Что такое катадиоптрический телескоп
Катадиоптрический телескоп
Зеркально-линзовый телескоп (катадиоптрический телескоп) — телескоп, изображение в котором строится сложным объективом, содержащим как зеркала, так и линзы. Коррекционные линзы сравнительно небольшого диаметра могут использоваться в рефлекторах для увеличения полезного поля зрения, но к зеркально-линзовым телескопам их не относят. Зеркально-линзовыми принято называть такие телескопы, в которых линзовые элементы сравнимы по размеру с главным зеркалом и предназначены для коррекции изображения (оно строится главным зеркалом).
Содержание
Основные оптические системы катадиоптрических телескопов
Согласно законам оптики, точность поверхности зеркала должна быть не хуже λ/8, где λ — длина волны (видимый свет — 550 нм). Таким образом, основная сложность изготовления зеркала состоит в необходимости очень точно соблюдать кривизну поверхности. Изготовить сферическое зеркало технологически гораздо проще, чем параболическое и гиперболическое, которые используются в телескопах-рефлекторах. Но сферическое зеркало само по себе обладает очень большими сферическими аберрациями и непригодно для использования. Описанные ниже системы телескопов — это попытки исправить аберрации сферического зеркала добавлением в оптическую систему стеклянной линзы особой кривизны (корректора).
Система Шмидта
В 1930 эстонский оптик, сотрудник Гамбургской обсерватории Барнхард Шмидт установил в центре кривизны сферического зеркала диафрагму, сразу устранив и кому и астигматизм. Для устранения сферической абберации он разместил в диафрагме линзу специальной формы, которая представляет собой поверхность 4-го порядка. В результате получилась фотографическая камера с единственной абберацией — кривизной поля и удивительными качествами: чем больше светосила камеры, тем лучше изображения, которые она дает, и больше поле зрения!
В 1946 Джеймс Бэкер установил в камере Шмидта выпуклое вторичное зеркало и получил плоское поле. Несколько позже эта система была видоизменена и стала одной из самых совершенных систем: Шмидта-Кассегрена, которая на поле диаметром 2 градуса дает дифракционное качество изображения. В качестве вторичного зеркала обычно используется алюминированная центральная часть обратной стороны корректора.
Телескоп Шмидта очень активно используется в астрометрии для создания обзоров неба. Основное его преимущество — очень большое поле зрения, до 6°. Фокальная поверхность является сферой, поэтому астрометристы обычно не исправляют кривизну поля, а вместо этого используют выгнутые фотопластинки.
Система Максутова
В 1941 Д. Д. Максутов нашёл, что сферическую аберрацию сферического зеркала можно компенсировать мениском большой кривизны. Найдя удачное расстояние между мениском и зеркалом, Максутов сумел избавиться от комы и астигматизма. Кривизну поля, как и в камере Шмидта, можно устранить, установив вблизи фокальной плоскости плоско-выпуклую линзу — так называемую линзу Пиацци-Смита.
Проалюминировав центральную часть мениска, Максутов получил менисковые аналоги телескопов Кассегрена и Грегори. Были предложены менисковые аналоги практически всех интересных для астрономов телескопов. В частности, в современной любительской астрономии часто применяются телескопы Максутова-Кассегрена, и, в меньшей степени, Максутова-Ньютона и Максутова- Грегори.
Основные преимущества и недостатки катадиоптрических телескопов
Катадиоптрические системы — это синтез зеркальных и линзовых систем. Они имеют много преимуществ, но также получили в наследство и некоторые недостатки.
Зеркально-линзовые системы создавались в поисках компромисса. Их применение ограничено. Малые размеры и фокус не позволяют применять их для астрофизических целей, но телескопы получили широкое распространение среди астрометристов.
См. также
Ссылки
Полезное
Смотреть что такое «Катадиоптрический телескоп» в других словарях:
Зеркально-линзовый телескоп — катадиоптрический телескоп, оптический инструмент, в котором изображение строится сложным объективом, содержащим как зеркала, так и линзы. Коррекционные линзы сравнительно небольшого диаметра используются во всех современных Рефлекторах… … Большая советская энциклопедия
Рефрактор (телескоп) — Инструменты Народной обсерватории в Белграде. На переднем плане рефрактор Zeiss 110/2000 Рефрактор оптический телескоп, в котором для собирания света используется система линз, называемая объективом. Работа таких телескопов обусловлена… … Википедия
Зеркально-линзовый телескоп — Шаблон:Merge to Зеркально линзовый телескоп (катадиоптрический телескоп) телескоп, изображение в котором строится сложным объективом, содержащим как зеркала, так и линзы. Коррекционные линзы сравнительно небольшого диаметра могут… … Википедия
Гиппарх (телескоп) — Космический телескоп «Hipparcos» (рисунок) Hipparcos (акроним от High Precision Parallax Collecting Satellite искусственный спутник для сбора высокоточных параллаксов, созвучно с именем древнегреческого астронома Гиппарха, составителя первого в … Википедия
Обсерватория Taurus-1 — Обсерватория Taurus 1 … Википедия
Рефрактор — Инструменты Народной обсерватории в Белграде. На переднем плане рефрактор Zeiss 110/2000 Рефрактор опт … Википедия
Максутов — Кассегрен — Зеркально линзовый телескоп (катадиоптрический телескоп) телескоп, изображение в котором строится сложным объективом, содержащим как зеркала, так и линзы. Коррекционные линзы сравнительно небольшого диаметра могут использоваться в рефлекторах… … Википедия
Шмидт — Кассегрен — Зеркально линзовый телескоп (катадиоптрический телескоп) телескоп, изображение в котором строится сложным объективом, содержащим как зеркала, так и линзы. Коррекционные линзы сравнительно небольшого диаметра могут использоваться в рефлекторах… … Википедия
Зеркально-линзовый телескоп
Зеркально-линзовый телескоп (катадиоптрический телескоп) — телескоп, изображение в котором строится сложным объективом, содержащим как зеркала, так и линзы. Коррекционные линзы сравнительно небольшого диаметра могут использоваться в рефлекторах для увеличения полезного поля зрения, но к зеркально-линзовым телескопам их не относят. Зеркально-линзовыми принято называть такие телескопы, в которых линзовые элементы сравнимы по размеру с главным зеркалом и предназначены для коррекции изображения (оно строится главным зеркалом).
Содержание
Основные оптические системы катадиоптрических телескопов
Первые системы катадиоптрических телескопов
К первым типам катадиоптрических телескопов можно отнести системы, состоящие из однолинзового объектива и зеркала Манжена. Первый телескоп такого типа был запатентован W. F. Hamilton в 1814. В конце 19-го века немецкий оптик Людвиг Шупманн (Ludwig Schupmann) расположил катадиоптрическое зеркало за фокусом линзового объектива и добавил в систему третий элемент — линзовый корректор. Данные телескопы, однако, не получили распространения, будучи оттеснены ахроматическими рефракторами и рефлекторами. Любопытно отметить, что в конце 20-го века некоторые оптики снова проявили интерес к данным схемам: так, в 1999 г. британский любитель астрономии и телескопостроения Джон Уолл запатентовал оптическую схему телескопа «Zerochromat». [2]
Система Шмидта
В 1930 эстонско-шведский оптик, сотрудник Гамбургской обсерватории Бернхард Шмидт установил в центре кривизны сферического зеркала диафрагму, сразу устранив и кому и астигматизм. Для устранения сферической аберрации он разместил в диафрагме линзу специальной формы, которая представляет собой поверхность 4-го порядка. В результате получилась фотографическая камера с единственной аберрацией — кривизной поля и удивительными качествами: чем больше светосила камеры, тем лучше изображения, которые она даёт, и больше поле зрения.
В 1946 Джеймс Бэкер установил в камере Шмидта выпуклое вторичное зеркало и получил плоское поле. Несколько позже эта система была видоизменена и стала одной из самых совершенных систем: Шмидта — Кассегрена, которая на поле диаметром 2 градуса даёт дифракционное качество изображения. В качестве вторичного зеркала обычно используется алюминированная центральная часть обратной стороны корректора. Существует также система Шмидта-Ньютона.
Телескоп Шмидта очень активно используется в астрометрии для создания обзоров неба. Основное его преимущество — очень большое поле зрения, до 6°. Фокальная поверхность является сферой, поэтому астрометристы обычно не исправляют кривизну поля, а вместо этого используют выгнутые фотопластинки.
Система Максутова
В 1941 Д. Д. Максутов нашёл, что сферическую аберрацию сферического зеркала можно компенсировать мениском большой кривизны. Найдя удачное расстояние между мениском и зеркалом, Максутов сумел избавиться от комы и астигматизма. Кривизну поля, как и в камере Шмидта, можно устранить, установив вблизи фокальной плоскости плоско-выпуклую линзу — так называемую линзу Пиацци-Смита.
Проалюминировав центральную часть мениска, Максутов получил менисковые аналоги телескопов Кассегрена и Грегори. Были предложены менисковые аналоги практически всех интересных для астрономов телескопов. В частности, в современной любительской астрономии часто применяются телескопы Максутова — Кассегрена, и, в меньшей степени, Максутова — Ньютона и Максутова — Грегори.
Следует отметить, что существует два основных типа телескопов Максутова-Кассегрена, различие между которыми состоит в типе вторичного зеркала. В одном случае вторичное зеркало, как было указано выше, является алюминированным кружком на внутренней поверхности мениска. Это упрощает и удешевляет конструкцию. Однако, так как радиусы кривизны внешней и внутренней поверхности мениска одинаковы, для устранения сферической аберрации до приемлемых величин приходится увеличивать фокальное отношение системы. Так, абсолютное большинство коммерчески выпускающихся небольших телескопов любительского класса являются длиннофокусными- имеют фокальное отношение порядка 1/12-1/15.
Телескопы этого типа (в англоязычных источниках) обозначаются как Gregory- Maksutov или Spot- Maksutov, поскольку патент на такую схему (и тип вторичного зеркала) был выдан американскому оптику и инженеру Джону Грегори (John F. Gregory, годы жизни 1927—2009). Первым коммерческим любительским телескопом такого типа был Questar, выпущенный в 1954 г.
Для создания более светосильных систем и телескопов высокого класса применяют отдельное вторичное зеркало, крепящееся к мениску. Наличие отдельного зеркала позволяет придать ему необходимую геометрическую форму, не изменяя при этом конструкцию мениска. В англоязычных источниках данный вариант телескопа Максутова обозначатеся Maksutov — Sigler или Maksutov — Rutten.
Основные преимущества и недостатки катадиоптрических телескопов
Катадиоптрические системы — это синтез зеркальных и линзовых систем. Они имеют много преимуществ, но также получили в наследство и некоторые недостатки.
Зеркально-линзовые системы создавались в поисках компромисса. Их применение ограничено. Малые размеры и фокус не позволяют применять их для астрофизических целей, но телескопы получили широкое распространение среди астрометристов.
Телескопы катадиоптрические
Это линзово-зеркальные телескопы, в которых значительно снижены разные виды искажений за счёт использования корректирующих линз вместе с зеркалами.
Труба закрыта, вдобавок она короче, чем у рефракторов и рефлекторов.
Фокус может быть длинный, поскольку свет отражается внутри трубы несколько раз (на фотографии слева в центре объектива видно вторичное зеркало).
Стоят не так дёшево, но обеспечивают качественное изображение.
Приведённый здесь Celestron Advanced C6-SGT XL стоит конечно недёшево, но он того стоит: апертура 150мм, экваториальная монтировка с компютерным наведением, небольшие размеры.
В закрытых трубах Шмидт-Кассегрена и Максутов-Кассегрена вторичные зеркала крепятся на мениск и коррекционную пластину. А в остальных схемах, которые открытые, вторичные зеркала вынуждены крепиться на растяжках, которые вносят небольшие дифракционные искажения («четыре луча» на снимках звёзд).
Система Ричи-Кретьена (Р-К). Оба зеркала гиперболические. Сферических искажений нет, но изображение страдает заметной комой. Труба открыта.
Система Максутова-Кассегрена (М-К) несёт массивный ахроматический мениск. Зеркала сферические. Есть некоторые виды искажений, но все они небольшие. Вторичное зеркало может делаеться в виде зеркального напыления на внутренней поверхности мениска.
Система Шмидта-Кассегрена (Ш-К). Зеркала сферические. Перед ними установлена асферическая планоидная коррекционная пластинка, изобретённая Шмидтом для устранения сферических искажений. Кома не исправлена.
8 различных типов телескопов
Самый ранний известный телескоп в истории появился еще в начале 1600 года в Нидерландах и предположительно был изобретен голландским производителем очков Иоанном Липперсгеем. Однако название «телескоп» не существовало до 1611 года и было придумано греческим математиком Иоаннис Димисианос.
К 1610 году итальянский эрудит Галилео Галилей уже разработал свою собственную улучшенную версию телескопа, с помощью которой он позже обнаружил четыре галилеевых спутника. Затем, примерно в конце 1660-х годов, Иссак Ньютон сконструировал первый в истории телескоп-рефлектор, который теперь известен как ньютоновский рефлектор.
В течение следующих трехсот лет или около того телескопы будут работать только на видимом спектре света, ограничивая, таким образом, объем доступной информации. Такие телескопы обычно называют оптическими. Только в середине 1900-х годов были разработаны телескопы, способные работать в различных длинах электромагнитных спектров волн.
Не все телескопы расположены на земной поверхности. Да, это так. Ряд усовершенствованных телескопов находятся на орбите вокруг Земли в космосе. Эти космические телескопы собирают свет с длинами волн, которые частично или полностью блокированы земной атмосферой.
Наземные телескопы
1. Оптические телескопы
Оптические телескопы собирают свет видимой длины волны (видимой невооруженным глазом) электромагнитного спектра. Это самые старые и наиболее часто используемые телескопы в мире. Пожалуй, самой важной особенностью оптического телескопа является его светосила, которая намного выше, чем у человеческого глаза.
Оптические телескопы можно разделить на три большие категории; рефракторные, рефлекторные и катадиоптрические оптические конструкции. Каждый из них имеет свои плюсы и минусы и имеет различное применение в астрономии.
Рефракционные телескопы
Несмотря на то, что сегодня в мире существует всего несколько преломляющих телескопов исследовательского класса, когда-то они пользовались широкой популярностью. С развитием технологии изготовления линз в конце 19 века преломляющие телескопы стали золотым стандартом в астрономических наблюдениях.
Отражающий телескоп
Отражающий телескоп или отражатель формирует изображение с помощью одного зеркала или, в некоторых случаях, группы зеркал. Первый в мире функциональный телескоп-отражатель был разработан Исааком Ньютоном в 1668 году как альтернатива «некорректному» преломлению.
Несмотря на то, что они до сих пор не могут дать «идеальное» изображение, рефлекторы используются почти во всех других исследовательских телескопах из-за их физических достоинств.
Катадиоптрические телескопы
2. Радиотелескопы
Большая миллиметровая матрица Atacama
Радиотелескопы анализируют астрономические объекты на радиочастотах. Другими словами, они обнаруживают сигналы на длинах радиоволн от удаленных астрономических объектов. Пожалуй, наиболее важным компонентом радиотелескопа является его антенна (тарелка), также известная как параболическая антенна.
Поскольку радиосигналы, которые мы получаем от большинства астрономических тел, слабые, радиотелескопам требуются большие антенны, чтобы собрать достаточно данных, чтобы астрономы могли проводить свои исследования. В некоторых случаях несколько радиотелескопов связаны друг с другом электронным способом, что значительно увеличивает область их поиска (радиоинтерферометрия).
Поскольку большинство радиочастот способно проникать в атмосферу Земли, в космических радиотелескопах нет необходимости. Однако потенциально они могут помочь наземным.
Некоторые из диапазонов частот, которые в настоящее время используются радиотелескопами: Радиолиния нейтрального водорода, 23 ГГц, 33 ГГц, 41 ГГц, 61 ГГц, 94 ГГц, 1406 МГц и 430 МГц.
Коммерческое использование этих частот запрещено во многих странах для выполнения радиоастрономических задач.
Радиоинтерферометрия
В радиоинтерферометрии радиосигналы, захваченные несколькими антеннами на большой площади, объединяются вместе, чтобы максимизировать общее разрешение. Эта техника была представлена еще в 1946 году.
3. Солнечные телескопы
Солнечные телескопы, ранее известные как фотогелиографы, специально разработаны для наблюдения за солнцем в ближнем инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах волн. В отличие от большинства других типов, солнечные телескопы могут работать только в дневное время и обычно располагаются на вершине высокой белой конструкции.
Солнечный телескоп МакМата-Пирса, расположенный в Аризоне (США), является крупнейшим телескопом такого типа. Голландский открытый телескоп и солнечный телескоп Даниэля К. Иноуэ являются хорошими примерами солнечных телескопов.
Космические телескопы
Космический телескоп Хаббла | Изображение предоставлено НАСА.
Все началось еще в начале 1920-х годов, когда физики Герман Оберт, Константин Циолковский и Роберт Годдард, три отца-основателя астронавтики, размышляли над идеей космического телескопа, который можно было бы отправить на орбиту Земли с помощью ракеты. Это было началом эры нового класса телескопов.
Затем в 1946 году астрофизик-теоретик Лайман Спитцер из Принстонского университета рассказал о преимуществах такого прибора и о том, как космический телескоп может полностью исключить из телескопических наблюдений атмосферную турбулентность Земли.
В отличие от наземных телескопов, космические телескопы предлагают более точные наблюдения, поскольку они свободны от какой-либо атмосферной турбулентности и радиационных искажений. Ниже представлены различные типы космических телескопов.
4. Инфракрасные телескопы
Художественная концепция космического телескопа «Спитцер» | Изображение предоставлено НАСА
Инфракрасная астрономия является важной отраслью современной астрофизики. Поскольку большая часть инфракрасного излучения блокируется атмосферой Земли (относительно небольшая длина волны может пробиться сквозь нее), многие инфракрасные телескопы находятся в космосе.
Инфракрасные телескопы способны обнаруживать удаленные астрономические объекты в пыльных районах космоса. Они также играют важнейшую роль в изучении раннего состояния Вселенной. Однако, в отличие от большинства других длин волн, наблюдение на инфракрасной частоте несколько затруднено, поскольку каждое горячее тело испускает инфракрасное излучение.
5. Ультрафиолетовые телескопы
Атмосфера нашей Земли блокирует попадание на Землю большей части вредной радиации. Сюда входят ультрафиолетовые лучи. По этой причине излучение в ультрафиолетовом диапазоне можно наблюдать только из космоса.
Ультрафиолетовая астрономия позволяет исследователям более внимательно изучать далекие звезды и галактики. Большинство звезд излучают излучение в ближнем инфракрасном или видимом диапазоне длин волн, поэтому в ультрафиолетовом свете они кажутся незначительными. Видны будут только те звезды, которые находятся либо на ранней, либо на поздней стадии эволюции и намного горячее. Фактически, каждый горячий астрономический объект излучает ультрафиолетовое излучение.
Известные ультрафиолетовые космические телескопы
Первым космическим телескопом, способным наблюдать УФ-спектр, была камера/спектрограф в дальнем ультрафиолете, которая была развернута на поверхности Луны миссией Аполлон-16 в 1972 году.
Спектроскопический исследователь дальнего УФ-диапазона НАСА или FUSE и Swift Gamma-Ray Burst Emission являются двумя наиболее яркими примерами ультрафиолетовых телескопов.
Изображение Крабовидной туманности на нескольких длинах волн | Изображение предоставлено НАСА.
6. Рентгеновские телескопы
Рентгеновские телескопы предназначены для изучения очень далеких объектов в рентгеновских частотах. Подобно ультрафиолетовым волнам, частоты рентгеновского излучения блокируются земной атмосферой, поэтому их можно изучать только с помощью космических телескопов.
Основным компонентом рентгеновского телескопа являются зеркала (фокусирующие или коллимирующие), которые собирают излучение и проецируют его на специализированные детекторы. Рентгеновские телескопы с фокусирующими зеркалами нуждаются в длинном фокусе, т.е. зеркала должны располагаться на расстоянии нескольких метров от детекторов.
Известные космические рентгеновские телескопы
С 1960-х годов в космос было выведено почти пятьдесят рентгеновских телескопов. Первый известный рентгеновский спутник UHURU (Ухуру) провел обширные исследования Лебедь X-1 (источник рентгеновского излучения в созвездии Лебедя) и других известных рентгеновских источников. Рентгеновская обсерватория НАСА Чандра, запущенная в 1999 году, стала прорывом в области рентгеновской астрономии.
Чандра в 100 раз более чувствительна к слабым рентгеновским лучам, чем любой другой телескоп до ее запуска. Это стало возможным только благодаря более высокому угловому разрешению ее зеркал. Другими примечательными рентгеновскими обсерваториями являются NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) и японский спутник Hitomi.
7. Микроволновые телескопы
Подобно рентгеновским лучам и ультрафиолетовому излучению, атмосфера Земли поглощает большую часть излучения на длине микроволновой волны, поэтому астрономам приходится полагаться на космические микроволновые обсерватории и телескопы для изучения космических микроволн.
Телескопы, установленные на WMAP NASA (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) и спутнике Planck ЕКА, возможно, единственные два действующих в настоящее время микроволновых телескопа космического базирования. Единственным известным космическим микроволновым телескопом был космический исследователь Cosmic background Explorer или COBE, который отключился в 1993 году.
8. Гамма-телескопы.
Однако их гораздо труднее наблюдать, чем рентгеновские волны. Фактически, на сегодняшний день не существует специализированного гамма-телескопа. Вместо этого астрономы используют вторичные средства для обнаружения потока гамма-лучей в небе, то есть черенковское излучение.
Хотя земная атмосфера действует как барьер для гамма-лучей, во многих случаях их можно наблюдать из нескольких наземных обсерваторий, включая HESS, HAWC и VERITAS.
Известные гамма-телескопы
В настоящее время существует только пять действующих космических телескопов, которые наблюдают за частотой гамма-излучения. Орбитальная обсерватория НАСА Swift, запущенная в 2004 году, обнаруживает загадочные гамма-всплески со всей Вселенной. Еще одна обсерватория NASA, Ферми, специально разработана для наблюдения высокоэнергетических вспышек пульсаров и черных дыр.
В то время как большинство космических спутников наблюдают или слушают только определенную длину волны, существует несколько многоволновых телескопов, которые могут собирать информацию из более чем одного участка электромагнитного спектра одновременно. Космический телескоп Хаббла является прекрасным примером таких телескопов. Он может наблюдать в ближнем инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах.