Tipi di telescopi, loro dispositivo e caratteristiche

Un telescopio è un dispositivo utilizzato per formare immagini ingrandite di oggetti distanti. Questo è lo strumento di ricerca più importante dell'astronomia. Fornisce i mezzi per raccogliere e analizzare la radiazione di oggetti celesti, anche quelli che sono lontani nell'universo.

Galileo fece una rivoluzione nell'astronomia, quando all'inizio del XVII secolo. usato un telescopio per studiare corpi extraterrestri. Prima di lui, tali strumenti non erano usati per questo scopo. Il lavoro pioneristico di Galileo è stato seguito da telescopi sempre più potenti, nonché da una vasta gamma di strumenti in grado di rilevare e misurare le radiazioni in ogni area dello spettro elettromagnetico. Le possibilità degli strumenti astronomici sono state ampliate con l'invenzione di strumenti ausiliari (macchine fotografiche, spettrografi e dispositivi ad accoppiamento di carica) e l'avvento di computer, razzi e veicoli spaziali. Tutto ciò ha dato un enorme contributo all'espansione delle conoscenze scientifiche sul sistema solare, sulla galassia e sull'universo nel suo complesso.

A seconda della parte operativa dello spettro elettromagnetico, esistono telescopi ottici, radio, a raggi X e gamma.

rifrattori

Questo tipo di telescopio viene utilizzato per studiare la Luna, altri oggetti del Sistema Solare, come Giove e Marte, e le stelle binarie. Il nome deriva dal termine "rifrazione", ovvero la rifrazione della luce all'interfaccia di due supporti con densità diverse, come l'aria e il vetro. Il vetro è una lente e può essere costituito da uno o più componenti. La forma dei componenti può essere convessa, concava o parallela al piano. Un esempio di tale telescopio è un rifrattore di scuola.

Focus: un punto o piano in cui i raggi di luce convergono dopo aver attraversato l'obiettivo a una distanza di una lunghezza focale. In un rifrattore, il primo obiettivo attraverso il quale la luce passa da un oggetto celeste è chiamato obiettivo. Il secondo obiettivo, chiamato oculare, si trova dietro il piano focale e consente allo spettatore di visualizzare l'immagine ingrandita. Pertanto, la forma più semplice di un rifrattore consiste in una lente e un oculare.

Il diametro dell'obiettivo è chiamato l'apertura. Di solito varia da pochi centimetri a 1 m nel più grande rifrattore del telescopio. L'obiettivo, come l'oculare, può essere costituito da diversi componenti. piccolo telescopi potrebbe avere una lente aggiuntiva dietro l'oculare, in modo che l'immagine non appaia invertita. L'oggetto osservato potrebbe non apparire abbastanza bruscamente o con una tonalità dominante. Tali distorsioni (aberrazioni) appaiono a volte quando si lucidano le lenti. Aberrazione cromatica è il principale tipo di distorsione. Si verifica quando i raggi di luce di diversi colori non convergono nella messa a fuoco generale. L'aberrazione cromatica è ridotta al minimo aggiungendo componenti aggiuntivi all'obiettivo.

Oculari e riflettori offrono agli osservatori la possibilità di ingrandire un telescopio dell'obiettivo. La potenza di ingrandimento è determinata dividendo la lunghezza focale dell'obiettivo per la lunghezza focale dell'oculare. Sono necessari grandi aumenti per osservare la luna e i pianeti. Ad esempio, il rifrattore di 66 cm dell'Osservatorio Navale è stato utilizzato dall'astronomo Asaf Hall per rilevare 2 satelliti di Marte, Phobos e Deimos, nel 1877. Poiché le stelle sono fonti puntiformi di luce, il loro aumento non offre ulteriori vantaggi.

Come scegliere un telescopio?

La più importante di tutte le sue caratteristiche è l'apertura. Dipende direttamente dal diametro dell'obiettivo. Il rapporto dell'apertura di diversi telescopi è uguale al rapporto dei quadrati delle loro aperture. Ricevere più luce ti consente di osservare stelle più deboli, nebulose e galassie lontane.

La risoluzione è un'altra importante caratteristica del telescopio. Determina la sua capacità di distinguere chiaramente tra due punti, la distanza angolare tra i quali è inferiore all'angolazione minima che un osservatore può vedere. Come scegliere un telescopio se la risoluzione non è specificata? Può essere calcolato utilizzando la formula 11.25,2 / d, dove d è il diametro della lente in cm. Pertanto, la risoluzione di un obiettivo di 25 cm è 0.45". Un'importante applicazione della risoluzione è l'osservazione delle stelle binarie.

Anche la stabilità del telescopio è di grande importanza. Qualsiasi vibrazione riduce significativamente la qualità dell'immagine. Questo problema non è legato ai disturbi atmosferici dovuti alle correnti d'aria. Per evitarli, i grandi telescopi sono montati sulle cime delle montagne.

montaggio

I rifrattori più moderni hanno una sospensione equatoriale. Questa montatura ti consente di puntare il telescopio su un oggetto celeste. In questo caso, l'asse polare dello strumento è parallelo all'asse terrestre e supporta l'asse di declinazione. L'asse di declinazione consente di impostare diversi angoli di inclinazione quando il telescopio ruota attorno all'asse polare, tenendo conto della giusta ascensione, misurata lungo l'equatore celeste dal punto della sua intersezione dal Sole il primo giorno di primavera.

Declinazione e retta ascensione: le coordinate che determinano la posizione dell'oggetto sulla sfera celeste. La declinazione è un analogo della latitudine e l'ascensione retta è la longitudine. Sull'asse contrassegnato divisione, che consentono all'osservatore di mirare con precisione il telescopio. Per tracciare un oggetto, l'asse polare dello strumento viene guidato dolcemente da un motore elettrico ad una velocità pari alla velocità di rotazione della Terra rispetto alle stelle. Se la velocità del motore siderale è molto accurata, le osservazioni possono essere fatte per un lungo periodo di tempo. Grandi osservatori per questo uso sia al quarzo o orologi atomici.

astrografo

Un altro tipo di telescopio è un astrografo, la cui apertura è di 20 cm. Una lastra fotografica montata sul piano focale dell'obiettivo consente di fotografare la sfera celeste. Il dispositivo viene utilizzato per determinare la posizione delle stelle deboli le cui posizioni sono pubblicate nei cataloghi e servono come punti di riferimento per le immagini dello spazio profondo.

Telescopi a specchio

Sono utilizzati non solo per studiare la parte visibile dello spettro elettromagnetico, ma anche le regioni adiacenti di lunghezza d'onda breve e lunga (ultravioletto e infrarosso). Il principio di funzionamento del telescopio a specchio si basa sul fatto che la luce sul fuoco non viene rifratta, ma riflessa dallo specchio primario. Di solito ha una forma sferica o parabolica concava e inverte l'immagine sul piano focale. Le formule per il calcolo dei parametri dei rifrattori sono le stesse dei diffrattori.

Lo specchio principale si trova all'estremità inferiore del tubo nel riflettore. La sua superficie è ricoperta dal film metallico più sottile. La base è solitamente in vetro Pyrex, ma le nuove tecnologie hanno portato alla creazione di materiali con coefficienti di dilatazione molto bassi, necessari per evitare la deformazione quando la temperatura cambia di notte. I rifrattori sono meno costosi e non soggetti ad aberrazione cromatica.

Telescopio Schmidt

Nel 1930, Bernhard Schmidt, un ottico dell'Osservatorio di Amburgo a Bergedorf (Germania), sviluppò un telescopio catadiottrico che soddisfaceva l'esigenza di sparare ampie aree del cielo. Il suo design combina le migliori caratteristiche del rifrattore e del riflettore. Lo specchio primario del telescopio è sferico. Poiché i raggi di luce paralleli riflessi dal centro specchio sferico focalizzandosi maggiormente su quelli riflessi da aree esterne, Schmidt introdusse una lente correttiva. Poiché è molto sottile, l'aberrazione cromatica è piccola. Il piano focale risultante fornisce un campo visivo con un diametro di diversi gradi.

Telescopi multi-specchio

La ragione principale per cui gli astronomi costruiscono grandi telescopi è quella di aumentare la luminosità, che consente di dare uno sguardo più profondo all'Universo. Sfortunatamente, il costo di creare rifrattori aumenta in dipendenza cubica dal diametro dello specchio. Pertanto, per raggiungere l'obiettivo risparmiando sui costi, sono necessari nuovi modelli più economici.

I due decimi telescopi multi-specchio del Keck Observatory sono esempi di tali sforzi. Il primo fu installato sul vulcano Mauna Kea, che si trova su una delle isole hawaiane, nel 1992, e il secondo fu completato nel 1996. Ognuno di essi è costituito da 36 segmenti adiacenti regolabili e controllati dal computer.

Telescopi solari

Rifrattore e riflettore possono essere usati per osservazioni visive di tali fenomeni come macchie solari o prominenze. Tuttavia, per la ricerca solare è stato sviluppato un tipo speciale di telescopio, utilizzando spettrografi e coronografi. È montato su torri e ha una lente molto lunga. Ciò fornisce un buon fattore di ingrandimento che consente di visualizzare le singole lunghezze d'onda dello spettro elettromagnetico. Nella parte superiore della torre c'è uno specchio piatto equatoriale (intestazione), che dirige la luce nella lente.

Nel 1930, Bernard Liot costruì un altro telescopio del genere presso l'Osservatorio Pic-du-Midi (Francia). È stato specificamente progettato per fotografare la corona solare, che fino ad allora poteva essere presa solo durante le eclissi. Il coronagraph viene montato ad alta quota per ridurre la quantità di luce diffusa che degrada la qualità delle foto. Telescopi simili sono anche usati a bordo del satellite SOHO, destinato allo studio del Sole.

Osservatori orbitali

Sebbene gli astronomi continuino a cercare nuove scoperte tecnologiche per la costruzione di grandi telescopi terrestri, è abbastanza ovvio che l'unica soluzione per alcuni problemi scientifici è condurre osservazioni al di fuori dell'atmosfera terrestre. La NASA ha lanciato in orbita una serie di osservatori astronomici. Nel 1972 fu lanciato un satellite con un telescopio da 81 cm a bordo. Il telescopio Hubble con uno specchio primario da 2,4 m, che iniziò a funzionare nel 1990, divenne l'osservatorio spaziale più complesso ed era stato progettato in modo che gli astronomi potessero vedere 300-400 volte più di altri sistemi consentiti, senza distorsioni atmosferiche. È dotato di 5 principali strumenti scientifici:

• fotocamera grandangolare e planetaria;
• spettrografo per oggetti con radiazioni deboli;
• spettrografo ad alta risoluzione;
• fotometro non invasivo;
• fotocamera per rilevare oggetti a basso contrasto.

Il telescopio Hubble è stato lanciato in orbita dalla navetta spaziale ad un'altitudine di oltre 570 km sopra la Terra. Poco dopo essere stato dispiegato in orbita, gli scienziati hanno scoperto che un errore di fabbricazione che influenzava la forma dello specchio principale comprometteva seriamente la capacità di mettere a fuoco lo strumento. Il difetto causava aberrazione sferica, che limitava la capacità di uno dei più grandi telescopi in orbita di distinguere gli oggetti spaziali vicini l'uno all'altro e di osservare galassie e quasar distanti. Gli scienziati hanno sviluppato misure che hanno permesso loro di compensare il difetto e risolvere il problema.

Dispositivi di transito astronomici

Questi piccoli ma importantissimi telescopi hanno avuto un ruolo vitale nella mappatura della sfera celeste. I dispositivi di transito astronomici sono in genere rifrattori con aperture di 15-20 cm L'asse ottico principale del telescopio è allineato con la linea nord-sud, in modo che il suo movimento sia limitato al piano del meridiano dell'osservatore. Ciò fornisce ulteriore stabilità, ma l'osservatore deve attendere che l'oggetto celeste passi attraverso il suo meridiano.

Esistono vari strumenti: il cerchio mediano di transito, orizzontale e verticale. I primi due tipi di telescopio determinano la giusta ascensione e declinazione degli oggetti celesti, e la verticale - solo la loro declinazione. Uno degli strumenti di transito astronomico più accurati al mondo è il telescopio da 15 cm dell'US Navy Observatory.

astrolabio

L'astrolabio prismatico viene utilizzato per determinare con precisione le posizioni di stelle e pianeti. A volte è usato per risolvere il problema inverso - determinare la latitudine e la longitudine dell'osservatore dalle posizioni esattamente conosciute degli oggetti celesti. L'apertura dell'astrolabio prismatico è piccola e solitamente di 8-10 cm. Il mercurio e il prisma rifrangente costituiscono l'altra parte principale dello strumento. L'immagine riflessa dal metallo liquido viene osservata insieme all'immagine diretta per ottenere i dati di posizione necessari. Negli anni '70, il design del dispositivo è stato migliorato. La Cina ha creato un astrolabio automatico più preciso, che è attualmente in uso.