Слово «телескоп»
является производным от двух греческих слов, в переводе на русский язык означающих «далекий»
и «наблюдать»
.
Телескопом называют специальный оптический прибор, позволяющий приближать очень удаленные предметы, делать их отчетливо видимыми человеческому глазу. Для того чтобы такое увеличение было возможно, используют мощные линзы.
Кто придумал телескоп?
Считается, что первым использовать линзы для приближения удаленных предметов догадался ученый Галилео Галилей. В 1610-м году он сконструировал телескоп, через который разглядел кратеры на Луне, спутники Юпитера и прочие интересные детали, расположенные на космическом расстоянии. Но вместе с тем, при раскопках Трои археологи нашли хрустальные линзы, и это значит – не исключено, что умением приближать предметы люди обладали и раньше.
Обычно телескопы устанавливают – специальных сооружениях, предназначенных для наблюдений за различными явлениями природы. Обсерватории, имеющие вращающийся купол и расположенные в основном на возвышенностях, оснащают целыми комплексами телескопов.
Телескопы и инновации
Чем дальше шло развитие астрономии и прочих наук, тем совершеннее становились телескопы. Объекты стало возможно изучать в электромагнитном спектре, при помощи сложных систем детекторов и датчиков. Такое оборудование работает в различных диапазонах волн.
Сегодня есть телескопы, работающие в рентген-диапазоне и радио-диапазоне. Все эти телескопы кардинально отличаются друг от друга, но при этом имеют одну общую функцию: они дают человеку возможность детально изучать объекты, расположенные на очень далеком расстоянии.
Современные телескопы (точнее, радиотелескопы) – это мощное оборудование, которое анализирует и накапливает электромагнитное излучение удаленного объекта и направляет его в фокус. А уже там образуется увеличенное изображение объекта или формируется усиленный сигнал, позволяющий детально рассмотреть изучаемый объект. Космос также можно исследовать при помощи космических тепловизоров, которые передают изображение поверхностей удаленных объектов в инфракрасном диапазоне.
Наверное, самый знаменитый телескоп на планете – космический телескоп «Хаббл». Это инновационное оборудование расположено на орбите Земли и представляет собой скорее космическую обсерваторию. Телескоп был назван в честь астронома из США Эдвина Хаббла. Запустили «Хаббл» на орбиту в 1990-м году.
В течение последующих пятнадцати лет орбитальный телескоп получил более миллиона изображений двадцати двух тысяч космических тел, в том числе галактик, планет, звезд и туманностей. Уникальный телескоп делал снимки и передавал их на Землю.
Типы телескопов
Оптические телескопы могут работать с разными типами фокусирующего элемента. Соответственно, их делят на рефракторы (линза) и рефлекторы (зеркало).
Телескоп-рефрактор имеет объектив на передней стороне трубы, в задней части – окуляр. Объектив такого телескопа – это обычно составная линза из нескольких элементов с большим фокусным расстоянием. Самый большой в мире рефрактор имеет линзу диаметром 101 см.
В рефлекторе вместо объектива предусмотрено вогнутое зеркало, которое расположено в задней части трубы. Рефлекторными являются все большие астрономические телескопы. Рефлекторами пользуются и любители – это оборудование обходится не так дорого, как рефрактор, и собрать его можно своими силами.
В таком телескопе свет собирается в точке перед первичным зеркалом (первичным фокусом), а затем посредством вторичного зеркала направляется к более удобному для работы месту. Различают несколько общепринятых систем фокусировки: ньютоновский фокус, кассегреновский фокус, фокус Куде, фокус Несмита.
В больших телескопах наблюдатель может работать в первичном фокусе в специальной кабине, установленной в главной трубе. Многоцелевые профессиональные телескопы конструируют таким образом, чтобы наблюдатель мог выбирать фокус. Ньютоновский фокус используется только в любительских оптических телескопах.
Первичные зеркала в рефлекторах обычно изготавливают из стекла или керамики, которая не реагирует на перепады температуры. Поверхность зеркала обрабатывают до получения сферической или параболической формы.
Для получения отражательных свойств на поверхность наносится тонкий слой алюминия. По-латыни «зеркальный» звучит как «speculum», поэтому для обозначения отражательного телескопа до сих пор иногда используют сокращение «spec».
> Виды телескопов
Все оптические телескопы группируются по виду светособирающего элемента на зеркальные, линзовые и комбинированные. Каждый тип телескопов имеет свои достоинства и недостатки, поэтому, выбирая оптику, нужно принимать во внимание следующие факторы: условия и цели наблюдения, требования к весу и мобильности, цене, уровню аберрации. Охарактеризуем наиболее популярные виды телескопов.
Рефракторы (линзовые телескопы)
Рефракторы – это первые телескопы, изобретенные человеком. В таком телескопе за сбор света отвечает двояковыпуклая линза, которая выступает в роли объектива. Ее действие строится на основном свойстве выпуклых линз – преломлении световых лучей и их сборе в фокусе. Отсюда и название - рефракторы (от латинского refract - преломлять).
Был создан в 1609 году. В нем были использованы две линзы, с помощью которых собиралось максимальное количество звездного света. Первая линза, которая выступала в роли объектива, была выпуклой и служила для сбора и фокусировки света на определенном расстоянии. Вторая линза, играющая роль окуляра, была вогнутой и использовалась для превращения сходящего светового пучка в параллельный. С помощью системы Галилея можно получить прямое, неперевернутое изображение, качество которого сильно страдает от хроматической аберрации. Эффект хроматической аберрации можно увидеть в виде ложного прокрашивания деталей и границ объекта.
Рефрактор Кеплера – более совершенная система, которая была создана в 1611 году. Здесь в роли окуляра использовалась выпуклая линза, в которой передний фокус был совмещен с задним фокусом линзы-объектива. От этого итоговое изображение было перевернутым, что не принципиально для астрономических исследований. Главное преимущество новой системы – возможность установки измерительной сетки внутри трубы в точке фокуса.
Для данной схемы также была характерна хроматическая аберрация, впрочем эффект от нее можно было нивелировать, увеличив фокусное расстояние. Именно поэтому телескопы того времени имели огромное фокусное расстояние с трубой соответствующего размера, что вызывало серьезные трудности при проведении астрономических исследований.
В начале XVIII века появился , который популярен и в сегодняшние дни. Объектив данного прибора сделан из двух линз, изготовленных их различных сортов стекла. Одна линза – собирающая, вторая – рассеивающая. Такая структура позволяет серьезно уменьшить хроматическую и сферическую аберрации. А корпус телескопа остается весьма компактным. Сегодня созданы рефракторы апохроматы, в которых влияние хроматической аберрации сведено к возможному минимуму.
Достоинства рефракторов:
- Простая конструкция, легкость в эксплуатации, надежность;
- Быстрая термостабилизация;
- Нетребовательность к профессиональному обслуживанию;
- Идеален для исследования планет, Луны, двойных звезд;
- Превосходная цветопередача в апохроматическом исполнении, хорошая – в ахроматическом;
- Система без центрального экранирования от диагонального или вторичного зеркала. Отсюда высокая контрастность изображения;
- Отсутствие воздушных потоков в трубе, защита оптики от грязи и пыли;
- Цельная конструкция объектива, не требующая регулировок со стороны астронома.
Недостатки рефракторов:
- Высокая цена;
- Большой вес и габариты;
- Небольшой практический диаметр апертуры;
- Ограниченность в исследовании тусклых и небольших объектов в далеком космосе.
Название зеркальных телескопов – рефлекторов происходит от латинского слова reflectio – отражать. Данный прибор представляет собой телескоп с объективом, в роли которого выступает вогнутое зеркало. Его задача – собирать звездный свет в единой точке. Поместив в данной точке окуляр, можно увидеть изображение.
Один из первых рефлекторов (телескоп Грегори ) был придуман в 1663 году. Данный телескоп с параболическим зеркалом был полностью избавлен от хроматических и сферических аберраций. Свет, собранный зеркалом, отражался от небольшого овального зеркала, который был закреплен перед главным, в котором было небольшое отверстие для вывода светового пучка.
Ньютон был полностью разочарован в телескопах-рефракторах, поэтому одной из главных его разработок стал телескоп-рефлектор, созданный на основе металлического главного зеркала. Он одинаково отражал свет с различными длинами волн, а сферическая форма зеркала делала прибор более доступным даже для самостоятельного изготовления.
В 1672 году ученый-астроном Лорен Кассегрен предложил схему телескопа, который внешне напоминал знаменитый рефлектор Грегори. Но усовершенствованная модель имела несколько серьезных отличий, главное из которых – выпуклое гиперболическое вторичное зеркало, которое позволило сделать телескоп более компактным и свело к минимуму центральное экранирование. Впрочем, традиционный рефлектор Кассегрена оказался нетехнологичным для массового изготовления. Зеркала со сложными поверхностями и неисправленная аберрация комы – основные причины такой непопулярности. Однако модификации данного телескопа используются сегодня по всему миру. К примеру, телескоп Ричи-Кретьена и масса оптических приборов на основе системы Шмидта-Кассегрена и Максутова-Кассегрена
.
Сегодня под названием «рефлектор» принято понимать ньютоновский телескоп. Основные его характеристики – это небольшая сферическая аберрация, отсутствие какого-либо хроматизма, а также неизопланатизм – проявление комы вблизи от оси, что связано с неравностью отдельных кольцевых зон апертуры. Из-за этого звезда в телескопе выглядит не как круг, а как некая проекция конуса. При этом, тупая округлая его часть повернута от центра в сторону, а острая – напротив, к центру. Для коррекции эффекта комы используются линзовые корректоры, которые следует фиксировать перед фотокамерой или окуляром.
«Ньютоны» зачастую выполняются на монтировке Добсона, которая отличается практичностью и компактными размерами. Это делает телескоп весьма портативным устройством, несмотря на размеры апертуры.
Достоинства рефлекторов:
- Мобильность и компактность;
- Высокая эффективность при наблюдении тусклых объектов в глубоком космосе: туманностей, галактик, звездных скоплений;
Доступная цена;
Максимально яркие и четкие изображения с минимальным искажением.
Хроматическая аберрация сведена к нулю.
Недостатки рефлекторов:
- Растяжка вторичного зеркала, центральное экранирование. Отсюда – низкая контрастность изображения;
- Термостабилизация большого стеклянного зеркала занимает много времени;
- Открытая труба без защиты от тепла и пыли. Отсюда – низкое качество изображения;
- Требуется регулярная коллимация и юстировка, которые могут утрачиваться во время использования или перевозки.
Для исправления аберрации и построения изображения катадиоптрические телескопы применяют как зеркала, так и линзы. Набольшим спросом сегодня пользуются два типа таких телескопов: на схеме Шмидт-Кассегрена и Максутов-Кассегрена.
Конструкция приборов Шмидта-Кассегрена (ШК) состоит из сферических главного и вторичного зеркал. При этом сферическая аберрация корректируется полноапертурной пластиной Шмидта, которая установлена на входе в трубу. Однако здесь сохраняются некоторые остаточные аберрации в виде комы и кривизны поля. Их исправление возможно при использовании линзовых корректоров, которые особенно актуальны в астрофотографии.
Основные достоинства приборов такого типа касаются минимального веса и короткой трубы при сохранении внушительного диаметра апертуры и фокусного расстояния. Вместе с тем, для данных моделей не характерны растяжки крепления вторичного зеркала, а особая конструкция трубы исключает проникновение внутрь воздуха и пыли.
Разработка системы Максутова-Кассегрена
(МК) принадлежит советскому инженеру-оптику Д. Максутову. Конструкция такого телескопа оснащена сферическими зеркалами, а за коррекцию аберраций отвечает полноапертурный линзовый корректор, в роли которой выступает выпукло-вогнутая линза – мениск. Именно поэтому такое оптическое оборудование часто называют менисковым рефлектором.
К достоинствам МК относится возможность корректировки практически любой аберрации с помощью подбора основных параметров. Единственное исключение – это сферическая аберрация высшего порядка. Всё это делает схему популярной среди производителей и любителей астрономии.
Действительно, при прочих равных условиях система МК дает более качественные и четкие изображения, чем схема ШК. Однако у более габаритных телескопах МК продолжительнее период термостабилизации, поскольку толстый мениск теряет температуру гораздо медленнее. Кроме того, МК более чувствительны к жесткости крепления корректора, поэтому конструкция телескопа обладает большим весом. С этим связана высокая популярность систем МК с малыми и средними апертурами и систем ШК со средними и большими апертурами.
Кроме того, разработаны катадиоптрические системы Максутова-Ньютона и Шмидта-Ньютона, конструкция которых создана специально для исправления аберраций. Они сохранили ньютоновские габариты, но вес их существенно возрос. Особенно это касается менисковых корректоров.
Достоинства
- Универсальность. Могут использоваться и для наземных, и для космических наблюдений;
- Повышенный уровень исправления аберрации;
- Защита от пыли и тепловых потоков;
- Компактные размеры;
- Доступная цена.
Недостатки катадиоптрических телескопов:
- Долгий период термостабилизации, что особенно актуально для телескопов с менисковым корректором;
- Сложность конструкции, которая вызывает трудности при установке и самостоятельной юстировке.
Телескоп «Джеймс Уэбб» - это орбитальная инфракрасная обсерватория, которая должна заменить тот самый знаменитый космический телескоп «Хаббл».
Это очень сложный механизм. Работа над его идет около 20 лет! «Джеймс Уэбб» будет обладать составным зеркалом 6,5 метров в диаметре и стоить около 6.8 млрд долларов. Для сравнения, диаметр зеркала «Хаббла» - «всего» 2.4 метра.
Посмотрим?
1. Телескоп «Джеймс Уэбб» должен быть размещен на гало-орбите в точке Лагранжа L2 системы Солнце - Земля. А в космосе холодно. Здесь показаны испытания, проводимые 30 марта 2012, направленные на изучение возможности противостоять холодным температурам пространства. (Фото Chris Gunn | NASA):
2. «Джеймс Уэбб» будет обладать составным зеркалом 6.5 метров в диаметре с площадью собирающей поверхности 25 м². Много это, или мало? (Фото Chris Gunn):
3. Сравним с «Хабблом». Зеркало «Хаббла» (слева) и «Уэбба» (справа) в одном масштабе:
4. Полномасштабная модель космического телескопа Джеймса Уэбба в Остине, штат Техас, 8 марта 2013. (Фото Chris Gunn):
5. Проект телескопа представляет собой международное сотрудничество 17 стран, во главе которых стоит NASA, со значительным вкладом Европейского и Канадского космических агентств. (Фото Chris Gunn):
Полномасштабная модель космического телескопа Джеймса Уэбба в Остине
6. Изначально запуск намечался на 2007 год, в дальнейшем переносился на 2014 и на 2015 год. Однако первый сегмент зеркала был установлен на телескоп лишь в конце 2015 года, а полностью главное составное зеркало было собрано только в феврале 2016 года.(Фото Chris Gunn):
7. Чувствительность телескопа и его разрешающая способность напрямую связаны с размером площади зеркала, которое собирает свет от объектов. Учёные и инженеры определили, что минимальный диаметр главного зеркала должен быть 6.5 метра, чтобы измерить свет от самых далёких галактик.
Простое изготовление зеркала, подобного зеркалу телескопа «Хаббл», но большего размера, было неприемлемо, так как его масса была бы слишком большой, чтобы можно было запустить телескоп в космос. Команде учёных и инженеров необходимо было найти решение, чтобы новое зеркало имело 1/10 массы зеркала телескопа «Хаббл» на единицу площади. (Фото Chris Gunn):
8. Не только у нас всё дорожает от начальной сметы. Так, стоимость телескопа «Джеймс Уэбб» превысила изначальные расчёты по меньшей мере в 4 раза. Планировалось, что телескоп обойдётся в 1,6 млрд долл. и будет запущен в 2011 году, однако по новым оценкам стоимость может составить 6.8 млрд, при этом запуск состоится не ранее 2018 года. (Фото Chris Gunn):
9. Это спектрограф ближнего инфракрасного диапазона. Он будет анализировать спектр источников, что позволит получать информацию как о физических свойствах исследуемых объектов (например, температуре и массе), так и об их химическом составе. (Фото Chris Gunn):
Испытания солнцезащитного экрана
Телескоп позволит обнаруживать относительно холодные экзопланеты с температурой поверхности до 300 К (что практически равно температуре поверхности Земли), находящиеся дальше 12 а. е. от своих звёзд, и удалённые от Земли на расстояние до 15 световых лет. В зону подробного наблюдения попадут более двух десятков ближайших к Солнцу звезд. Благодаря «Джеймсу Уэббу» ожидается настоящий прорыв в экзопланетологии - возможностей телескопа будет достаточно не только для того, чтобы обнаруживать сами экзопланеты, но даже спутники и спектральные линии этих планет.
11. Инженеры тестируют в камере. систему подъема телескопа, 9 сентября 2014. (Фото Chris Gunn):
12. Исследование зеркал, 29 сентября 2014. Шестиугольная форма сегментов была выбрана не случайно. Она обладает высоким коэффициентом заполнения и имеет симметрию шестого порядка. Высокий коэффициент заполнения означает, что сегменты подходят друг к другу без зазоров. Благодаря симметрии 18 сегментов зеркала можно разделить на три группы, в каждой из которых настройки сегментов идентичны. Наконец, желательно, чтобы зеркало имело форму, близкую к круговой - для максимально компактного фокусирования света на детекторах. Овальное зеркало, например, дало бы вытянутое изображение, а квадратное послало бы много света из центральной области. (Фото Chris Gunn):
Исследование зеркал
13. Очистка зеркала сухим льдом из двуокиси углерода. Тряпками здесь никто не трет. (Фото Chris Gunn):
Очистка зеркала сухим льдом из двуокиси углерода
14. Камера A - это гигантская испытательная камера с вакуумом, которая будет моделировать космическое пространства при испытаниях телескопа «Джеймса Уэбба», 20 мая 2015. (Фото Chris Gunn):
17. Размер каждого из 18 шестигранных сегментов зеркала составляет 1.32 метра от ребра до ребра. (Фото Chris Gunn):
18. Масса непосредственно самого́ зеркала в каждом сегменте - 20 кг, а масса всего сегмента в сборе - 40 кг. (Фото Chris Gunn):
19. Для зеркала телескопа «Джеймса Уэбба» используется особый тип бериллия. Он представляет собой мелкий порошок. Порошок помещается в контейнер из нержавеющей стали и прессуется в плоскую форму. После того как стальной контейнер удалён, кусок бериллия разрезается пополам, чтобы сделать две заготовки зеркала около 1.3 метра в поперечнике. Каждая заготовка зеркала используется для создания одного сегмента. (Фото Chris Gunn):
20. Затем поверхность каждого зеркала стачивается для придания формы, близкой к расчётной. После этого зеркало тщательно сглаживают и полируют. Этот процесс повторяется до тех пор, пока форма сегмента зеркала не станет близка к идеальной. Далее сегмент охлаждается до температуры −240 °C, и с помощью лазерного интерферометра производятся измерения размеров сегмента. Затем зеркало с учётом полученной информации проходит окончательную полировку. (Фото Chris Gunn):
21. По завершению обработки сегмента передняя часть зеркала покрывается тонким слоем золота для лучшего отражения инфракрасного излучения в диапазоне 0,6-29 мкм, и готовый сегмент проходит повторные испытания при криогенных температурах. (Фото Chris Gunn):
22. Работа над телескопом в ноябре 2016 года. (Фото Chris Gunn):
23. НАСА завершило сборку космического телескопа «Джеймс Уэбб» в 2016 году и приступило к его испытаниям. Это снимок от 5 марта 2017 года. На длинной выдержке техники выглядят призраками. (Фото Chris Gunn):
Транспортировка телескопа в Хьюстон
26. Дверь в ту самую камеру А с 14-й фотографии, в которой моделируется космическое пространство. (Фото Chris Gunn):
Телескоп «Джеймс Уэбб» внутри камеры А
Многие современные водители даже не слышали о таком понятии, как «двойной выжим » при переключении передач в механических . Тем не менее, знать о таком методе будет полезно всем водителям. Начать рассмотрение этого вопроса нужно с истории автомобилестроения. На старых автомобилях в КПП, вообще отсутствовали какие бы то ни было синхронизаторы.
Синхронизаторы представляют собой устройства, которые уравнивают окружную скорость и не дают заблокироваться шестерне, пока скорости шестерни первичного вала и вторичного не сравняются. Чтобы избежать поломок КПП и продлить срок ее службы применялся так называемый двойным выжимом сцепления (при переключении передач вверх), и перегазовка при переключении вниз. Другими словами, без таких ухищрений переключать передачи КПП без синхронизаторов было практически невозможно (скрежет был бы).
Рассмотрим подробнее эти способы переключения. Итак, двойной выжим, применяется при переключении передач с нижних на верхние. Для примера возьмем переключение с первой передачи на вторую.
Методика двойного выжима сцепления:
Разгоняем на первой передаче (до 3000 об./мин);
Нажимаем педаль сцепления и отпускание педаль газа;
Включаем «нейтраль»;
Полностью отпускаем сцепление;
Делаем небольшую паузу, во время которой и происходит синхронизация (обороты двигателя упадут примерно до 2000) т.е. если бы выехали на второй передаче;
Снова выжимаем педаль сцепления;
Включаем передачу (в данном примере – вторую);
Отпускаем педаль сцепления;
Увеличиваем обороты двигателя, нажимая педаль газа.
По такому же алгоритму переключаются со второй скорости на третью и т.д.
Перегазовка:
Теперь о перегазовке. Применяют ее при переключении с верхних передач на нижние. Для примера рассмотрим переключение со второй передачи на первую .
Отпускаем педаль газа, и тормозим двигателем на второй передаче. При необходимости притормаживаем, нажимая педаль тормоза;
Выжимаем педаль сцепления и полностью отпускаем педаль газа;
Включаем «нейтраль»;
Полностью отпускаем педаль сцепления;
Немного добавляем оборотов двигателю, нажимая на педаль газа, в этот момент происходит синхронизация (поднимаются обороты двигателя, если бы вы ехали на первой передаче);
Полностью выжимаем педаль сцепления;
Включаем первую передачу;
Отпускаем педаль сцепления;
Двигаемся на первой передаче.
Главные моменты здесь – соблюдение паузы или перегазовки, при включенной нейтральной передаче. Основная сложность заключается в правильном выборе продолжительности паузы и правильной перегазовке, но с опытом все оказывается намного проще, чем, кажется в начале. С появлением навыка все будет происходить, как говорится «на автомате».
Конечно, современные КПП, оснащенные синхронизаторами (которые как раз и призваны избавить водителей от всех этих «двойных выжимов»), не требуют применения вышеописанных методов переключения передач, тем не менее, если вы их освоите, то сможете заметно продлить жизнь КПП. Во всяком случае, такой навык лишним не будет, особенно при переключен с верхних передач вниз. Хочу отметить, что перегазовка вниз поможет продлить жизнь синхронизаторам (уменьшится на них нагрузка), а так же если машина не тянет в горку, поможет без потерь тяги переключиться, вниз увеличив крутящий момент.
На этом все,
до новых встреч!
