Телескопы - это инструменты, которые позволяют нам расширить возможности наших собственных глаз и проникнуть в дальние уголки космоса. Они бывают различных видов, в первую очередь их можно разделить на два основных типа: рефракторные (линзовые) и рефлекторные (зеркальные).
Рефракторные телескопы работают на основе линз, собирающих свет. Самым известным примером такого телескопа является телескоп Галилея. Рефракторные телескопы обеспечивают высокое качество изображения, но у них есть ряд недостатков. Они могут быть дорогими в изготовлении, особенно в больших размерах, так как требуют большого количества стекла и точной обработки. Кроме того, у них есть проблема хроматической аберрации – искажения цветов из-за разной степени преломления разных спектров света.
Рефлекторные телескопы, с другой стороны, используют для сбора света зеркала. Они были впервые изобретены Исааком Ньютоном, и с тех пор их дизайн значительно улучшился. Рефлекторы могут быть значительно дешевле в производстве и проще в обслуживании. Более того, они не страдают от хроматической аберрации, и могут быть сделаны значительно большими, что увеличивает их разрешающую способность и чувствительность.
Таким образом, большинство современных профессиональных телескопов – это рефлекторы. Они позволяют собирать больше света и просты в проектировании и использовании.
Как зависит качество полученного изображения от диаметра телескопа?
Диаметр главного зеркала или линзы телескопа (называемый апертурой), играет ключевую роль в качестве получаемого изображения. Есть несколько причин, почему это так.
- Большая апертура позволяет телескопу собирать больше света, аналогично тому как расширенный зрачок глаза в темноте собирает больше света, и позволяет разглядеть предметы при самом слабом освещении. Это приводит к более яркому и детализированному изображению.
- Апертура влияет на так называемую разрешающую способность телескопа – его способность различать мелкие детали. Формула Рэлея описывает эту зависимость: увеличение диаметра главного зеркала в два раза приводит к увеличению разрешающей способности в два раза. Это означает, что более крупные телескопы могут видеть мелкие детали более ясно.
Однако диаметр апертуры – это не единственная важная характеристика телескопа. Также важны такие параметры, как качество зеркал или линз, точность механизма трекинга (отслеживания движения небесных объектов), а также условия наблюдения – чистота атмосферы, уровень светового загрязнения и т.д.
В целом, идеальный телескоп обеспечивает высокую разрешающую способность и яркость изображения, обладает качественной оптикой и механизмами трекинга, и используется в условиях с малым световым загрязнением и низкой турбулентностью атмосферы.
Самые мощные из наземных телескопов.
Один из самых мощных эксплуатируемых телескопов на планете - Большой Канарский телескоп (Gran Telescopio Canarias), расположенный на острове Ла Пальма в Испании. Его главное зеркало состоит из 36 шестиугольных сегментов и имеет диаметр 10,4 метра.
Будущий Тридцатиметровый телескоп (Thirty Meter Telescope), планируется построить к концу 2020-х годов, на горе Мауна Кеа на Гавайях. Он будет иметь главное зеркало диаметром 30 метров, состоящее из 492 сегментов.
Как видно, сверхбольшие телескопы обычно строят с использованием многосегментного зеркала. Такие зеркала появились в ответ на растущие технические сложности, связанные с производством и поддержанием больших монолитных зеркал. Огромные одинарные зеркала трудно изготовить с нужной точностью, они тяжелы и могут деформироваться под своим весом, а также от температурных колебаний. Сегментированные зеркала позволяют строить гораздо более крупные телескопы, так как отдельные сегменты могут быть точно изготовлены и затем собраны вместе.
Также сегментированные зеркала могут быть отрегулированы с помощью компьютерного контроля для компенсации атмосферных искажений или деформаций зеркала, что приводит к более четкому изображению. Этот подход, известный как адаптивная оптика, значительно улучшил качество изображений, полученных наземными телескопами.
Телескоп Хаббл.
Как мы упоминали ранее, атмосфера Земли это большая проблема для наблюдений. Именно поэтому появляется все больше проектов орбитальных телескопов. Знаменитый космический телескоп Хаббл является одним из самых известных примеров, он привнес немало значимых открытий в область астрономии. Главное зеркало Хаббла имеет диаметр около 2,4 метра. Это значительно меньше, чем у больших наземных телескопов, но отсутствие атмосферного искажения света делает его изображения невероятно четкими.
Так что же можно разглядеть с помощью него? Разрешающая способность телескопа Хаббл составляет около 0.05 угловых секунд. Это означает, что Хаббл способен видеть детали размером примерно в 100 метров на Луне, что, к сожалению не позволяет разглядеть следы миссий Аполлон. Такое разрешение позволяет Хабблу снять далекий от нас Плутон с разрешением около 200 километров на 1 пиксель.
Однако, это примеры объектов с очень маленьким угловым размером. Если угловой размер Плутона можно оценить в 0,1 угловых секунд, то галактика Андромеда имеет размер около 100 угловых минут, то есть, в 600 раз больше.
В целом, Хаббл способен наблюдать за многими далекими объектами в солнечной системе и за ее пределами. Он заснял вспышки на Юпитере и подробно изучил атмосферу Урана. Однако за пределом его возможностей находятся такие объекты, как отдельные звезды в других галактиках и далекие галактики в ранней Вселенной.
Почему бы не построить многокилометровый телескоп?
Казалось бы, если мы хотим увидеть больше, почему бы просто не построить огромный телескоп? Однако, увеличение размеров телескопа приносит с собой набор серьезных проблем.
- Во-первых, это вопрос технической реализуемости и стоимости. Построить и поддерживать в рабочем состоянии огромное зеркало, изготовленное с высокой точностью, требует значительных усилий и ресурсов.
- Во-вторых, для больших телескопов усиливаются влияние гравитации и температурные эффекты. Все эти факторы могут привести к искажению формы зеркала, что негативно сказывается на качестве изображения.
- В-третьих, наблюдения на Земле ограничены из-за атмосферных искажений. Атмосфера Земли действует как линза, преломляя и рассеивая свет от далеких объектов. Этот эффект известен как атмосферное мерцание или "световое загрязнение", и он сильно ограничивает разрешающую способность наземных телескопов. По этой причине было бы предпочтительным расположить огромный телескоп в космосе, но финансовые затраты на такую программу будут огромными.
Таким образом, на сегодняшний день строительство сверхбольших телескопов на Земле или в космосе сталкивается с большим количеством проблем. Поэтому астрономы и инженеры ищут другие способы улучшить разрешающую способность и чувствительность телескопов, используя новые технологии и методы наблюдений.
Альтернативные подходы.
Астрономы применяют разнообразные методы и техники для преодоления проблем, связанных с ограничениями по размерам телескопов и влиянием атмосферы.
Одним из таких методов является использование интерферометрии, которая объединяет данные с нескольких телескопов, создавая виртуальный телескоп с гораздо большим разрешением. Примером может служить проект Event Horizon Telescope, который использовал эту технику для получения первого изображения черной дыры.
Существует и ряд технологий, направленных на борьбу с атмосферными искажениями. Одним из таких является адаптивная оптика, которая динамично меняет положение зеркал, чтобы скорректировать искажения, вызванные атмосферой в реальном времени.
Наконец, космические телескопы, такие как телескоп Хаббла и телескоп Джеймса Уэбба, могут обойти проблемы атмосферных искажений, работая за пределами атмосферы Земли. Они могут обеспечивать высочайшее разрешение для наблюдения за самыми далекими и слабыми объектами.
Если бы мы хотели провести прямые наблюдения за экзопланетами, обращающимися по орбитам других звезд, перед нами возникнет необходимость строительства космического телескопа невиданных размеров. Астрономы всего мира мечтают о том, что бы телескопы грандиозных масштабов стали реальностью, некоторые даже разрабатывают проекты, которые теоретически можно было бы выполнить. Однако, такие проекты сталкиваются с суровыми экономическими реалиями, и ожидать их реализации в ближайшее время не приходится.
И все же, сфера наблюдений за космосом поступательно развивается, и в эксплуатацию вступают все новые телескопы, увеличивая возможности астрономов.
Пожалуйста, подпишитесь на наш канал, чтобы регулярно видеть наши новые посты и не пропустить интересные темы! Это очень поможет развитию канала и позволит нам регулярно выпускать материалы.