Odwrócona luneta Galileusza: Zasada działania i ewolucja teleskopów
- Szczegóły
Za datę skonstruowania pierwszej lunety podaje się rok 1608. Wiadomość ta dość szybko się rozniosła i wynalazkiem holendra zainteresował się sam Galileusz. Rozpoczął prace nad budową własnej lunety.
Luneta Galileusza
Luneta Galileusza składa się, podobnie jak większość optycznych przyrządów wizualnych, z dwóch podstawowych części: obiektywu i okulara, zaopatrzonych w dwie soczewki, wypukłą i wklęsłą, osadzonych współosiowo na przeciwległych końcach metalowej rury. Długość rury jest tak dobrana, aby ognisko obrazowe obiektywu pokrywało się z ogniskiem przedmiotowym okulara.
W jej skład weszły dwie soczewki . Jedna z nich było dwuwypukła, a druga obustronnie wklęsła. Za pomocą własnoręcznie zbudowanej lunety Galileusz rozpoczął obserwacje astronomiczne. Dzięki nim zostały odkryte formy ukształtowania powierzchni Księżyca - góry, niektóre z księżyców Jowisza oraz plamy występujące na Słońcu.
Luneta Galileusza - nazywana jest również lunetą ziemską. Składa się z obiektywu, który powiększa obraz oraz okularu, który pomniejsza obraz.
Luneta ziemska (Galileusza) służy do oglądania odległych przedmiotów. Składa się z dwóch soczewek, obiektywu (soczewka skupiająca) i okularu (soczewka rozpraszająca). Okular służy jako lupa do oglądania obrazu pośredniego (pozornego) wytworzonego przez obiektyw.
Przeczytaj także: Sterowniki i usterki ASUS K52J
Luneta jest zatem układem bezogniskowym, działanie jej polega jedynie na powiększeniu kąta widzenia pod jakim patrzymy na przedmiot, czyli na pozornym zbliżeniu przedmiotu do obserwatora.
Mimo niewątpliwej dużej przydatności lunety Galileusza miała ona jedną wadę, a mianowicie cechowała się aberracją chromatyczną. Oznacza to, że fale padające na soczewki były załamywane w zależności od długości fali, pod mniejszym lub większym kątem.
Ewolucja teleskopów
Autorem koncepcji nowego instrumentu optycznego był niemiecki fizyk Jan Kepler (1611 rok), a pierwsza luneta wg jego projektu została zbudowana w 1615 roku przez Christiana Scheinera. Luneta Keplera składa się z dwóch soczewek skupiających, z czego większa soczewka przednia jest obiektywem, a druga mniejsza i umieszczona za ogniskiem obiektywu jest okularem. Obiektyw daje obraz przedmiotu, który jest rzeczywisty, zmniejszony i odwrócony. Okular, pełni tutaj rolę lupy, która daje obraz pozorny, powiększony i odwrócony względem przedmiotu. Luneta Keplera uzupełniona o dodatkowe soczewki lub pryzmaty stanowi podstawę konstrukcji współczesnych refraktorów astronomicznych, lunet i lornetek.
Inny rodzaj lunety został zbudowany na podstawie koncepcji Johanesa Kuplera. Miało to miejsce w roku 1615. Realizacji pomysłu lunety astronomicznej Kuplera podjął się Christoph Scheiner, astronom pochodzący z Niemiec. W skład takiej lunety wchodziły dwa współosiowe układy optyczne. Każdy z nich zachowywał się jak soczewka skupiająca. Za pomocą obiektywu powstawał obraz rzeczywisty, pomniejszony i odwrócony.
Kilkadziesiąt lat później Izaak Newton wpadł na pomysł teleskopu zwierciadlanego czyli reflektora. Jako obiektyw wykorzystywane są zwierciadła wklęsłe albo kuliste. Ważne jest również stosowanie pomocniczego zwierciadła płaskiego. Jednak ówczesne soczewki nadal miały wady, które utrudniały obserwacje. Aby jakoś te wady skorygować próbowano budować bardzo długie lunety.
Przeczytaj także: Zastosowanie wężyków do filtra osmozy
Kolejny typ teleskopu zaproponował w roku 1672 Cassegrain. Jego konstrukcja opierała się na umieszczeniu zwierciadła pomocniczego w osi zwierciadła głównego. Przy takiej konstrukcji okular umieszczany jest w ognisku obiektywu przypadającego na zewnętrzną część zwierciadła. Okazało się, że taki model teleskopu ma wiele zalet.
Pierwsza soczewka achromatyczna powstała w roku 1729. Skonstruował ją, zestawiając dwa gatunki szkła, Chester Moor Hall. Natomiast w 1850 roku opracowano sposób na odwracanie obrazu w lunecie astronomicznej.
Pomysłodawcą teleskopu zwierciadlanego, redukującego zniekształcenia wywołane naturą światła, jest szkocki projektant, matematyk i astronom, Jamesa Gregory, żyjący w XVII wieku. Teleskop Gregory'ego składa się z dwóch wklęsłych zwierciadeł; głównego parabolicznego, które zbiera światło i skupia je na drugim lustrze elipsoidalnym, które odbija światło do otworu znajdującego się w środku lustra głównego, gdzie znajduje się okular. Obraz z teleskopu jest nieodwrócony, co czyni go użytecznym przy obserwacjach naziemnych. W kolekcji Muzeum Uniwersytetu Wrocławskiego znajduje się egzemplarz tego instrumentu pochodzący z końca XVIII wieku. Uwagę zwraca w nim dekoracyjnie wykończona rura teleskopu oprawiona w imitację macicy perłowej.
Aberracja chromatyczna i jej minimalizacja
"Zwykłe" refraktory z dawnych lat, miały jedną zasadniczą wadę: cierpiały na aberrację chromatyczną. Wada ta wynika z tego, że różne długości fal światła są załamywane w różnym stopniu. Skutkuje to powstawaniem brzydkich kolorowych obwódek wokół obiektów obserwowanych przez taką lunetę. Nieco wyższe powiększenia jeszcze bardziej potęgują ten efekt.
Znaleziono jednak sposób na zminimalizowanie tego efektu poprzez skonstruowanie teleskopu zwanego »achromatem«. Obiektyw achromatu składa się z nie z jednej, a z dwóch soczewek, zwykle ze szkła optycznego typu kron i flint, z których jedna jest dodatnia, a druga ujemna. Współczynnik załamania (gęstość) i dyspersja (rozproszenie) są różne dla obu soczewek. W ten sposób w dużym stopniu minimalizowana jest aberracja chromatyczna.
Przeczytaj także: Odwrócona osmoza: Twój przewodnik
Niemniej jednak, wciąż można dostrzec małą kolorową obwódkę, zwaną również "widmem wtórnym". Konstruktorzy optyczni opracowali więc tak zwany "apochromat" który, dzięki zastosowaniu trzeciej soczewki, daje obrazy wolne od widma wtórnego. Achromaty reprezentują klasyczną, szeroko rozpowszechnioną konstrukcję współczesnych teleskopów soczewkowych. Obiektyw achromatu składa się nie z jednej, ale z dwóch soczewek, które zwykle wykonane są ze szkła kronowego oraz flintowego.
Apochromaty ED to systemy z dwiema lub trzema soczewkami. Jeden element optyczny zawsze jest ze szkła ED, co zapewnia całemu systemowi korekcję aberracji chromatycznej. Dwusoczewkowe apochromaty ED w dużej mierze redukują aberację chromatyczną, jednak nie eliminują jej całkowicie. Taki układ optyczny to prawdziwy apochromat, podczas gdy dwa poprzednie określane są mianem semiapochromatu. Zwykle składa się on z trzech soczewek.
Od pewnego czasu sporadycznie pojawiają się też tak zwane superapochromaty. Te refraktory mają obiektyw składający się z pięciu soczewek, które zwykle ustawione są w dwóch grupach. Pierwsza grupa, składająca się z trzech soczewek, pełni taką samą funkcję, co apochromat typu Triplet.
Teleskopy, które określane są jako apochromaty typu dublet, mają obiektywy o konstrukcji dwusoczewkowej. Jako drugi element zwykle wykorzystuje się szkło ED (ED oznacza "Extra-low Dispersion"). Apochromaty trzysoczewkowe często są nazywane także pełnymi apochromatami, ponieważ tylko taka konstrukcja może w odpowiednim stopniu skorygować aberrację chromatyczną. Dzięki różnym rodzajom szkła i współczynnikom załamania światła, korygowane jest widmo wtórne, czyli resztkowa aberracja chromatyczna. Trzysoczewkowe apochromaty ED niemal całkowicie redukują aberrację chromatyczną.
Inną metodą zminimalizowania aberracji chromatycznej w refraktorze jest wybór modelu o możliwie najmniejszej światłosile. Oznacza to, że taki teleskop musi mieć długą ogniskową. Redukuje to również szczątkową aberrację chromatyczną.
Co mogę zrobić mając teleskop soczewkowy z aberracją chromatyczną? Zezłomować i kupić nowy? Jeśli w ogóle przeszkadzają Ci niewielkie kolorowe obwódki, możesz wykorzystać na przykład filtra "Minus Violet". Tłumi on niebieskie obwódki i jednocześnie wzmacnia kontrast. Obraz nie będzie jednak całkowicie neutralny, a lekko żółtawy. Specjalnie opracowanym do tego filtrem jest Baader Fringe Killer. Blokuje on około 50% niebieskiej części światła, ale przepuszcza światło czerwone i zielone. Dzięki inteligentnej konstrukcji, straty światła wynoszą jedynie 12%.
Kolejny filtr nosi oznaczenie Semi APO. Jasne, nazwa produktu fajna, ale czy filtr naprawdę tak działa? Weź refraktor o krótkiej ogniskowej, chociażby 500mm. Zobaczysz grubą niebieską obwódkę wokół jasnych obiektów. Co stanie się z obwódką po wkręceniu w okular filtra Semi APO? Obwódka wokół jasnych obiektów zniknie. Ogólnie rzecz biorąc, obraz wydaje się bardziej neutralny niż w przypadku zastosowania filtra Fringe Killer. Jednak straty światła są wyższe w Semi APO, i wynoszą około 30%. Zaleta? Obraz jest bardziej neutralny.
Nowoczesne teleskopy
Oprócz prostych teleskopów istnieją, także znacznie bardziej zaawansowane urządzenia do obserwacji odległych obiektów. Najbardziej znanym i zasłużonym urządzeniem do badania kosmosu jest Kosmiczny Teleskop Hubble’a (ang. Hubble Space Telescope). Kosmiczny Teleskop Hubble’a jest “kosmiczny” nie tylko ze względu na to, że znajduje się w przestrzeni kosmicznej. Za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a naukowcy odkryli bardzo wiele galaktyk, gwiazd, planet pozasłonecznych a nawet dysków protoplanetarnych, z których dopiero powstaną planety!
Teleskop Hubble’a został wysłany w kosmos w 1990 roku i chociaż był już ulepszany, w tej chwili jest już dość przestarzały. Dlatego już niedługo, w kosmos wyślemy jego następcę - Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Dzięki najnowszym odkryciom inżynierii i optyki, teleskop Webba „spojrzy” w przestrzeń kosmiczną dalej niż jakikolwiek inny.
tags: #odwrocona #luneta #galileusza #zasada #działania
