Развитие астрономии с семнадцатого века и множество открытий в двадцатом веке являются, прежде всего, результатом постоянного совершенствования средств наблюдения за небом.
Действительно, за три столетия астрономические приборы достигли огромного прогресса. Хотя телескоп Галилео был всего несколько сантиметров в диаметре, теперь в распоряжении астрономов огромные телескопы с диаметром до 10 метров.
В то же время астрономические наблюдения, изначально ограниченные видимой областью, постепенно перешли во все другие области, от радиоволн до гамма-лучей.
В довершение всего, человек даже освоил пространство. Поскольку спутниковая армада освободилась от земной атмосферы, чтобы лучше наблюдать небо, космические зонды пересекли солнечную систему.
Подзорная труба
Изначально это был просто набор из двух линз, одна из которых была достаточно большой для того, чтобы сконцентрировать световые лучи в одной точке, называемой фокусом, а другая - меньше, она действовала как увеличительное стекло и позволяла наблюдать очень маленькие объекты. Подзорная труба давала увеличенное изображение объекта благодаря комбинации линз. Это позволило детально наблюдать планеты и туманности и видеть невидимые невооруженным глазом черты. Именно благодаря этому Галилей, первый астроном, который использовал подзорную трубу, смог сделать так много открытий, от рельефов Луны до спутников Юпитера.
Второй особенностью подзорной трубы было то, что она могла собрать больше света по сравнению с человеческим глазом. Чем больше был диаметр линзы, тем больше было захваченного линзой света. При увеличении диаметра, изображения становились более яркими. И прежде всего, в отношении объектов, которые были слишком тусклыми, чтобы быть видимыми невооруженным глазом. Именно благодаря этому Галилей, повернув свою подзорную трубу в направлении Млечного пути, впервые смог увидеть множество звезд, которые никогда ранее не наблюдались.
После того, как интерес к астрономическим линзам был продемонстрирован, необходимо было увеличить их диаметр, чтобы увеличить их угловое разрешение, способность видеть очень мелкие детали и их коллекторную способность - способность собирать большое количество света.
Самая большая подзорная труба Галилея была всего пять сантиметров в диаметре, но в дальнейшем с развитием технического прогресса в производстве линз, этих приборов становилось всё больше и больше.
Одним из примеров является 24-сантиметровая подзорная труба, построенная в 1824 году в Обсерватории им. Дорпата в Эстонии, или 38-сантиметровая подзорная труба, построенная в 1847 году в Кембридже, США. Самые большие подзорн7ые трубы были изготовлены в конце девятнадцатого века, например, 83 сантиметровая в обсерватории Меудона в 1889 году или в метровая в обсерватории Йеркса в 1897 году. На этом этапе прогресс остановился, потому что он столкнулся с непреодолимыми технологическими ограничениями. В частности, огромные линзы деформировались под собственным весом, что оказывало большое влияние на качество изображений. Кроме того, было очень трудно изготовить большие стеклянные линзы с достаточной чистотой.en.yandex.ru/media/techdiver/kakoi-teleskop-prevzoidet-habbl-5accb0302394dfca464f0476
Телескопы
В отличие от подзорной трубы, телескоп не использует большой линзы для фокусировки света, а использует большое сферическое зеркало, которое отражает световые лучи и возвращает их в одну точку, называемую фокусом.
Преимущество телескопа заключается в том, что зеркало гораздо легче поддерживать, чем линзу, что позволяет достигать размеров, намного превышающих метр, без проблем деформации.
Первые телескопы были разработаны во второй половине 17 века, в частности Исааком Ньютоном.
Технический прогресс теперь допустил увеличение размеров. В качестве примеров, можно упомянуть 1,22-метровый телескоп, построенный в 1789 году Уильямом Гершелем, а также сделанный лордом Россом в 1845 году с 1,83-метровым зеркалом.
Наконец, двадцатый век ознаменовался развитием гигантских телескопов. Первый был построен в 1918 году на горе Уилсон, Калифорнии, с зеркалом 2,54 метра. Затем появился 5,08-метровый телескоп Хейла, установленный на вершине горы Паломар в 1949 году.
Чтобы идти дальше, с 1980-х годов необходимо было разрабатывать новые технологии. Первым решением было использование набора из нескольких небольших отдельных зеркал вместо одного большого блока. Этот метод используется, например, в двух телескопах Кек, расположенных на вершине вулкана Мауна-Кеа на Гавайях. Зеркало каждого телескопа представляет собой мозаику из 36 маленьких зеркал по 1,80 метра, которые вместе дают эквивалентный диаметр 10 метров.
Вторым решением было создание больших, но очень тонких зеркал. Это уже были телескопы новых технологий (NTT). Европейская южная обсерватория (ESO) в Ла-Силла, Чили, имеет 3,5-метровое зеркало. Поскольку зеркало очень тонкое, оно не очень жесткое и поэтому легко деформируется. Чтобы сохранить идеальную форму, оно оснащено системой активной оптики - набором маленьких поршней в задней части зеркала, которые могут воздействовать на него и придавать ему идеальную форму.
Высокое угловое разрешение
Увеличение размеров телескопов на протяжении веков привело к огромному увеличению способности собирать свет, поэтому объекты наблюдения становятся все более видимыми.
С другой стороны, это на самом деле не сопровождалось значительным увеличением углового разрешения телескопов, то есть их способности наблюдать мельчайшие детали.
Атмосферная турбулентность
В атмосфере постоянно наблюдается смещения воздушных масс, которое вызывает то, что называется атмосферной турбулентностью.
Основным последствием этого явления является постоянное и случайное отклонение лучей света, которые пробиваются из космоса. Например, атмосферная турбулентность вызывает известную сцинтилляцию звезд.
Для астронома, который пытается сделать снимок небесного тела, атмосферная турбулентность приводит к размытию изображения, что приводит к потере видимости мелких деталей и уменьшению контрастности. Например, изображение звезды вместо того, чтобы быть почти идиальным, больше похоже на большое пятно.
Атмосферная турбулентность, таким образом, не позволяет большим телескопам достигать своего теоретического углового разрешения. Телескоп на горе Паломар, несмотря на свои пять метров и огромную способность собирать свет, имеет угловое разрешение, аналогичное телескопу диаметром 10 сантиметров.
Астрономические объекты на высоте
С начала прошлого века астрономы стремились преодолеть или, по крайней мере, уменьшить вредное воздействие атмосферной турбулентности.
Первым откликом на эту проблему была попытка минимизировать путь света в атмосфере путем строительства обсерваторий на значительной высоте.
Таким образом, все большие современные телескопы находятся на вершине гор или вулканов. Например, телескопы на вершине вулкана Мауна-Кеа расположенына высоте 4200 метров на Гавайских островах, телескопы ESO на высоте 2400 метров в Чили, а телескопы Ла-Пальма на Канарских островах на высоте 2400 метров. С этих гористых мест изображения становятся гораздо лучше, а угловое разрешение улучшается в два-три раза.