

Уран и Нептун в виде маленьких дисков без деталей на них.

Десятки шаровых скоплений, яркие шаровые скопления будут распадаться на звездную пыль по краям.

Десятки планетарных и диффузных туманностей и все объекты каталога Мессье.

Ярчайшие объекты из каталога NGC (у наиболее ярких и крупных объектов можно различить некоторые детали, но галактики в большинстве своем остаются туманными пятнами без деталей).

Рефрактор 100-130 мм, рефлектор или катадиоптрический 130-150 мм.

Двойные звезды с разделением 1″ и более, слабые звезды до 13 зв. величины.

Детали Лунных гор и кратеров размером 3-4 км.

Можно попытаться с синим фильтром рассмотреть пятна в облаках на Венере.

Многочисленные детали на Марсе во время противостояний.

Подробности в поясах Юпитера.

Облачные пояса на Сатурне.

Множество слабых астероидов и комет.

Сотни звездных скоплений, туманностей и галактик (у наиболее ярких галактик можно увидеть следы спиральной структуры (М33, M 51)).

Большое количество объектов каталога NGC ( у многих объектов можно разглядеть интересные подробности).

Рефрактор 150-180 мм, рефлектор или катадиоптрический 175-200 мм.

Двойные звезды с разделением менее 1″, слабые звезды до 14 зв. величины.

Лунные образования размером 2 км.

Облака и пылевые бури на Марсе.

6-7 спутников Сатурна, можно попытаться увидеть диск Титана.

Спицы в кольцах Сатурна при максимальном их раскрытии.

Галилеевы спутники в виде маленьких дисков.

Детальность изображения с такими апертурами уже определяется не возможностями оптики, а состоянием атмосферы.

Некоторые шаровые скопления разрешаются на звезды почти до самого центра.

Видны подробности строения многих туманностей и галактик при наблюдении от городской засветки.

Рефрактор 200 мм и более, рефлектор или катадиоптрический 250 мм и более.

Двойные звезды с разделением до 0,5″ при идеальных условиях, звезды до 15 зв. величины и слабее.

Лунные образования размером менее 1,5 км.

Небольшие облака и мелкие структуры на Марсе, в редких случаях — Фобос и Деймос.

Большое количество подробностей в атмосфере Юпитера.

Деление Энке в кольцах Сатурна, диск Титана.

Спутник Нептуна Тритон.

Плутон в виде слабой звездочки.

Предельная детальность изображений определяется состоянием атмосферы.

Тысячи галактик, звездных скоплений и туманностей.

Практически все объекты каталога NGC, многие из которых показывают подробности, невидимые в телескопы меньших размеров.

У наиболее ярких туманностей наблюдаются едва заметные цвета.

Тендеры и госзакупки

Наша компания имеет богатый опыт сотрудничества и участия в тендерах с государственными и частными компаниями. Мы предлагаем большой набор готовых решений для образовательных учреждений, а также работаем по индивидуальным техническим заданиям.

Если вы являетесь участником или организатором тендера или госзакупки, заполните, пожалуйста, форму и опишите свой запрос. Наш специалист по работе с корпоративными заказчиками обязательно с вами свяжется.

Зарабатывайте вместе с нами!

Вы будете получать привлекательную комиссию с каждого заказа!

Разрешающая способность телескопа

Под разрешающей способностью телескопа понимают минимальный различимый угол между двумя зрительными линиями, проведенными к двум точкам – например, к находящимся вблизи друг от друга звездам. Когда два объекта, расположенные в 5 угловых секундах углового расстояния друг от друга, с трудом видны в телескоп одновременно, считается, что показатель его разрешающей способности составляет пять угловых секунд. Увеличение разрешающей способности телескопа позволяет получить более детальную картину небесного тела при наблюдении.

Согласно критерию Рэлея, возможность разделения двух близко расположенных друг к другу объектов исчезает, когда угловое расстояние между ними имеет значение меньше менее 2,5 х 105λ/D. В этой формуле D обозначает ширину линзы объектива, а λ – длину световой волны.

Например, телескоп-рефлектор с шириной линзы в 100 миллиметров дает возможность воспринимать отдельно звезды, угловое расстояние между которыми равно одной секунде дуги.

В реальности вычисляемая по этой формуле разрешающая способность недоступна телескопам, у которых диаметр объектива превышает полметра. На практике она будет несколько ниже, вследствие рассеивания света в атмосфере. А для телескопа «Хаббл», который находится за пределами атмосферы, не существует атмосферных помех. Потому (а еще благодаря линзе диаметром 2,4 метра) с его помощью можно достичь теоретического значения разрешений, а именно 0,04 угловой секунды. В итоге телескоп Хаббла, с его разрешающей способностью, выдает заметно более подробную картинку, чем устройства аналогичной величины, находящиеся на земной поверхности.

При выборе телескопа для наблюдений стоит определиться с необходимой вам разрешающей способностью. Логично, что чем выше разрешающая способность, тем больше деталей вы сможете увидеть. Выбирайте соответствующий телескоп, богатый ассортимент которых представлен на страницах нашего магазина.

Как известно, по оптической модели телескопы делятся на три крупных класса – рефлекторы, рефракторы и катадиоптрики (зеркально-линзовые).

Рефлекторы, имеющие диагональное зеркало, при прочих равных характеристиках отличаются невысокой разрешающей способностью в сравнении с рефракторами. Их преимущество – невысокая цена. Но если вы планируете внимательно рассмотреть поверхность Луны, увидеть структуру объектов глубокого космоса, разделить двойные звезды, стоит отдать предпочтение телескопам-рефракторам. Малое рассеивание света и отсутствие центрального экранирования позволяют существенно увеличить разрешающую способность телескопа и получить максимально четкое изображение!

4glaza.ru
Декабрь 2017

Использование материала полностью для общедоступной публикации на носителях информации и любых форматов запрещено. Разрешено упоминание статьи с активной ссылкой на сайт www.4glaza.ru.

Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.

Астрономические приборы и наблюдения с ними. Оптические телескопы – типы и устройство.

Телескопы бывают самыми разными – оптические (общего астрофизического назначения, коронографы, телескопы для наблюдения ИСЗ), радиотелескопы, инфракрасные, нейтринные, рентгеновские. При всем своем многообразии, все телескопы, принимающие электромагнитное излучение, решают две основных задачи:

  • 1) создать максимально резкое изображение и, при визуальных наблюдениях, увеличить угловые расстояния между объектами (звездами, галактиками и т. п.)
  • 2) собрать как можно больше энергии излучения, увеличить освещенность изображения объектов.
  • Оптические телескопы – типы и устройство.

    Параллельные лучи света (например, от звезды) падают на объектив. Объектив строит изображение в фокальной плоскости. Лучи света, параллельные главной оптической оси, собираются в фокусе F, лежащем на этой оси. Другие пучки света собираются вблизи фокуса – выше или ниже. Это изображение с помощью окуляра рассматривает наблюдатель. Диаметры входного и выходного пучков сильно различаются (входной имеет диаметр объектива, а выходной – диаметр изображения объектива, построенного окуляром). В правильно настроенном телескопе весь свет, собранный объективом, попадает в зрачок наблюдателя.

    При этом выигрыш пропорционален квадрату отношения диаметров объектива и зрачка. Для крупных телескопов эта величина составляет десятки тысяч раз. Так решается одна из основных задач телескопа – собрать больше света от наблюдаемых объектов. Если речь идет о фотографическом телескопе – астрографе, то в нем увеличивается освещенность фотопластинки. Вторая задача телескопа – увеличивать угол, под которым наблюдатель видит объект. Способность увеличивать угол характеризуется увеличением телескопа. Оно равно отношению фокусных расстояний объектива F и окуляра f. Первый телескоп появился в начале XVII века. История телескопа. Первый телескоп был построен в 1609 году итальянским астрономом Галилео Галилеем. Телескоп имел скромные размеры (длина трубы 1245 мм, диаметр объектива 53 мм, окуляр 25 диоптрий), несовершенную оптическую схему и 30-кратное увеличение. Он позволил сделать целую серию замечательных открытий (фазы Венеры, горы на Луне, спутники Юпитера, пятна на Солнце, звезды в Млечном Пути). Очень плохое качество изображения в первых телескопах заставило оптиков искать пути решения этой проблемы. Оказалось, что увеличение фокусного расстояния объектива значительно улучшает качество изображения.

    Телескопы Галилея (Музей истории науки, Флоренция). Два телескопа укреплены на музейной подставке, В центре виньетки разбитый объектив от первого телескопа Галилея.

    Телескоп Гевелия. Телескоп Гевелия имел длину 50 м и подвешивался системой канатов на столбе. Телескоп Озу имел длину 98 метров. При этом он не имел трубы, объектив располагался на столбе на расстоянии почти 100 метров от окуляра, который наблюдатель держал в руках (так называемый воздушный телескоп). Наблюдать с таким телескопом было очень неудобно. Озу не сделал ни одного открытия. Христиан Гюйгенс, наблюдая в 64-метровый воздушный телескоп, открыл кольцо Сатурна и его спутник – Титан, а также заметил полосы на диске Юпитера. Другой крупный астроном того времени, Жан Кассини, с помощью воздушных телескопов открыл еще четыре спутника Сатурна (Япет, Рея, Диона, Тефия), щель в кольце Сатурна (щель Кассини), «моря» и полярные шапки на Марсе. В 1663 году Грегори создал новую схему телескопа-рефлектора. Грегори первым предложил использовать в телескопе вместо линзы зеркало. Основная аберрация линзовых объективов – хроматическая – полностью отсутствует в зеркальном телескопе.

    Первый в мире телескоп-рефлектор.

    Первый телескоп-рефлектор был построен Исааком Ньютоном в 1668 году. Схема, по которой он был построен, получила название «схема Ньютона». Длина телескопа составляла 15 см.

    Телескоп Шмидта–Кассергена (см. изображение справа) очень популярен среди астрономов-любителей. 1672 году Кассегрен предложил схему двухзеркальной системы, вскоре ставшую наиболее популярной. Первое зеркало было параболическим, второе имело форму выпуклого гиперболоида и располагалось перед фокусом первого. В настоящее время практически все телескопы являются зеркальными. Сначала зеркала делали из металлических заготовок. Сейчас их изготавливают из стекла, а затем наносят на поверхность тонкий слой серебра (используется в основном любителями) или алюминия, который напыляется в вакууме.

    Телескоп им. Кека – совместный проект Калифорнийского технологического института и Калифорнийского университета. Самый большой в мире зеркальный телескоп им. Кека имеет диаметр 10 м и находится на Гавайских островах. В России на Кавказе работает телескоп БТА размером 6 м.

    К оптическим телескопам относят, прежде всего, рефракторы и рефлекторы. Главная часть простейшего рефрактора – объектив – двояковыпуклая линза, установленная в передней части телескопа. Объектив собирает излучение. Чем больше размеры объектива D, тем больше собирает излучения телескоп, тем более слабые источники могут быть обнаружены им. Чтобы избежать хроматической аберрации, линзовые объективы делают составными. Однако в случаях, когда требуется свести к минимуму рассеяние в системе, приходится использовать и одиночную линзу. Расстояние от объектива до главного фокуса называется главным фокусным расстоянием F. Самый большой рефрактор в мире, который находится в Йеркской обсерватории в США, имеет линзу диаметром в 1 м. Линза с большим диаметром была бы слишком тяжела и сложна в изготовлении.

    Рефрактор Йеркской обсерватории в США.

    Основным элементом рефлектора является зеркало – отражающая поверхность сферической, параболической или гиперболической формы. Обычно оно делается из стеклянной или кварцевой заготовки круглой формы и затем покрывается отражающим покрытием (тонкий слой серебра или алюминия). Точность изготовления поверхности зеркала, т.е. максимально допустимые отклонения от заданной формы, зависит от длины волны света, на которой будет работать зеркало. Точность должна быть лучше, чем λ/8. К примеру, зеркало, работающее в видимом свете (длина волны λ = 0,5 микрона), должно быть изготовлено с точностью 0,06 мкм (0,00006 мм). Обращенная к глазу наблюдателя оптическая система называется окуляром. В простейшем случае окуляр может состоять только из одной положительной линзы (в этом случае мы получим сильно искаженное хроматической аберрацией изображение). Важнейшими характеристиками телескопа (помимо его оптической схемы, диаметра объектива и фокусного расстояния) являются проницающая сила, разрешающая способность, относительное отверстие и угловое увеличение. Проницающая сила телескопа характеризуется предельной звездной величиной m самой слабой звезды, которую можно увидеть в данный инструмент при наилучших условиях наблюдений. Для таких условий проницающую силу можно определить по формуле: m = 2,1 + 5 lgD, где D – диаметр объектива в миллиметрах.

    Разрешающая способность – минимальный угол между двумя звездами, видимыми раздельно. Если невооруженным глазом можно различить две звезды с угловым расстоянием не менее 2′, то телескоп позволяет уменьшить этот предел в Γ раз. Ограничение на предельное увеличение накладывает явление дифракции – огибание световыми волнами краев объектива. Из-за дифракции вместо изображения точки получаются кольца. Для видимых длин волн при λ = 550 нм на телескопе с диаметром D = 1 м теоретическое угловое разрешение будет равно δ = 0,1″. Практически угловое разрешение больших телескопов ограничивается атмосферным дрожанием. При фотографических наблюдениях разрешающая способность всегда ограничена земной атмосферой и погрешностями гидирования и не бывает лучше 0,3″. При наблюдениях глазом из-за того, что можно попытаться поймать момент, когда атмосфера относительно спокойна (достаточно нескольких секунд), разрешающая способность у телескопов с диаметром D, большим 2 м, может быть близка к теоретической. Хорошим считается телескоп, собирающий более 50 % излучения в кружке 0,5″.

    У телескопов для визуальных наблюдений типичное значение относительного отверстия 1/10 и меньше. У современных телескопов она равна 1/4 и больше. Часто вместо относительного отверстия используется понятие светосилы, равной (D/F)2. Светосила характеризует освещенность, создаваемую объективом в фокальной плоскости.

    Относительным фокусным расстоянием телескопа (обозначается перевернутой буквой А) называется величина, обратная относительному отверстию: = F / D. В фотографии эта величина часто называется диафрагмой. Угловое увеличение (или просто увеличение) показывает, во сколько раз угол, под которым виден объект при наблюдении в телескоп, больше, чем при наблюдении глазом. Увеличение равно отношению фокусных расстояний объектива и окуляра: Γ = Fоб / fок. Искажение изображения, вызванное недостатками оптической системы, называется аберрацией. Аберрации оптических систем бывают физические и геометрические. Физическая аберрация – хроматическая. Геометрические аберрации – сферическая, кома, астигматизм, кривизна поля и дисторсия.

    Хроматическая аберрация создает радужный ореол вокруг звезды. Хроматическая аберрация характерна для всех преломляющих оптических приборов. Возникает из-за того, что коэффициент преломления среды зависит от длины волны света. Синие лучи отклоняются линзой сильнее красных, и поэтому положения фокусов для лучей разных длин волн не совпадают. В результате изображение звезды выглядит как набор радужных колец. Уже первые телескопы Галилея имели сильную хроматическую аберрацию. Первым, кто решил «избавиться» от хроматической аберрации, был Ньютон. Сначала он решил попробовать в телескопах две линзы, имеющие отрицательную и положительную оптическую силы, но не смог создать телескопа, свободного от хроматической аберрации. Именно поэтому Ньютон стал делать телескопы с вогнутыми зеркалами. Только в 1747 году Эйлер математически доказал существование объектива, состоящего из двух стеклянных менисков, лишенного хроматической аберрации. Оптические системы, в которых хроматическая аберрация устранена в объективах, изготовленных из стекол с различными коэффициентами преломления, называются ахроматами. Хроматическая аберрация полностью отсутствует в зеркальных системах. Сферическая аберрация возникает из-за того, что лучи света, параллельные главной оптической оси объектива, падая на сферическую поверхность линзы или зеркала, после преломления или отражения пересекаются не в одной точке. Края объектива строят изображение ближе к объективу, а центральная часть – дальше. В результате изображение имеет в фокальной плоскости нерезкий вид. В рефракторах сферическая аберрация совместно с хроматической аберрацией устраняется подбором линз. В рефлекторах зеркалу придают не сферическую, а параболическую форму. Система, в которой сферическая аберрация исправлена, называется стигматичной.

    Сферическая аберрация исправляется приданием зеркалу параболической формы.

    Кома – внеосевая аберрация, связанная с наклоном лучей света, идущих от источника, к оптической оси телескопа. При этом изображение звезды имеет вид капли или кометы с ярким ядром и большим хвостом – отсюда и пошло название аберрации. Линейные размеры пятна комы пропорциональны расстоянию звезды от оптической оси и квадрату относительного отверстия объектива. Система, свободная как от сферической аберрации, так и от комы, называется апланатической.

    Астигматизм заключается в растягивании точечного изображения в черточку. Лучи света от объекта, идущие в разных плоскостях, не могут сфокусироваться на одной плоскости изображения. Размер астигматического изображения растет пропорционально квадрату углового расстояния звезды от центра оптической системы. Оптические системы, в которых исправлен астигматизм, называются анастигматическими. Наконец, дисторсия связана с искажением масштабов изображения. Изображение звезды собирается в одну точку, но эта точка не совпадает с изображением звезды в идеальном телескопе. Из-за этого изображение квадрата будет иметь вид либо подушки, либо бочки. Оптические системы, свободные от дисторсии, называются ортоскопическими.

    Подушкообразная и бочкообразная дисторсии. Слева приведено неискаженное изображение. В 1929 году Бернгардт Шмидт решил проблему создания телескопа, свободного от комы и астигматизма и обладающего большим полем. В камере Шмидта используются вогнутое сферическое зеркало и коррекционная пластинка Шмидта, которая представляет собой почти плоское оптическое стекло, надлежащим образом заретушированное с одной стороны. Центральная часть пластинки действует как слабая положительная линза, внешняя часть пластинки – как слабая отрицательная линза. Такие оптические системы называются камерами Шмидта или системами Шмидта.

    На наблюдения в телескоп накладываются также физические ограничения. Поскольку звезды – не абсолютные точки, а имеют конечный угловой размер, (например, Солнце (R = 7∙108 м) с расстояния d = 10 пк будет видно под углом θ = R/d ≈ 6∙10–4 «), нужно учитывать явление дифракции: для монохроматического источника с длиной волны λ размер дифракционного кружка

    Помимо этого существует и другая причина, ограничивающая максимальное разрешение телескопа, – дрожание атмосферы. В результате редко когда изображение бывает лучше 1″, что намного больше угловых размеров дифракционного кружка. Во многих обсерваториях (особенно старых) неплохим результатом считается разрешение в 2–3″. Однако это размер усредненного во времени изображения. В каждый момент времени разрешение может быть меньше.

    Обсерватория Мауна-Кеа ночью. Самые качественные наблюдения на Земле проводятся в высокогорной обсерватории Мауна-Кеа (4 000 м над уровнем моря) на Гавайских островах. Космический телескоп свободен от влияния атмосферы, и там достигается дифракционный предел. Система с адаптивной оптикой является не стационарной, а может изменять формы входящих в нее поверхностей в зависимости от изменения изображения объекта. Таким образом, удается в значительной мере подавить негативное воздействие земной атмосферы. В результате удается достичь более высокого разрешения, а значит, и получить новые данные о наблюдаемых объектах. В 70-х годах ХХ века стал применяться метод спекл-интерферометрии, состоящий в статистической обработке очень коротких экспозиций (0,01 сек), за время которых дифракционное изображение не «размазывается» атмосферой. Первым приемником изображений в телескопе, изобретенным Галилеем в 1609 году, был глаз наблюдателя. С тех пор не только увеличились размеры телескопов, но и принципиально изменились приемники изображения. В начале ХХ века в астрономии стали употребляться фотопластинки, чувствительные в различных областях спектра. Затем были изобретены фотоэлектронные умножители (ФЭУ), электронно-оптические преобразователи (ЭОП).

    Разрешение телескопов

    3.9. Дифракционный предел разрешения оптических инструментов

    Для практики наиболее интересен случай дифракции света, когда препятствие оставляет открытой лишь малую часть 1-й зоны Френеля. Этот случай реализуется при условии

    В фокальной плоскости линзы наблюдается дифракционная картина Фраунгофера. Но, согласно геометрической оптике, в фокусе линзы должно располагаться точечное изображение удаленного точечного предмета. На самом деле изображение точечного предмета оказывается размытым из-за дифракции. В этом проявляется волновая природа света.

    Никакая оптическая система не может дать точечного изображения. В случае дифракции Фраунгофера на круглом отверстии диаметра D дифракционное изображение состоит из центрального светлого пятна (диск Эйри), на которое приходится приблизительно 85 % энергии света, и окружающих его светлых и темных колец (рис. 3.9.2). Это дифракционное пятно и принимается за изображение точечного источника. Радиус центрального пятна в фокальной плоскости линзы равен

    Если лучи света от удаленного источника падают на линзу непосредственно, то роль экрана, на котором дифрагирует свет, выполняет оправа линзы. В этом случае под D нужно понимать диаметр линзы.

    Размер дифракционных изображений очень мал. Например, радиус центрального светлого пятна в фокальной плоскости линзы диаметром D = 5 см с фокусным расстоянием F = 50 см в монохроматическом свете с длиной волны λ = 500 нм приблизительно равен 0,006 мм . Во многих оптических устройствах (фотоаппараты, проекторы и т. д.) дифракционное размытие изображений маскируется значительно более сильными искажениями из-за несовершенства оптики. Но в высокоточных астрономических приборах реализуется дифракционный предел качества изображений. Вследствие дифракционного размытия изображения двух близких точек объекта могут оказаться неотличимы от изображения одной точки. Рассмотрим в качестве примера объектив астрономического телескопа, нацеленного на две близкие звезды, находящиеся на угловом расстоянии ψ друг от друга. Предполагается, что все дефекты и аберрации устранены, и в фокальной плоскости объектива наблюдаются дифракционные изображения звезд (рис. 3.9.3).

    На рис. 3.9.3 расстояние Δ l между центрами дифракционных изображений звезд превышает радиус r центрального светлого пятна – в этом случае изображения звезд воспринимаются наблюдателем раздельно и, следовательно, объектив телескопа позволяет разрешить две близкие звезды. При уменьшении углового расстояния ψ между звездами дифракционные изображения могут сильно перекрыться и перестанут отличаться от изображения одиночной звезды. В этом случае объектив телескопа не разрешает близкие звезды. Английский физик Дж. Релей в конце XIX в. предложил условно считать разрешение полным, когда расстояния Δ l между центрами изображений равно (или превышает) радиус r диска Эйри (рис. 3.9.4). Условие Δ l = r называют критерием разрешения Релея . Из этого критерия следует:

    Телескоп с диаметром объектива D = 1 м способен разрешать две звезды, находящиеся на угловом расстоянии ψmin = 6,7·10 –7 рад (для λ = 550 нм ).

    Космический телескоп Хаббла, выведенный на орбиту в 1990 году, имеет зеркало диаметром D = 2,40 м . Предельное угловое разрешение этого телескопа на длине волны λ = 550 нм равно: ψmin = 2,8·10 –7 рад. На работу космического телескопа не оказывают влияния атмосферные возмущения. Для характеристики объектива телескопа можно ввести величину R , обратную предельному углу ψmin . Эту величину называют разрешающей силой телескопа :

    Для увеличения разрешающей способности телескопа следует увеличивать диаметр объектива (либо переходить к более коротким волнам). Все сказанное выше о разрешающей способности телескопа применимо и к невооруженному глазу. Глаз при рассматривании удаленных предметов действует так же, как и объектив телескопа. Роль D играет диаметр зрачка глаза d зр . Полагая d зр = 3 мм , λ = 550 нм , найдем для предельного углового разрешения глаза

    Этот результат хорошо согласуется с физиологической оценкой разрешающей способности глаза, выполненной исходя из размеров светочувствительных элементов сетчатки (палочек и колбочек).

    Теперь можно сделать один общий вывод: световой пучок с диаметром D и длиной волны λ вследствие волновой природы света испытывает дифракционное уширение. Угловая полуширина φ пучка оказывается порядка λ / D , так что полная ширина d пучка на расстоянии L приблизительно равна

    Рис. 3.9.5 качественно показывает, как по мере удаления от препятствия трансформируется пучок света.

    Оценки, выполненные на рис. 3.9.5, показывают, что угловое расхождение пучка уменьшается при увеличении его первоначального поперечного размера D . Этот вывод справедлив для волн любой физической природы. Чтобы, например, послать «узкий» пучок лазерного излучения на Луну, нужно сначала его расширить. Это достигается с помощью телескопа: лазерный пучок направляется в окуляр и затем, пройдя через телескоп, выходит из объектива, имея диаметр D (рис. 3.9.6).

    Такой расширенный пучок, дойдя до Луны, «засветит» на ее поверхности пятно радиусом где L – расстояние до Луны. Приняв D = 2,5 м (телескоп-рефлектор Крымской обсерватории), λ = 550 нм , L = 4·10 6 м, получим R ≈ 90 м . Если бы на Луну был направлен первоначальный пучок лазерного света, имеющий диаметр порядка 1 см , то он «засветил» бы на Луне пятно, радиус которого оказался бы в 250 раз больше.

    Разрешающая способность микроскопа. С помощью микроскопа наблюдают близко расположенные объекты, поэтому его разрешающая способность характеризуется не угловым, а линейным расстоянием между двумя близкими точками, которые еще могут восприниматься раздельно. Наблюдаемый объект располагается вблизи переднего фокуса объектива. Часто пространство перед объективом заполняется специальной прозрачной жидкостью – иммерсией (рис. 3.9.7). В плоскости, геометрически сопряженной объекту, располагается его увеличенное изображение, которое рассматривается глазом через окуляр. Изображение каждой точки оказывается размытым вследствие дифракции света.

    и если F выражено в мм, то l тоже будет в мм. Масштаб m , в зависимости от единицы измерения a , получится в градусах на мм (°/мм), в минутах дуги на мм (‘/мм) или секундах. дуги на мм («/мм).

    Так, угловой диаметр Солнца и Луны равен приблизительно 0°,5. При фокусном расстоянии телескопа F = 1000 мм. диаметр изображения Солнца и Луны в его фокальной плоскости составляет около 10 мм и, следовательно,

    Телескоп-рефлектор, приспособленный для наблюдений непосредственно в фокусе параболического зеркала, называется рефлектором с прямым фокусом. Часто используются более сложные системы рефлекторов; например, с помощью дополнительного плоского зеркала, установленного перед фокусом, можно вывести фокус в бок за пределы трубы (ньютоновский фокус). Дополнительным выпуклым предфокальным зеркалом можно удлинить фокусное расстояние и вывести фокус в отверстие, просверленное в центре главного зеркала (кассегреновский фокус), и т.д. Некоторые из таких более сложных систем рефлекторов показаны на рис. 94. Они удобнее для присоединения приемных устройств к телескопу, но из-за дополнительных отражений дают большие потери света.

    Сложной технической задачей является наведение телескопа на объект и слежение за ним. Современные обсерватории оснащены телескопами диаметром от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров. Самый большой в мире рефлектор в настоящее время действует в Советском Союзе. Он имеет диаметр 6 м и установлен на высоте 2070 м (гора Пастухова, вблизи станицы Зеленчукской на Северном Кавказе). Следующий по размерам рефлектор имеет диаметр 5 м и находится в США (обсерватория Маунт Паломар).

    Монтировка телескопа всегда имеет две взаимно перпендикулярных оси, поворот вокруг которых позволяет навести его в любую область неба. В монтировке, называемой вертикально-азимутальной, одна из осей направлена в зенит, другая лежит в горизонтальной плоскости. На ней монтируются небольшие переносные телескопы. Крупные телескопы, как правило, устанавливаются на экваториальной монтировке, одна из осей которой направлена в полюс мира (полярная ось), а другая лежит в плоскости небесного экватора (ось склонения). Телескоп на экваториальной монтировке называется экваториалом.

    Чтобы следить за небесным светилом в экваториал, достаточно поворачивать его только вокруг полярной оси в направлении роста часового угла, так как склонение светила остается неизменным. Этот поворот осуществляется автоматически часовым механизмом. Известно несколько типов экваториальной монтировки. Телескопы умеренного диаметра (до 50-100 см) часто устанавливаются на “немецкой” монтировке (рис. 95), в которой полярная ось и ось склонения образуют параллактическую головку, опирающуюся на колонну. На оси склонения, по одну сторону от колонны, располагается труба, а по другую — уравновешивающий ее груз, противовес. “Английская” монтировка (рис. 96) отличается от немецкой тем, что полярная ось опирается концами на две колонны, северную и южную, что придает ей дополнительную устойчивость. Иногда в английской монтировке полярную ось заменяют четырехугольной рамой, так что труба оказывается внутри рамы (рис. 97, а). Подобная конструкция не позволяет направить инструмент на полярную область неба. Если северный (верхний) подшипник полярной оси сделать в форме подковы (рис. 97,6), то такого ограничения не будет. Наконец, можно вообще убрать северную колонну и подшипник. Тогда получится “американская” монтировка или “вилка” (рис. 98 и 99).

    Часовой механизм не всегда действует вполне точно, и при получении фотографий с длительными экспозициями, достигающими иногда многих часов, приходится следить за правильностью наведения телескопа и время от времени его подправлять. Этот процесс называется лидированием. Гидирование осуществляется с помощью гида — небольшого вспомогательного телескопа, установленного на общей монтировке с главным телескопом.

    Электронные вычислительные машины позволяют осуществлять точное слежение за небесным светилом и при вертикально-азимутальной установке путем плавного поворота вокруг обеих осей. Первым в мире крупным оптическим телескопом на вертикально-азимутальной установке является советский шестиметровый рефлектор (рис. 100).

    Для многих задач, связанных с исследованием Солнца, необходимо иметь очень большой масштаб изображения, т.е. большое фокусное расстояние. Поэтому телескопы, предназначенные для исследования Солнца, часто делают неподвижными. В этом случае свет направляется в оптическую систему телескопа специальной установкой, называемой целостатом (рис. 101). Целостат представляет собой систему из плоских зеркал (обычно двух), которая отражает пучок световых лучей, идущих от небесного светила всегда в заданном неизменном направлении, несмотря на суточное вращение неба. Для этого одно из зеркал целостата медленно поворачивается вокруг полярной оси (лежащей в плоскости зеркала) со скоростью одного оборота за 48 часов в направлении суточного вращения неба. Луч света от неподвижного светила при этом поворачивался бы со скоростью, в два раза большей (поскольку угол отражения равен углу падения), т.е. одного оборота за 24 часа. Так как светило само движется с той же скоростью, то поворот компенсируется, и луч отражается в неизменном направлении.

    Существуют два основных типа больших солнечных телескопов — вертикальный, или башенный, и горизонтальный. В башенном телескопе целостат посылает луч вертикально вниз, и оптическая система, строящая изображение Солнца, располагается по вертикали. Спектральная и другая анализирующая аппаратура находится в лабораторном помещении у основания башни. В горизонтальном телескопе целостат посылает луч в горизонтальном направлении, в котором располагаются все оптические элементы системы. В конструктивном отношении горизонтальный телескоп намного удобнее. Однако атмосферные возмущения в приземном слое сильнее влияют на качество изображения горизонтального телескопа, чем башенного.

    Самую внешнюю и разреженную часть солнечной атмосферы — корону, — долгое время удавалось наблюдать только в редкие моменты полных солнечных затмений. Яркость короны в 10 6 раз меньше яркости солнечного диска. В обычных условиях рассеяние солнечного света в земной атмосфере и телескопе создает вокруг Солнца ореол, на фоне которого корону различить невозможно.

    Во время полной фазы солнечного затмения Луна закрывает солнечный диск, и тогда на потемневшем небе вокруг темного диска Луны вспыхивает жемчужное сияние солнечной короны. Многие астрономы и оптики пытались построить специальные телескопы, в которые можно было бы увидеть корону вне затмения. Впервые это удалось известному французскому астрофизику Лио, который использовал рефрактор с однолинзовым объективом. Такая система обеспечивает минимум рассеянного света в телескопе. Чтобы уменьшить атмосферное рассеяние, Лио установил свой прибор (он назвал его внезатменным коронографом) на горе. И, наконец, внутри телескопа он поместил “искусственную Луну”, которая закрывала от наблюдателя изображение солнечного диска. С этими предосторожностями солнечную корону можно было наблюдать визуально и фотографировать в лучах ее наиболее ярких эмиссионных линий. В настоящее время построенные по той же идее внезатменные коронографы имеются во многих странах, и наблюдения короны входят в регулярную программу Службы Солнца. В отличие от солнечных телескопов общего назначения, внезатменный коронограф устанавливается на обычной экваториальной установке, так как целостатное зеркало давало бы слишком много рассеянного света.

    Естественно поставить вопрос: чем ограничивается качество изображения светил в телескопе? С первого взгляда кажется, что чем больше увеличение (или, в фотографическом телескопе, масштаб), тем больше деталей можно различить на дисках планет, видеть более тесные пары двойных звезд и т.д. На самом деле это не так. Здесь имеется принципиальное

    ограничение, связанное с явлением дифракции — огибания световыми волнами краев объектива. Даже идеальный объектив из-за дифракции не может построить изображение точечного объекта в виде точки. Вместо точки получается круглое пятнышко с системой дифракционных колец вокруг, интенсивность которых убывает с удалением от центра изображения (рис. 102). Угловой диаметр центрального пятна

    где l длина волны и D диаметр телескопа. Если l = 0,55 мк (зеленый свет) и D = 100 см, то d = 0,55 Ч 10 -6 радиан = 0″,1. Очевидно, две точки (например, две находящиеся рядом звезды) можно различить только в том случае, если расстояние между ними больше d . Этот минимальный угол d называется теоретическим угловым разрешением телескопа. Практически угловое разрешение больших телескопов ограничивается другим фактором — атмосферным дрожанием.

    Дрожание вызывается оптической неоднородностью и неспокойствием атмосферы. Отдельные небольшие массы воздуха движутся друг относительно друга, давление в них колеблется, в результате чего коэффициент преломления в разных точках атмосферы на пути луча неодинаков. Луч, проходя атмосферу, преломляется и отклоняется, причем величина и направление этого отклонения меняются со временем. Минимальный размер неоднородностей в атмосфере составляет около 10 см и поэтому изображение звезды размывается, если диаметр телескопа существенно больше 10 см. Если диаметр телескопа меньше, то изображение колеблется как целое. Изображение звезды, размытое атмосферным дрожанием, называется диском дрожания. Диаметр диска дрожания зависит от местных природных условий (“астроклимат”), а также от размера и конструкции телескопа и башни.

    Космические тела излучают электромагнитную энергию в очень широком диапазоне частот — от гамма-лучей до самых длинных радиоволн (см. § 102). Радиоизлучение от космических объектов принимается специальными установками, называемыми радиотелескопами, которые состоят из антенны и очень чувствительного приемника. В настоящее время космическое радиоизлучение исследуется в длинах волн от одного миллиметра до нескольких десятков метров. Антенны радиотелескопов, принимающих миллиметровые, сантиметровые, дециметровые и метровые волны, чаще всего представляют собой параболические отражатели, подобные зеркалам обычных астрономических рефлекторов. В фокусе параболоида устанавливается облучатель — устройство, собирающее радиоизлучение, которое направляется на него зеркалом. Облучатель передает принятую энергию на вход приемника, и, после усиления и детектирования, сигнал регистрируется на ленте самопишущего электроизмерительного прибора.

    Радиоастрономические зеркала не требуют такой точности изготовления, как оптические. Чтобы зеркало не давало искажений, его отклонение от заданной параболической формы не должно превышать, как уже упоминалось, l /8, а длины волн l , в радиодиапазоне намного больше, чем в оптическом. Например, для волны l = 10 см достаточно иметь точность зеркала около 1 см. Более того, зеркало радиотелескопа можно делать не сплошным, например, натянуть металлическую сетку на каркас, придающий ей приблизительно параболоидальную форму. Наконец радиотелескоп можно сделать неподвижным, если заменить поворот зеркала смещением облучателя (в пределах до 10—20°). Благодаря этим особенностям радиотелескопы могут намного превосходить по размерам оптические телескопы.

    Самая большая в мире “полнопрофильная” (т.е. представляющая собой единое сплошное зеркало) радиоастрономическая антенна имеет диаметр 300 м. Она находится на обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико и установлена в естественном углублении (кратер потухшего вулкана), которому придали форму параболоида, закрепили бетоном и на бетон нанесли металлическое покрытие (рис. 103). Конечно, неподвижная антенна, направленная в зенит, не позволяет принимать радиоизлучения из любой точки небесной сферы, но благодаря суточному вращению Земли и возможности смещать облучатель значительная часть неба оказывается доступной наблюдениям.

    Радиоастрономические зеркала меньших размеров устанавливают на вертикально-азимутальной или экваториальной монтировке. Самая большая антенна такого типа (диаметр 100 м, рис. 104) находится в Федеративной Республике Германии (Бонн). Подобные гигантские антенны не могут, однако, работать на миллиметровых волнах, так как сделаны недостаточно точно (при диаметре в несколько десятков метров выдержать параболическую форму с точностью, например, до нескольких десятых долей миллиметра, — задача очень трудная). Среди высокоточных инструментов, пригодных для работы на самых коротких волнах, к числу наилучших принадлежат два советских 22-метровых радиотелескопа (один в Физическом институте им. П.Н. Лебедева, другой — в Крымской астрофизической обсерватории).

    Радиотелескопы очень большого размера могут быть построены из большого количества отдельных зеркал, фокусирующих принимаемое излучение на один облучатель. Примером является радиотелескоп РАТАН-600 (расшифровывается как «радиотелескоп Академии наук, диаметр 600 м«), который установлен вблизи станицы Зеленчукской (недалеко от 6 рефлектора) и представляет собой замкнутое кольцо диаметром около 600 м, состоящее из 900 плоских зеркал размером 2 ґ 7,4 м, образующих сегмент параболоида (рис. 105). При малых зенитных расстояниях может работать все кольцо, а при больших — некоторая его часть. Антенны такого типа называются антеннами с незаполненной апертурой.

    На волнах длиной от нескольких метров и более параболические антенны не применяются. Здесь используются системы, состоящие из большого количества дипольных антенн, электрическая связь между которыми обеспечивает необходимую для радиотелескопа направленность приема.

    Для описания угловой разрешающей силы радиотелескопа применяется специальная характеристика — диаграмма направленности, Диаграммой направленности называется зависимость чувствительности радиотелескопа от положения точечного источника радиоизлучения по отношению к антенне. Радиотелескоп с симметричной параболической антенной имеет диаграмму направленности, симметричную относительно ее оси. Примерный вид такой диаграммы показан на рис. 106. Угловое разрешение радиотелескопа (т.е. минимальный угол между двумя источниками, которые регистрируются как отдельные) приблизительно равно ширине диаграммы направленности «по половине мощности» (угол d на рис. 106). Физическая причина, ограничивающая теоретическое угловое разрешение — это дифракция, так же как и в оптических телескопах.

    Так как длины волн в радиодиапазоне очень велики, то радиоастрономические зеркала, несмотря на огромные размеры, значительно уступают по угловому разрешению оптическим. Так, 300-метровая антенна Аресибо на своей рабочей длине волны в 70 см может обеспечить угловое разрешение

    т.е. в несколько сотен раз хуже среднего практического предела оптического телескопа (1—2″). Тем не менее имеется способ, который позволяет сравнять разрешающую силу тех и других телескопов. Это можно сделать с помощью радиоинтерферометра.

    Простейший радиоинтерферометр (рис. 107) представляет собой систему из двух антенн, разнесенных на некоторое расстояние а, которое называется базой интерферометра. Облучатели обеих антенн передают сигналы по проводам (“фидерам”) на вход одного и того же приемника.

    На антенну А1 электромагнитная волна приходит с некоторым запаздыванием по отношению к А2 . Если запаздывание («разность хода») равно целому числу длин волн,

    то сигналы на входе приемника складываются, так как они приходят в одной фазе. Если же

    то сигналы вычитаются, так как приходят в противофазе. В результате диаграмма направленности интерферометра состоит из узких лепестков, угловое расстояние между максимумами (и минимумами) которых равно

    вдоль направления, параллельного базе. Эти лепестки налагаются на диаграмму направленности одиночной антенны, и полная диаграмма направленности (вернее, ее сечение плоскостью, проходящей через линию базы) имеет вид, показанный на рис. 107.

    Расстояние а может быть сделано очень большим:

    поэтому интерферометрами можно разрешить очень близко расположенные точечные источники.

    Радиоизлучение точечного источника при наблюдениях с одиночной антенной записывается так, как показано на рис. 108, а, а при наблюдениях интерферометром так, как на рис. 108,6. Если угловые размеры источника много больше, чем Dq , то источник не регистрируется интерферометром. Изменяя длину базы, можно определить размеры и распределение яркости источника вдоль одной координаты. Проделав такой же ряд измерений при другой ориентации базы, можно узнать распределение яркости и по другой координате.

    В последние годы разработана методика радиоинтерферометрических наблюдений с использованием двух раздельных приемников. В этом случае антенны интерферометра могут быть разнесены на тысячи километров. С помощью таких систем в радиоастрономии удалось получить угловое разрешение порядка 10 -4 секунды дуги — намного лучше, чем дают оптические телескопы.

    Благодаря мощному развитию радиоастрономической техники к настоящему времени исследовано радиоизлучение Солнца и Луны, планет Солнечной системы от Меркурия до Урана включительно, многих объектов, принадлежащих нашей Галактике (остатков сверхновых звезд, пульсаров, диффузных и планетарных туманностей, облаков межзвездного газа), радиоизлучение внегалактических объектов. В результате радиоастрономических наблюдений были обнаружены внегалактические объекты нового типа — квазары (см. § 174). Радиоастрономические исследования позволили получить очень важные результаты во многих разделах астрофизики.

    С точки зрения наблюдательной радиодиапазон имеет некоторые особые преимущества перед оптическим. Так как радиоволны облаками не задерживаются, наблюдения на радиотелескопах ведутся и в облачную погоду. Кроме того, даже самые слабые космические источники радиоизлучения могут наблюдаться днем так же хорошо, как и ночью, поскольку Солнце радиодиапазоне “не подсвечивает” земную атмосферу.

    В инфракрасном диапазоне (на волнах длиной от 1 микрона до 1 миллиметра) используются обычные оптические телескопы. Главная трудность в этом диапазоне — помехи со стороны теплового излучения телескопа и атмосферы. Кроме того, атмосфера сильно поглощает излучение в большей части инфракрасного диапазона. Однако имеется ряд участков спектра (“окна прозрачности”), в которых пропускание достаточно велико.

    Особые трудности возникают при наблюдениях рентгеновского излучения (длины волн от 0,1 до 10 ангстрем). Современные методы шлифовки и полировки материалов не позволяют изготовить зеркало с такой высокой точностью. Однако оказывается, что при падении и отражении луча под углом к нормали близким к 90° (“косое падение”), требования к точности изготовления зеркальной поверхности значительно ослабляются. Телескопы, использующие этот принцип, называются телескопами косого падения, и, будучи установленными на искусственных спутниках, позволяют измерять рентгеновское излучение космических источников.

    В рентгеновском и гамма-диапазоне для выделения более или менее узких углов используются также трубчатые коллиматоры — пакеты из параллельных трубок с достаточно толстыми стенками, установленные перед счетчиком энергичных фотонов. На длинах волн короче 10 -4 Е (энергия кванта больше 100 Мэв) угловое разрешение получается благодаря самому методу регистрации (см. § 113): такие кванты при взаимодействии с веществом дают пары электронов и позитронов, направление движения которых почти такое же, как у самого кванта.

    Смотрите еще:

    • Нотариусы петрозаводск чеботарёв Нотариусы Петрозаводск Ниже представлен список нотариусов в выбранной категории. Чтобы посмотреть подробную информацию по конкретному нотариусу, кликните по ФИО нотариуса. Нотариус Барышева Надежда Юрьевна Телефон: +7(88142)700087 Адрес: […]
    • Сколько стоит страховка сейчас Сколько стоит страховка сейчас Ниже приведены ответы на наиболее часто поступающие в РСА вопросы о правильности применения страховыми компаниями КБМ при заключении договоров ОСАГО. Как проверяется обоснованность примененного Страховщиком […]
    • Правило на агзс Правила заправки на АГЗС Правила заправки автомобиля на газовых заправочных станциях в некоторых пунктах отличаются от заправки на обычных АЗС. Эти тонкости нужно знать особенно начинающим владельцам автомобилей с газобаллонным […]
    • Никитин юрист Мы не оказываем услуги, мы предоставляем результат! Заполните форму и наш специалист с вами свяжется в течении 15 мин У нас Вы сможете получить юридические консультации по любым правовым вопросам. Юридическая компания в […]
    • Нотариус чехова савушкина Нотариусы Чехов Нотариус Горнин Юрий Владимирович Телефон: (49672) 6-65-03 Адрес: 142300,г.Чехов,ул.Полиграфистов,д.11-В Часы работы: Практикующие нотариусы оказывают следующие нотариальные услуги населению: + выдача свидетельства о […]
    • Реестре примерных основных общеобразовательных программ Реестре примерных основных общеобразовательных программ 8(495)912-63-37 [email protected] Реестр примерных основных образовательных программ: Примерная основная образовательная программа основного общего образования Реестр […]
    • Работа юриста в кемерово вакансии Вакансии h Юристы, коллекторы, приставы в Кемерово и соседних городах Кемерово Юрисконсульт 1. Специалист по договорам: ∙ Подготовка договоров поставки, реализации нефтепродуктов, а также дополнительных соглашений, протоколов […]
    • Ст 159 ук рф анализ Возможно ли досрочное освобождение по ч 3 ст 159 УК РФ? У моего отца статья 159 ч. 3 наданый момент он сидит, и ему отказали в досрочном освобождения, пока что не знаем по какой причине, он один кармилиц в семье, я мать одиночка, у систры […]