Астрономические приборы

Выходной  зрачок

Изображение, которое строит для глаза окуляр, может в общем  случае быть как больше глазного зрачка, так и меньше. Если изображение  больше, то часть света в глаз не попадет, тем самым, телескоп будет  использоваться не на все 100%. Это изображение  называют выходным зрачком и рассчитывают по формуле: p=D:W, где p – выходной зрачок, D – диаметр объектива, а W – увеличение телескопа с данным окуляром. Если принять размер глазного зрачка равным 5 мм, то легко рассчитать минимальное  увеличение, которое разумно использовать с данным объективом телескопа. Получим этот предел для объектива в 15 см: 30 крат.

Разрешение  телескопов

В виду того что, свет - это волна, а волнам свойственно не только преломление, но и дифракция, никакой даже самый совершенный телескоп не дает изображение точечной звезды в виде точки. Идеальное изображение звезды выглядит в виде диска с несколькими концентрическими (с общим центром) кольцами, которые называют дифракционными. Размером дифракционного диска и ограничивается разрешение телескопа. Все, что закрывает собою этот диск, в данный телескоп никак не увидишь. Угловой размер дифракционного диска в секундах дуги для данного телескопа определяется из простого соотношения: r=14/D, где диаметр D объектива измеряется в сантиметрах. Упомянутый чуть выше пятнадцатисантиметровый телескоп имеет предельное разрешение чуть меньше секунды. Из формулы следует, что разрешение телескопа всецело зависит от диаметра его объектива. Вот еще одна причина строительства как можно более грандиозных телескопов.

Относительное отверстие

Отношение диаметра объектива  к его фокусному расстоянию называется относительным отверстием. Этот параметр определяет светосилу телескопа, т. е., грубо говоря, его способность  отображать объекты яркими. Объективы с относительным отверстием 1:2 - 1:6 называют светосильными. Их используют для фотографирования слабых по яркости объектов, таких, как туманности.

 

Звёздный  интерферометр

Звёздный интерферометр - астрономический оптический инструмент для измерения чрезвычайно малых углов расстояний (десятые и сотые доли секунды дуги) с использованием явления интерференции света, например расстояний между компонентами тесных двойных звезд и угловых диаметров ближайших звезд (Приложение №2). Применяется в основном для измерения угловых расстояний между компонентами тесных двойных звёзд (с близкими по блеску компонентами) и угловых диаметров звёзд. Различают простой и перископический звёздный интерферометр.

Первый - это обычный телескоп, на объектив которого падет непрозрачный экран с двумя одинаковыми по форме отверстиями, например параллельными щелями. В этом случае на изображении звезды наблюдаются интерференционные полосы, вид которых меняется при изменении расстояния между отверстиями в экране, а в случае двойных звёзд - и от взаимной ориентации линии, соединяющей компоненты двойной звезды и отверстий в экране. Простой Звёздный интерферометр позволяет примерно удвоить разрешающую способность телескопа.

  В периодическом звёздный интерферометр, предложенном А.А.Майкельсоном (США), перед объективом телескопа установлена оптическая система из двух пар плоских зеркал, позволяющая направить в объектив телескопа два более удалённых друг от друга световых луча от измеряемого источника. Эта система увеличивает разрешающую способность телескопа пропорционально расстоянию между крайними зеркалами. В 1920-1921 гг. с помощью перископических звёздный интерферометр были впервые измерены угловые диаметры нескольких звёзд. ¹

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Виды наблюдений

Астрономия - это наука о мире вне Земли и о некоторых свойствах самой Земли². Она является одной из физико-математических наук, которая, используя достижения математики, физики и техники изучает окружающую нас Вселенную, частью которой является наша планета Земля, и множество других космических тел. 

Каким же образом астрономы  получают информацию об изучаемых объектах? Безусловно, основными источниками  информации здесь являются наблюдения. Это обусловлено колоссальной удалённостью космических объектов (к примеру, расстояние до ближайшей звезды - Проксима Центавра составляет около 4,3 светового года),  а также громадной длительностью изучаемых процессов развития космических тел и их систем (миллионы или даже миллиарды лет) по сравнению с длительностью жизни человека.

Поэтому за исключением ряда случаев (например, исследование лунного  грунта, который был доставлен межпланетными станциями с поверхности Луны) непосредственно воздействовать на космические тела с целью их изучения мы пока не можем.

Основными методами исследования в астрономии являются:

1. Визуальный метод - наблюдения небесных объектов и явлений невооружённым глазом и в телескоп. Приёмником информации является глаз человека. Сюда также можно отнести и позиционные наблюдения, например, определение координат светил. 
2. Фотографический метод, в котором приёмником излучения является фотографическая пластинка. Применяя длительные экспозиции при фотографировании можно изучать светила, которые в миллионы раз слабее, чем видимые невооружённым глазом.
3. Спектральный метод основан на разложении в спектр света, излучаемого раскалёнными парами и газами с помощью стеклянной призмы и дифракционной решетки. Этот метод используется при изучении химического состава атмосфер небесных тел, а также даёт сведения о температурах Солнца и звёзд, лучевых скоростях, магнитных полях и вращениях звезд.
4. Радионаблюдения получили широкое распространение во второй половине XX века и связаны с успешным развитием новой отрасли астрономии - радиоастрономии.
5. Наблюдения в инфракрасном, ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма - диапазоне значительно пополнили сведения о небесных телах, полученные  в оптическом и радиодиапазонах. 
6. Исследования тел Солнечной системы с помощью космических летательных аппаратов (КЛА)
7. Внеатмосферные наблюдения с помощью орбитальных космических телескопов (например, телескоп имени Хаббла)

Таким образом, наблюдения являются главным источником информации в  астрономии. С развитием наблюдательной техники качество проводимых наблюдений всё время возрастало: от простейшего  созерцания вида звездного неба первобытными людьми до составления точных каталогов Тихо и Гиппарх, в которых ошибка экваториальных координат составила несколько десятысячных секунды дуги.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Основные открытия, сделанные с помощью телескопов

Галилео Галилея нередко  называют изобретателем телескопа. Это не так: изобрёл телескоп голландец  И.Липпершей, но тот факт, что великий итальянский учёный усовершенствовал «голландскую трубу», добившись 32-кратного увеличения, и совершил с её помощью немало открытий, в которые долго не верили современники, сомнений не вызывает.

Одно из таких открытий состоялось в 1610 году. Наведя телескоп на ночное небо, астроном увидел возле  Юпитера три светящихся точки, которые  сначала принял за неподвижные звёзды. Но на следующую ночь их положение  изменилось… и на следующую –  тоже. Галилей продолжает наблюдения. Выясняется, что «звёздочки» двигаются! И не просто двигаются, а вращаются  вокруг Юпитера – иными словами, перед нами маленькое подобие  солнечной системы… серьёзный аргумент в пользу теории Н.Коперника, вызывавшей тогда столько споров!

Дальнейшие наблюдения показали, что спутников Юпитера не три, а четыре… четыре сына было у герцога Фердинанда Медичи - покровителя Г.Галилея, умершего в 1609 г., и учёный назвал открытые им объекты «медичийскими звёздами». Позднее утвердилось иное - пожалуй, более справедливое - название: Галилеевы спутники. И общее у них не только то, что их открыл Галилей - и даже не только то, что они самые крупные из 63 спутников Юпитера: они синхронно вращаются, а к Юпитеру все четыре обращены всегда одной стороной, поскольку скорость их вращения вокруг своей оси равна скорости обращения вокруг планеты…

Также уже с помощью первых примитивных телескопов Галилею удалось сделать большое количество открытий (увидеть поверхность Луны, пятна на Солнце).

Одним из известных телескопов, с помощью которого сделано немало открытий, является телескоп Хаббла - это  тяжелый спутник (массой около 11 тонн, приборы, установленные на нем, увеличивают его массу до 12,5 тонн), стабилизированный по трем осям с помощью гироскопов (Приложение №2). Точность ориентации достигает 0,007 угловых секунд.

Несмотря на почтенный  для спутника возраст - телескоп Хаббла  - современный инструмент, регулярно (вплоть до последнего времени) обновлявшийся. Эту сложнейшую задачу удалось решить благодаря модульной конструкции  и обслуживанию телескопа непосредственно  на орбите. Более полутора десятков лет телескоп Хаббла ежедневно передает на Землю от 10 до 15 Гб научной информации. За это время телескоп пролетел более 2600 млрд. миль - это сравнимо с расстоянием  от Земли до Урана. Общее время  ремонтных работ на орбите составило  около 100 часов.

Благодаря космическому телескопу  мы расширили наши представления, пересмотрели предварительные теории и построили новые, более подробно объясняющие астрономические явления. С помощью «Хаббла» был совершен ряд важнейших открытий в астрономии. За последние годы, вместе с другими обсерваториями, «Хаббл» обнаружил три новых спутника Плутона, обширную галактику в очень молодой вселенной, а также спутник с массой планеты у коричневого карлика, весящего ненамного больше самой планеты. Нам удалось уточнить характеристики Вселенной, которые прежде существовали лишь в нашем воображении. Можно сказать, что практически каждый объект на снимках космического телескопа представал перед учеными в новом свете.

Для обработки поступающих  с телескопа Хаббла данных создан специальный институт – Space Telescope Science Institute в г. Балтимор, штат Мариленд. Вот только некоторые из этих открытий:

• Зафиксированы сезонные изменения на Нептуне;
• Удалось разглядеть поверхность спутника Сатурна;
• Удалось определить массу планеты в удаленной звездной системе;
• Определен возраст нашей галактики;
• Определен размер планеты Кваоар (Куаоар) – самого крупного небесного тела Солнечной системы, открытого после Плутона;
• Высококачественные снимки Урана и Нептуна позволили американским ученым впервые установить, что цвета атмосфер этих планет существенно отличаются друг от друга - несмотря на то, что при наблюдении в обычный телескоп они предстают одинаково окрашенными;
• Открыты сверхмассивные черные дыры в центрах галактик.

 

Заключение

Современная астрономия дала доказательства того, что уже около 10 млрд. лет тому назад доступная  для астрономических наблюдений Вселенная существовала в виде гигантской системы галактик. Масштабы во времени выросли в 13 млн. раз.

 Но главное, конечно, не в цифровом росте пространственных и временных масштабов, хотя и от них захватывает дыхание. Главное в том, что человек, наконец, вышел на широкий путь понимания действительных законов мироздания.

 Итак, в итоге проведенной  работы можно сделать вывод:  что благодаря телескопам и  другим инструментам астрономической  техники человек за три с  половиной века проник в такие  космические дали, куда свет - самое быстрое, что есть в этом мире - может добраться лишь за миллиарды лет. Это означает, что радиус изучаемой человечеством Вселенной растет со скоростью, в огромное число раз превосходящей скорость света.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Список литературы

1. Мартынов Д. Я., Курс практической астрофизики, 2 изд., М., 1997г.
2. А.М. Романов «Занимательные вопросы по астрономии и не только», Сборник занимательных вопросов по астрономии, Изд. М., «МЦНМО», 2005г.
3. Б.И. Фесенко, А.А. Кирсанов «Космос и Земля», Псков 2000
4. В.П. Цесевич «Переменные звёзды и их наблюдения», Изд. М., «Наука», 1980г.
5. В. Сурдин «Астрономия любительская»//Энциклопедия «Кругосвет»
6. Д. Денисенко «Покрытия звезд астероидами. Вопросы и ответы»
7. В. Д. Григоренко  «Памятка наблюдателю переменных звёзд»
8. И.И. Моисеев, П.И. Митрофанов «Видимость небесных светил в

светлое время суток»//В  помощь учителю физики и студенту

(выпуск 9), Псков 2003г.

9. Материалы сайта AAVSO http://www.AAVSO.org
10. Сайт Астрогалактика  http://www.astrogalaxy.ru

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение №1

Линзовый телескоп	Зеркальный телескоп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение №2

	Схема перископического звёздного интерферометра: S1, S2, S3, S4 — плоские зеркала.
	Телескоп Хаббла

 

 

 

¹ Мартынов Д. Я., Курс практической астрофизики, 2 изд., М., 1967.

² Б.И. Фесенко, А.А. Кирсанов «Космос и Земля», Псков 2000