«Телескопические системы»

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

___________________________________________________________________________________________

«Телескопические системы»

Методические указания к выполнению лабораторной работы

Томск 2009

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Телескопические системы

Продолжительность лабораторного занятия – 2часа,

Цель работы:

1.  Изучить устройство телескопа ТАЛ-1 и его основные характеристики.

2.  Ознакомиться с описаниями телескопических систем, их классификацией.

3.  Научиться рассчитывать оптические характеристики телескопа.

Введение

Теоретические сведения

Название «телескоп» предложил в 1611 году греческий математик Джованни Демисиани

ТЕЛЕСКОП, прибор для получения увеличенных изображений отдаленных объектов или исследования электромагнитного излучения от удаленных источников. Телескопы относятся к различным категориям в зависимости от зоны электромагнитного спектра, которую они охватывают. Оптические телескопы могут использовать линзы (рефракторы) или зеркала (рефлекторы). Зеркально-линзовые телескопы сочетают и то, и другое. ЛИНЗА или зеркало - главная часть телескопа, собирающая свет (объектив), его диаметр называется АПЕРТУРОЙ телескопа

Первый телескоп был построен в начале XVII века (в 1609 г.) итальянским астрономом Галилео Галилеем. Несмотря на свои более чем скромные размеры (диаметр объектива-линзы 4.5 см) и несовершенную оптическую схему, он позволил сделать целый ряд замечательных открытий (фазы Венеры, горы на Луне, спутники Юпитера, пятна на Солнце, звезды в Млечном Пути).

Основные характеристики телескопов

Оптическое увеличение – Г определяется отношением

Г=(F/f)

Где F-фокусное расстояние объектива

f - фокусное расстояние окуляра

Проницающая сила - предельная звездная величина (m) самой слабой звезды, которую можно увидеть в данный телескоп при наилучших условиях наблюдений. Для таких условий проницающую силу можно определить по формуле:

m=2.1+5*lg(D),

где D - диаметр объектива в мм.
В таблице приведены значения проницающей силы телескопов, рассчитанные по этой формуле.

Диаметр объектива, мм	Предельная звездная величина
60	11.0m
100	12.1m
200	13.6m
500	15.6m
1000	17.1m

Разрешающая способность - минимальный угол между двумя звездами, видимыми раздельно. Вычисляется по формуле (для визуальных наблюдений):

b = 140"/D,

где D - диаметр объектива в мм.

Относительное отверстие- отношение диаметра объектива к фокусному расстоянию

A=D/F.

Угловое увеличение (или просто увеличение) - показывает во сколько раз угол, под которым виден объект при наблюдении в телескоп больше, чем при наблюдении глазом. Увеличение равно отношению фокусных расстояний объектива и окуляра:

Гx = Fоб/fок.

Основные виды телескопических систем.

Система Ньютона

Как видно из названия, данную схему телескопов предложил Исаак Ньютон в 1667. Здесь плоское диагональное зеркало, расположенное вблизи фокуса, отклоняет пучок света за пределы трубы, где изображение рассматривается через окуляр или фотографируется. Главное зеркало параболическое, но если относительное отверстие не слишком большое, оно может быть и сферическим.

Система Кассегрена

Схема была предложена Лорентом Кассегреном в 1672 году. Это вариант двухзеркального объектива телескопа. Главное зеркало большего диаметра вогнутое (в оригинальном варианте параболическое) отбрасывает лучи на вторичное выпуклое меньшего диаметра (обычно гиперболическое). По классификации Максутова схема относится к так называемым предфокальным удлиняющим — то есть вторичное зеркало расположено между главным зеркалом и его фокусом и полное фокусное расстояние объектива больше, чем у главного. Объектив при том же диаметре и фокусном расстоянии имеет почти вдвое меньшую длину трубы и несколько меньшее экранирование, чем у Грегори. Система неапланатична, то есть несвободна от аберрации комы. Имеет большое число как зеркальных модификаций, включая апланатичный Ричи-Кретьен, со сферической формой поверхности вторичного (Долл-Кирхем) или первичного зеркала, так и зеркально-линзовых.

Система Гершеля (Ломоносова)

В 1616 г. Н. Цукки предложил заменить линзу вогнутым зеркалом, наклонённым к оптической оси телескопа. Подобный телескоп-рефлектор был сконструирован Уильямом Гершелем в 1772 г. В нём первичное зеркало имеет форму внеосевого параболоида и наклонено так, что фокус находится вне главной трубы телескопа, и наблюдатель не закрывает собой поступающий свет. В 1762 г. (на 10 лет раньше) данную оптическую схему реализовал Михаил Ломоносов. Недостатком данной схемы является большая кома. Однако, при малом относительном отверстии она почти незаметна.

Система Ричи-Кретьена

Последнее время в зеркальных телескопах широкое применение получила система Ричи — Кретьена, представляющая собой улучшенный вариант системы Кассегрена. В этой системе главное зеркало — вогнутое гиперболическое, а вспомогательное — выпуклое гиперболическое. Окуляр установлен в центральном отверстии гиперболического зеркала. Поле зрения системы Ричи — Кретьена около 4°.

Брахиты

В такой схеме вторичное зеркало вынесено за пределы пучка, падающего на главное зеркало. Такая конструкция сложна в изготовлении, так как требует внеосевых параболического и гиперболического зеркал. Однако, при малых апертуре и относительном отверстии эти зеркала можно заменить на сферические. Кома и астигматизм главного зеркала компенсируются наклонами вторичного зеркала. К положительным качествам брахитов можно отнести отсутствие экранирования, что положительно сказывается на чёткости и контрастности изображения. Данная система была впервые применена в 1877 г. И. Форстером и К. Фричем. Существуют различные конструкции брахитов.

Крупнейшие телескопы

Телескопы Кека

На данный момент крупнейшими в мире телескопами-рефлекторами являются два телескопа Кека, расположенные на Гавайях. Keck-I и Keck-II введены в эксплуатацию в 1993 и 1996 соответственно и имеют эффективный диаметр зеркала 9,8 м. Телескопы расположены на одной платформе и могут использоваться совместно в качестве интерферометра, давая разрешение, соответствующее диаметру зеркала 85 м.

Крупнейший в Евразии телескоп БТА находится на территории России, в горах Северного Кавказа и имеет диаметр главного зеркала 6 м. Он работает с 1976 и длительное время, был крупнейшим телескопом в мире.

Устройство и принцип действия телескопа ТАЛ-1

Телескоп состоит из четырех основных узлов: трубы телескопа, экваториальной монтировки, стойки с опорами.
Труба является основной частью телескопа, в которой вмонтированы оптические узлы: главное зеркало, диагональное зеркало, оптический искатель, закрепленный в установочных кольцах, окуляры, которые вставляются в механизм фокусировки.
Диагональное зеркало установлено в трубе телескопа.
Входное отверстие трубы по окончании работы закрывается крышкой.
Механизм фокусировки состоит из оправы и втулки с окулярной резьбой, позволяющей получать резкое изображение наблюдаемых объектов.
Оптический искатель - зрительная трубка имеет 8-кратное увеличение °, состоит из корпуса и закрепленных в нем объектива, сетки с перекрестием и окуляра.

На одном конце оси склонения монтировки закреплен кронштейн с откидными хомутиками, в котором устанавливается труба телескопа, на другом конце оси - противовес, который может перемещаться по резьбе для балансировки телескопа. Корпус полярной оси закреплен на кронштейне со шкалой широт, по которой осуществляется установка всей системы на широту места наблюдения.
Каждая ось имеет координатный круг, показывающий часовой угол и склонение объекта, видимого в поле зрения телескопа. Координатный круг на оси склонения, показывающий склонение объекта, имеет угловую оцифровку от 0 до 90° с ценой деления 2°. Круг на полярной оси (круг часовых углов) имеет оцифровку от 0 до 24 часов с ценой деления 10 минут.
Грубая наводка трубы телескопа по обеим осям осуществляется путем ослабления тормозных винтов и поворотом трубы относительно соответствующей оси и последующим зажимом осей. Тонкая наводка производится маховичком тонких движений в пределах ±4° по оси склонения и полярной оси.
Экваториальная монтировка соединяется со стойкой по резьбе.
Стойка состоит из трубы, на которой закрепляются три опоры.
В телескопе использована система Ньютона.

Наблюдения производятся через трубу, на которой размещен искатель. При помощи экваториальной монтировки ось трубы устанавливается в нужное положение.

Телескоп-рефлектор имеет оптическую схему Ньютона. Параллельный пучок лучей входит в трубу телескопа, падает на главное зеркало, имеющее фокусное расстояние 805 мм и, отразившись от него в диагональном зеркале, преломляется под углом 90° и рассматривается с помощью окуляра.

Технические характеристики телескопа ТАЛ-1

Диаметр главного зеркала, мм	110
Фокусное расстояние, мм	805

З А Д А Н И Е

1.Настройте телескоп согласно географическому положению города Томска, (координаты возьмите из справочника)

2. Определите относительное отверстие телескопа

3. Определите, во сколько раз светосила данного телескопа больше светосилы глаза, если dзрачка  5 мм

4. Найдите наибольшее и наименьшее увеличение данного телескопа

При использовании разных окуляров:

f´=25 мм
f´=15 мм
f´=8,36 мм
f´=4,76 мм

5. Можно ли в данный телескоп видеть раздельно две звезды, угловое рас стояние между которыми 1,5" ; 1,2" ?

Контрольные вопросы:

1. Что такое светосила объектива телескопа?

2. От чего зависит разрешающая способность телескопа?

3. Назовите основные узлы телескопа, их назначение.

4. Охарактеризуйте разные типы телескопов с позиции аббераций.

5. Что такое увеличение телескопа?