Важнейшие астономические приборы (телескопы)

Экзаменационный реферат по астрономии на тему

"Важнейшие астономические приборы (телескопы)"

Ученицы11-4 класса Гусевой Екатерины

Содержание:

1. Введение 2. Из истории телескопов 3.Оптические телескопы и их строение 4. Типы телескопов 5. Радиотелескопы 6. Солнечные телескопы 7.Орбитальные телескопы 8. Достижения телескопов 9.Астрономия в Санкт-Петербурге 10. Заключение 11. Список литературы

Введение

Мир, в котором мы живем, огромен, необозрим. Астрономия – наиболее удивительная из всех остальных наук. Еще совсем недавно астрофизика была наукой, в которой наблюдения и выводы носили довольно-таки неопределенный характер. Но благодаря современным приборам ситуация очень быстро меняется. Новая техника позволила более детально рассмотреть многие небесные объекты и отождествить результаты наблюдений в разных частотных диапазонах. Точность и разнообразность измерений возросли многократно. И произошло это очень своевременно, поскольку теоретическая мысль не стояла месте.

Из истории телескопов

Весной 1609г профессор математики университета итальянского города Падуи узнал о том, что один голландец изобрел удивительную трубу. Взяв кусок свинцовой трубы, профессор вставил в нее с дух концов два очковых стекла: одно – плосковогнутое, а другое – плосковыпуклое, «прислонив мой глаз к плосковогнутой линзе, я увидел предметы большими и близкими, так как они казались находившимися на одной трети расстояния по сравнению с наблюдением невооруженным глазом», - писал Галилей. Главной особенностью Галилеева телескопа было его высокое качество.

Сын состоятельного гражданина польского города Гданьска Ян Гевелии

занимался астрономией с детства. Гевелий сделал следующий шаг в деле усовершенствования зрительных труб. У телескопов Галилея был существенный недостаток. Показатель преломления стекла зависит от длины волны: красные лучи отклоняются им слабее, чем зеленые, а зеленые – слабее, чем фиолетовые. Следовательно, простая линза имеет для красных лучей большее фокусное расстояние, чем для фиолетовых. Происходит явление хроматической аберрации. Это можно было устранить, если использовать в качестве объектива линзу с очень большим фокусным расстоянием. Самый длинный его телескоп имел фокусное расстояние 50м.

Нидерландские астрономы братья Христиан и Константин Гюйгенсы строили

телескопы по-своему. Объектив, укрепленный на шаровом шарнире, помещался на столбе и мог с помощью особого приспособления устанавливаться на нужно высоте. Оптическая ось объектива направлялась на исследуемое светило наблюдателем, поворачивающим его с помощью прочного шнурка. Окуляр монтировался на треноге.

Гениальный немецкий астроном Иоганн Кеплер мгновенно сообразил, какие

преимущества приобретет этот прибор, если заменить рассеивающую линзу окуляра на обирающую. Кеплеров телескоп, дающий в отличие от Галилеева перевернутое изображение, применяется повсеместно и по сей день.

Основной недостаток Галилееых труб – хроматическую аберрацию – взялся

устранить Исаак Ньютон. Он знал, что ахроматическое изображение удаленных предметов строит на своей оси вогнутое зеркало, изготовленное в виде параболоида вращения. Причина была в том, что в применявшейся до Ньютона двухзеркальной схеме геометрические характеристики обоих зеркал должны быть строго согласованы. Телескопы, у которых роль объектива играют зеркала – рефлекторы. Ньютон не только отполировал зеркало первого рефлектора, но и разработал рецепт так называемой зеркальной бронзы, из которой он отлил заготовку зеркала. Это улучшило отражение света.

Талантливый астроном Уильям Гершель, убедившись в том, как трудно

обращаться с Галилеескими трубами, перешел к рефлекторам. Сам отливал заготовки из зеркальной бронзы, сам шлифовал и полировал их. Гершель непрерывно строил все новые и новые рефлекторы. Король покровительствовал ему и дал деньги на строительство огромного рефлектора диаметром 120см с трубой 12м. Однако работать на нем оказалось трудно, а по своим качествам он не превзошел меньшие телескопы столь значительно, как предполагал Гершель.

В 1672 году Кассегрен предложил схему двухзеркальной системы, вскоре

ставшую наиболее популярной. Первое зеркало было параболическим, второе имело форму выпуклого гиперболоида и располагалось перед фокусом первого. В настоящее время практически все телескопы являются зеркальными. Самый большой в мире зеркальный телескоп имени Кека имеет диаметр 10 м и находится на Гавайских островах. В России на Кавказе работает телескоп размером 6 м. В двадцатом веке астрономы сделали много шагов в изучении вселенной. Эти шаги были бы невозможны без использования больших и сложных телескопов, расположенных на высокогорных лабораториях и управляемых большим количеством квалифицированных специалистов

Оптические телескопы и их строение

Возможности человеческого зрения ограничены. Даже человек с острым зрением не может различить деталей, видимых под углом, меньшим 1.5-2 минуты дуги. Рассматривая мелкие предметы, мы стараемся приблизить их к глазам, однако после некоторого предела глаз перестает ясно их видеть. Сделать это можно с помощью увеличительного стекла. Тогда детали, представлявшиеся раньше под углом меньшим одной минуты, представятся под большим углом и станут различимы.

Для наблюдателя, находящегося на Земле единственный способ увеличить

угол, под которым он видит, - это создать ее изображение и рассматривать его вблизи. Различают два основных вида оптических телескопов: рефракторы, объективы которых состоят из линз, и рефлекторы, имеющие зеркальные объективы. Кроме того, существуют различные типы сложных зеркально-линзовых систем, объединяющие преимущества тех и других телескопов.

Рассмотрим линзовый объектив

Прямая, проведенная через центры кривизны обеих поверхностей линзы будет его оптической осью. Лучи света, пройдя через объектив и преломившись в нем, пересекутся в главном фокусе, где создадут изображение наблюдаемого объекта. Изображения объектов, не лежащих на оптической оси линзы расположатся на плоскости, проходящей через главный фокус и перпендикулярной оптической оси. Эта плоскость называется фокальной плоскостью. В телескопе любого типа объектив в своей фокальной плоскости создает действительное изображение наблюдаемого объекта.

Диаметр свободного отверстия (D) объектива, определяет количество

проходящего света; отсюда понятно его большое значение. Величину D долгое время было принято выражать в дюймах. В настоящее время в миллиметрах. Количество света, проходящего через объектив пропорционально площади объектива.

Для рассматривания полученного изображения используется окуляр

Он позволяет приблизить глаз к фокальной плоскости и рассматривать изображение с меньшего расстояния. Если обозначить фокусное расстояние объектива f1 , а фокусное расстояние окуляра f2 , то увеличение телескопа М определяется формулой: М = f1/ f2.

Световые лучи, образованных в фокальной плоскости объектива,

превращаются окуляром в параллельные пучки, пересекающиеся в задней фокальной плоскости окуляра. Световые лучи,образованных в фокальной плоскости объектива, превращаются окуляром в параллельные пучки, пересекающиеся в задней фокальной плоскости окуляра. Отсюда можно вывести : диаметр выходного зрачка равен диаметру объектива, деленному на увеличение, а увеличение равно отношению диаметра объектива к диаметру выходного зрачка.

Напоследок, можно рассмотреть вопрос о поле зрения телескопа – это

угловой поперечник участка неба, видимого в телескоп. В любом телескопе поле зрения зависит от фокусного расстояния объектива и ограничено диафрагмой окуляра. В окулярах различных систем диафрагма помещается различно, но глазу, помещенному в плоскости выходного зрачка она представляется под определенным углом, постоянным для окуляров одной и той же системы, независимо от их фокусного расстояния. В то же время из центра объектива диафрагма видна под углом тем меньшим, чем больше фокусное расстояние объектива. Поэтому размер поля зрения при одном и том же окуляре обратно пропорционален фокусному расстоянию объектива. Угол, под которым диафрагма окуляра видна наблюдателю - называется угловым полем зрения окуляра, в отличие от углового поля зрения телескопа.

Список самых больших оптических телескопов долгое время возглавлял

5-метровый телескоп Хейла Паломарской обсерватории (США). Затем на Гавайях на вершине спящего вулкана Мауна-Кеа были построены два телескопа Кека каждый высотой с – этажный дом и зеркалом диаметром 10м. Однако сейчас на базе Европейской Южной обсерватории, на вершине горы Параналь в Чили построен оптический телескоп VLT (Very Large Telescope – очень большой телескоп) – комплекс из четырех телескопов с зеркалами по 8,м. Эти телескопы могут фокусировать совместно и создавать виртуальный телескоп диаметром130м. Самый большой телескоп в России – 6-метровый Большой азимутальный телескоп, расположенный на Северном Кавказе близ горы Пастухова.

Типы телескопов

Все телескопы подразделяются на три оптических класса. Преломляющие телескопы, или рефракторы, Рефракторы всех моделей включают ахроматические (двухэлементные) объективные линзы - таким образом, сокращается или практически устраняется ложный цвет, который влияет на получаемый образ, когда свет проходит через линзу. При создании и установке больших стеклянных линз возникает ряд трудностей; кроме того, толстые линзы поглощают слишком много света. Самый большой рефрактор в мире, имеющий объектив с линзой диаметром в 101 см, принадлежит Йеркской обсерватории.

Все большие астрономические телескопы представляют собой рефлекторы

Это отражающие телескопы, и для сбора света и формирования изображения в них используется вогнутое главное зеркало. В рефлекторах ньютоновского типа, маленькое плоское вторичное зеркало отражает свет на стенку главной трубы. Зеркально-линзовые (катадиоптрические) телескопы используют как линзы, так и зеркала, за счет чего их оптическое устройство позволяет достичь великолепного качества изображения с высоким разрешением.

Радиотелескопы

Кроме света, звезды посылают нам излучение другой формы – радиоволны, которые могут быть уловлены специальными радиоприемниками. Этими радиоприемниками являются радиотелескопы. Их задача: собирать и усиливать радиоволны. Радиотелескопы состоят из антенны и чувствительного радиоприемника с усилителем. Радиоизлучение, приходящее из космоса, настолько мало, что для его приема необходимы антенны с большой полезной площадью в тысячи и десятки тысяч километров.

Антенны радиотелескопов очень большого диаметра состоят из множества

отдельных металлических зеркал. Начало радиоастрономии положил в 1932г американский инженер карл Янский. Его коллега Гроут Ребер построил радиотелескоп и впервые выделил из космического радиоэфира отдельные элементы. Один из первых радиотелескопов с параболической антенной был построен в Англии, в Джодрелл-Бэнк , в 1957г. Самая большая в мире антенна установлена на радиотелескопе Аресибо в Пуэрто-Рико. Самый крупный стационарный радиотелескоп изготовлен в Советском Союзе и установлен вблизи станции Зеленчукской Ставропольского края.

Солнечные телескопы

Солнечные телескопы – специальный инструмент для наблюдения Солнца. Так как мощность излучения, приходящего к нам на Землю от Солнца, в сотни миллиардов раз больше, чем мощность излучения от самых ярких звезд, объектив солнечного телескопа имеет сравнительно небольшой диаметр (до 1 метра). Но зато фокусное расстояние у него должно быть огромным. У самых больших телескопов оно достигает сотни метров! Солнечный телескоп снабжен приборами-спектографами, увеличительными камерами, светофильтрами, спектрогелиографами, позволяющими получить изображение Солнца в любой длине волны.

Орбитальные телескопы

25 апреля астрономическая общественность отметит 17-летие космического телескопа имени Хаббла. Свое имя телескоп получил в честь великого астронома XX Эдвина Хаббла (1899-1953), открывателя . Телескоп Хаббла представляет собой тяжелый (массой около 11 тонн) спутник, стабилизированный по трем осям с помощью гироскопов.

Достижения телескопов

Телескоп Хаббла можно назвать телескопом, совершившим революцию в астрономии. За 11 лет его работы в космосе было получено более 700 000 снимков исключительного качества, осуществлены сотни исследовательских проектов. Параллельно наблюдения галактик (для получения их спектров) вели 5 крупных наземных телескопов, в том числе Subaru (Субару) на Гавайях и VLT (Очень Большой Телескоп) в Южно-Европейской Обсерватории в Чили. В проекте был также задействован космический рентгеновский телескоп XMM-Newton ESA (Европейское Космическое Агентство), который наблюдал участки неба COSMOS более чем 400 часов. Пришлось потрудиться также другим космическим телескопам NASA – рентгеновскому телескопу Чандра, и инфракрасному телескопу Спитцер. Результатом проекта явилась трехмерная карта крупномасштабного распределения темной материи во Вселенной.

Телескопом Хаббла были обнаружены две галактики, которые беспечно

пролетали недалеко друг от друга. 19 марта 2003г группа японских исследователей, возглавляемая Кейчи Кодиарой, Нобунари Касикавой и Есиаки Танигучи, объявила, что в созвездие Волосы Вероники ими с помощью телескопа «Субару» обнаружена самая удаленная из известных галактик.В 1965г радиотелескопом «Аресибо» американские ученые Г.Петтенгилл и Р.Дайс впервые надежно определили, что Меркурий делает один оборот вокруг своей оси примерно за 59 земных суток. На церемонии в Гавайях 25 июня 2000 года астрономы показали некоторые из самых лучших инфракрасных изображений. Это были одни из самых первых фотографий, сделанных "Джемини-Север". Эти снимки показали замечательную мощь технологий телескопа, которые превзошли снимки, полученные Галилеем ещё 10 тысяч лет назад. Его близнец, "Джемини-Юг" был построен на Церро Пачон в северных Чили.

Астрономия в Санкт-Петербурге

Пулковская астрономическая обсерватория основана во исполнение изданного в октябре 1833 г указа российского императора Николая I. Пулковская обсерватория изначальна была задумана как главное астрономическое учреждение России. Место для обсерватории было выбрано в 19 км к югу от центра Петербурга, на Пулковских высотах. Для звездно-астрономических наблюдений и измерений двойных звезд был заказан рефрактор с объективом D=38 с и F=6,9 м, лучший в мире по качеству оптики и крупнейший по своим размерам. Были заказаны шесть телескопов меньшего размера, пять астрономических часов и другое вспомогательное оборудование.

Заключение

Астрономии – наука об огромных расстояниях. Мир и все тела мира движутся в пространстве и во времени. Двигаться во времени – значит изменяться. Все в мире меняется. Спичка, вспыхнув, за секунду превращается в уголек. Звезда, вспыхнув однажды, светит миллиарды лет. У каждого тела во вселенной свой счет времени. Наука и техника помогли человеку изучать процессы, длящиеся тысячные и миллиардные доли секунды. Астрономия изучает жизнь небесных тел, которая длится миллионы, миллиарды лет. Несколько десятилетий назад Россия была страной, имеющей самые крупные телескопы в мире. Наши ученые внесли неоспоримый вклад в исследование Вселенной. Но с распадом СССР значительно сократилось финансирование астрономических проектов и в настоящее время все современные крупнейшие телескопы строятся без участия России.

Список литературы

1. Гонтарук Т.И., Энциклопедия «Я познаю мир – Космос», издательство САТ-ЛТД, 1998г. 2. Гершович Я.Г., Всемирная энциклопедия «Я познаю мир – Наука и техника», издательство «Премьера» при участии «Издательство АСТ», 2004г. 3. Навашин М.С. «Телескоп астронома-любителя». 4. Интернет (www.cnews.ru/newtop/index, www.yandex.ru, www.rambler.ru, www.mail.ru, www.gao.spb.ru ) 5. Познавательный журнал «Вокруг света» (№6 июнь 2003г, №9 сентябрь 2003г, №5 май 203г, №12 декабрь 2003г, №8 август 2004г.) 6. Гвоздева Н.П., Коркина К.И. «Прикладная оптика и оптические измерения. Машиностроение», 1976г. 7. Маскутов Д.Д. «Астрономическая оптика», издательство «Гостехиздат», 1946г. 8. Роджерс К, «Школьная энциклопедия – естественные науки», издательство «Росмэн», 2000г. 9. Перельман Я.И., «Занимательная физика», издательство «АСТ», 1999г.