Око в другой мир: как устроен телескоп и почему человечеству так важно изучать космос

Изобретение первого линзового телескопа состоялось в 1608 году. Его создал Якоб Метиус – голландский изобретатель и специалист по шлифовке линз. Он соединил две линзы – выпуклую и вогнутую – и установил их трубку. У него получилось создать устройство для наблюдения за отдаленными предметами так, как будто они находятся поблизости» (так говорилось в заявке на патент телескопа Метиуса).

Но причем тут Галилео Галилей? А при том, что в 1609 году он повторил изготовленный ранее Якобом Метиусом телескоп, который давал примерно трехкратное увеличение, но хорошенько доработал его, тогда он создал телескоп, дающий увеличение в 32 раза!

Так Галилей положил начало изучению космоса: узнал, что Луна подобно Земле имеет сложный рельеф, обнаружил спутники Юпитера, которые сейчас носят название, связанные с его именем, установил, что Венера меняет фазы и совершил еще несколько гениальных открытий.

Галилей сделал телескоп самым обсуждаемым изобретением в обществе ученых. И, конечно, теперь многим из них хотелось создать собственную, улучшенную версию прибора. В числе таких людей был Иоганн Кеплер. Уже в 1611 году он создал телескоп, в котором и объектив, и окуляр были выпуклыми, что позволило сделать большим увеличение телескопа. Правда, изображение получалось перевернутым вверх ногами...

Следующие серьезные изменения в механизм телескопа были внесены почти через полвека: в 1656 году голландский ученый Христиан Гюйгенс создал совершенно новый прибор, длина трубы которого составляла около чуть менее 4 метров. Телескоп Гюйгенса кардинально отличался от предыдущих версий: в его конструкции отсутствовала труба, объектив размещался на специальной платформе, которая могла двигаться вверх и вниз, а окуляр располагался отдельно, на подставке. Благодаря этому устройству Гюйгенс смог рассмотреть полосы на поверхности Юпитера, кольца Сатурна, открыть его спутник (позже получивший название Титан).

Спустя еще три десятилетия телескоп вновь начал претерпевать изменения, на сей раз им занялся не безызвестный Исаак Ньютон. Истинный знаток физики решил прервать тенденцию использования одних только линз в телескопе и создал телескоп, в котором не было ни одной линзы. Главным героем нового прибора стало зеркало! Точнее, даже два зеркала: одно – собирающее лучи, другое – вторичное, которое выводило изображение к нам в окуляр. Это решение позволило избавить изображение от искажения и немного уменьшить цветные контуры вокруг небесных тел (хроматизм – одна из главных проблем линзовых телескопов, которая, наконец, практически решилась).

Только многое в телескопе Ньютона зависело от качества полировки зеркал, и лишь спустя несколько лет ему удалось усовершенствовать свой прибор, встроив в него чистейшее зеркало. Телескоп давал 40-кратное увеличение, которое тогда не обеспечивал ни один другой аппарат.

Но нужно отметить, что хоть Ньютон и уменьшил хроматизм, он еще не полностью от него избавился. Закончил начатое уже другой ученый, изобретатель Честер Холл: он соорудил одну большую линзу, используя две маленькие линзы, изготовленные из разных сортов стекла с разным коэффициентом преломления. Таким образом этим линзам удавалось корректировать друг друга, благодаря чему яркие радужные пятна вокруг небесных тел пропали.

Последний (в списке, но не по значимости) человек, который приложил свою руку к созданию наилучшего телескопа, это советский ученый Дмитрий Максутов. В 1941 году Максутов изобрел менисковую систему, которой было суждено сыграть большую роль в развитии оптического приборостроения: он предложил перед объективом установить вогнуто-выпуклую линзу (мениск), которая ограничивалась двумя сферическими поверхностями.

Сегодня телескопы бывают разные, но обычно у них одна комплектующая:

А вот их внутренняя составляющая уже сильно разнится.

Выделяют три вида телескопов:

Мы любим изучать все досконально, потому разберем поподробнее как устроены все эти телескопы.

Его еще называют рефрактор Ньютон. Объектив такого телескопа представляет собой двояковыпуклую линзу, чья задача заключается в сборе световых лучей и фокусировке их в одной точке – именно здесь и создается изображение.

А дальше дело остается за малым – это изображение нужно увеличить. Такая ответственная роль лежит на окуляре и на фокусном расстоянии между ним и объективом. Чем больше фокусное расстояние, тем более крупные объекты можно исследовать при помощи рефрактора.

Но это только звучит все так просто и понятно, а на деле же линзы, которые применяются в современных моделях телескопов, представляют собой сложные оптические системы. Если убрать из нее хотя бы один компонент или что-то не учесть, это может быть чревато сильными погрешностями получаемого изображения.

Во-первых, при использовании некачественной или только лишь одной линзы, собираемые лучи могут не сфокусироваться в одной точке. Такое явление получило название «сферическая аберрация» — из-за нее полученная картинка будет размыта по краям.

А во-вторых, помимо сферической, можно наткнуться и на хроматическую аберрацию (или хроматизм) — о ней мы уже рассказывали. Это происходит потому, что в состав света, исходящего от космических объектов, входят лучи разного цветового диапазона. Проходя через объектив рефрактора, они не могут одинаково направиться в одну конкретную точку, в результате эти лучи рассеиваются и образуют радужную каемку вокруг рассматриваемого объекта.

К счастью, сегодня специалисты научились избавляться от аберраций, правда, требует это немалых усилий.

С рефлекторами проблем куда меньше: хроматизм совершенно отсутствует, а сферическая аберрация если и есть, то незначительная, да и быстро исправимая — нужно лишь немного изменить форму главного зеркала.

Итак, в рефлекторах вместо линз используются зеркала. Главное зеркало, расположенное в объективе тоже собирает световые лучи и направляет их в одну точку через фокусатор — устройство, которое позволяет изменять настройки фокуса телескопа и настраивать четкость изображения. Далее лучи попадают на диагональное небольшое зеркальце, задача которого заключается в направлении изображения в окуляр.

Эта сложная оптическая система, состоящая и из зеркал, и из линз, — предоставляет нам наиболее качественную картину космических объектов без всяких аберраций и прочих искажений.

В объективе располагаются линза Мениск и зеркало сферической формы, линза собирает лучи и направляет в другое зеркало, вогнутое, откуда потом они возвращаются в первое зеркало и фокусируются в одной точке. А затем из этой точки лучи направляются в окуляр.

Если сравнить катадиоптрики с рефракторами и рефлекторами, то в глаза сразу бросается одна их особенность — более короткая труба. Это необходимо для того, чтобы обеспечить качественное многократное переотражение световых лучей (и не потерять ни один из них).

Если вы только начинаете прокладывать путь к звездам, но пока не хотите покупать себе телескоп, то начните с бинокля. Его увеличения хватит для того, чтобы разглядеть плеяды (мы проверяли, это точно работает) и Луну.

Из плюсов:

Минусы:

Для тех, кто хочет почувствовать себя настоящим астроном, но еще не готов возиться с настройками телескопа, подойдет рефрактор. Он позволяет рассмотреть тусклые плеяды, планеты, Луну и Солнце.

А если вы хотите сразу максимально погрузиться в мир космоса, то выбирайте катадиоптрик! Но желательно б/у, новые будут стоить бешеных денег.

Плюсы:

Минус:

Тем, кто уже давно в теме и кто хочет воочию убедиться, что галактик действительно целое множество, а еще рассмотреть такие явления, как, например, туманности, необходимо выбирать рефлектор .

Плюсы:

Минусы:

Если вы все еще переживаете, что не сможете разобраться в запутанной карте звездного неба и в том, как настраивать телескопы для наблюдения за планетами, то вот вам отличная мотивация: с телескопами могут работать даже дети! В России существуют школы юных астрономов, и одна из самых перспективных расположена в Черноголовской обсерватории. Там маленькие любители космоса начинают осваивать космическое пространство с восьми лет и активно пользуются всеми видами телескопов. Кстати, посетить обсерваторию может каждый – и совершенно бесплатно! Нужно лишь записаться на занятия на их сайте.

Конечно, хочется просто взглянуть на другой мир своими глазами: посмотреть на планеты, на Солнце, на созвездия... А для чего же ученые тратят свое драгоценное время, изучая космос? Об этом мы попросили поразмышлять планетарного геолога, космоблогера и научного популяризатора Алису Зарипову – ее мы, кстати, нашли на фестивале «Тушите Свет!» в наукограде Черноголовка, который в перспективе будет проходить ежегодно.

«Если говорить о фундаментальном значении космоса, то это вопросы о том, кто мы есть, откуда пришли и куда идем, если говорить о прикладном применении, то очень многие современные устройства, которыми мы пользуемся в быту созданы благодаря тому, что человек испытывает свои силы, ум и технологии для выхода за пределы нашей атмосферы: миниатюризация компьютеров, мобильные телефоны и многое другое.

Опять же, если говорить о простом и очень прикладном значении, то мы сильно зависимы, во-первых, от нашей Звезды, и ее «настроения» — только посмотрите, как гипертоники по всей Земле отслеживают вспышки на Солнце — в целом, это существенно влияет на нашу жизнь, наше функционирование, помимо впечатляющих побочных эффектов в виде Северного Сияния. Во-вторых, мы зависимы от нашего естественного спутника Луны, контролирующую приливную систему нашей планеты.

Человечество только начинает свой путь в исследовании космического пространства, и многое все еще остается неизвестным. Развитие человечества в космосе = прогресс на Земле, все, что используется и разрабатывается для работы в космосе, так или иначе применяется людьми на Земле, поэтому космос — это наивысшая и передовая точка развития нашего вида.

Важно: я не говорю о спутниках, без которых мы вообще современную жизнь не представляем, а ведь на высотах от 200 км до 30 тыс км летают космические аппараты, которые помогают нам делать точные метеорологические прогнозы (спутники дистанционного зондирования земли), помогают нам перемещаться по территории (спутники навигационные), помогают нам связываться друг с другом быстрее и быстрее доносить информацию (спутники связи и телекоммуникации)».