Ako teda funguje ďalekohľad?
V tomto obsiahlom sprievodcovi prejdem vedu o tom, ako je optika v ďalekohľade schopná zbierať svetlo a potom vám ponúka zväčšený obraz pohľadu pred vami. V budúcich článkoch tiež plánujem prejsť na hlavnú mechaniku fungovania mechanizmu zaostrovania a očnice a rozsah rôznych dostupných možností.
Som si istý, že na jeho konci pochopíte, ako ďalekohľad funguje, a tak budete oveľa lepšie pripravený na výber toho správneho prístroja pre vaše potreby, a keď vám príde, budete ho vedieť správne nastaviť a používať. že z jeho používania získate to najlepšie. Začnime:
Dva ďalekohľady
V najjednoduchšej forme je sada ďalekohľadov v podstate zložená z dvoch ďalekohľadov umiestnených vedľa seba. Takže na začiatok a aby sme veci trochu zjednodušili, rozrežme náš ďalekohľad na polovicu a najprv sa naučme, ako funguje teleskop, a potom ich na konci znova poskladáme:
Šošovky, svetlo a lom svetla
Ďalekohľady fungujú a zväčšujú pohľad v zásade pomocou šošoviek, ktoré spôsobujú, že svetlo robí niečo známe ako lom:
Cez vákuum vesmíru sa svetlo pohybuje priamočiaro, ale pri prechode rôznymi materiálmi mení rýchlosť.
Takže keď svetlo prechádza cez husté médium, ako je sklo alebo voda, spomaľuje sa. To vo všeobecnosti spôsobuje ohýbanie svetelných vĺn a práve toto ohýbanie svetla sa nazýva lom. Lom svetla spôsobuje, že slamka vyzerá ako ohnutá, keď je v pohári vody. má tiež mnoho užitočných účelov a je kľúčom k tomu, aby dokázal zväčšiť to, na čo sa pozeráte.
Objektívy
Namiesto použitia jednoduchej plochej tabule alebo bloku skla, prístroje ako teleskopy, ďalekohľady a dokonca aj okuliare na čítanie používajú špeciálne tvarované sklenené šošovky, ktoré sa často skladajú z množstva jednotlivých prvkov šošoviek, ktoré dokážu lepšie kontrolovať ohyb svetelných vĺn. .
Objektív
(ten, ktorý je najbližšie k objektu, na ktorý sa pozeráte) na ďalekohľade má konvexný tvar, čo znamená, že jeho stred je hrubší ako vonkajší. Známa ako zbiehavá šošovka, zachytáva svetlo zo vzdialeného objektu a potom prostredníctvom lomu spôsobuje, že sa svetlo ohýba a spája (konverguje), keď prechádza cez sklo. svetelné vlny sa potom zaostria na bod za šošovkou.
Šošovka okuláru
potom vezme toto zaostrené svetlo a zväčší ho, kde potom prechádza do vašich očí.
Zväčšenie
Po prvé, svetlo prechádza od objektu a skutočného obrazuAje produkovaný šošovkou objektívu. Tento obraz je potom zväčšený šošovkou okuláru a je vnímaný ako virtuálny obrazB. Výsledkom je, že zväčšené objekty vyzerajú, akoby boli pred vami a bližšie ako objekt.
6x, 7x, 8, 10x alebo viac.
Miera zväčšenia obrazu je určená pomerom ohniskovej vzdialenosti šošovky objektívu vydelenej ohniskovou vzdialenosťou šošovky okuláru.
Takže napríklad faktor zväčšenia 8 vytvorí virtuálny obraz, ktorý vyzerá 8-krát väčší ako objekt.
To, aké zväčšenie potrebujete, závisí od zamýšľaného použitia a často je mylné predpokladať, že čím vyšší výkon, tým lepší ďalekohľad, keďže vyššie zväčšenia prinášajú aj mnohé nevýhody. Ďalšie informácie nájdete v tomto článku: Zväčšenie, stabilita, zorné pole a jas
Ako môžete vidieť aj na obrázku vyššie, virtuálny obraz je prevrátený. Nižšie sa pozrieme na to, prečo sa to deje a ako sa to dá napraviť:
Obrázok hore nohami
To je skvelé a príbeh sa tu môže skončiť, ak jednoducho vyrábate ďalekohľad na použitie ako astronómia.
V skutočnosti môžete pomerne ľahko vyrobiť jednoduchý ďalekohľad tak, že vezmete dve šošovky a oddelíte ich uzavretým tubusom. V skutočnosti takto vznikol vôbec prvý ďalekohľad.
Pri pohľade cez ňu si však všimnete, že obraz, ktorý vidíte, bude otočený hore nohami a zrkadlený. Je to preto, že konvexná šošovka spôsobuje, že svetlo sa pri zbiehaní kríži.
V skutočnosti to môžete veľmi ľahko demonštrovať, ak podržíte zväčšovacie sklo približne na dĺžku paže a pozriete sa cez ňu na nejaké vzdialené predmety. Uvidíte, že obraz bude hore nohami a spätne zrkadlený.
Pri pohľade na vzdialené hviezdy to v skutočnosti nie je problém a mnohé astronomické teleskopy skutočne vytvárajú nerektifikovaný obraz, ale pre pozemské použitie je to problém. Našťastie existuje niekoľko riešení:
Korekcia obrazu
V prípade ďalekohľadov a väčšiny pozemných teleskopov (zameriavacích ďalekohľadov) existujú dva hlavné spôsoby, ako to dosiahnuť, a to použitím konkávnej šošovky pre okulár alebo hranolu na vzpriamenie obrazu:
Galilejská optika
Galileovská optika, používaná v ďalekohľadoch vynájdených Galileom Galileim v 17. storočí, používa konvexnú šošovku objektívu normálnym spôsobom, ale zmenila ju na konkávny systém šošoviek pre okulár.
Tiež známa ako divergujúca šošovka, konkávna šošovka spôsobuje, že sa svetelné lúče rozširujú (rozchádzajú). Ak je teda umiestnená v správnej vzdialenosti od konvexnej šošovky objektívu, môže zabrániť kríženiu svetla a tým zabrániť invertovaniu obrazu.
Tento systém s nízkou cenou a jednoduchou výrobou sa dodnes používa na ďalekohľadoch opery a divadla.
Nevýhodou však je, že je ťažké dosiahnuť veľké zväčšenie, získate pomerne úzke zorné pole a na okrajoch obrázka získate vysokú úroveň rozmazania obrazu.
Z týchto dôvodov sa hranolový systém pre väčšinu použití považuje za lepšiu alternatívu:
Kepleriánska optika s hranolmi
Na rozdiel od Galileovej optiky, ktorá používa konkávnu šošovku v okuláre, Keplerian optický systém používa konvexné šošovky pre objektívy, ako aj šošovky okulárov a je všeobecne považovaný za vylepšenie dizajnu Galilea.
Obraz je však stále potrebné opraviť a dosiahnuť to pomocou hranola:
Opravte prevrátený obrázok
Väčšina moderných ďalekohľadov, ktoré fungujú ako zrkadlo, používa vzpriamené hranoly, ktoré odrážajú svetlo, a tým menia orientáciu a korigujú obraz.
Zatiaľ čo štandardné zrkadlo je ideálne na to, aby ste sa na seba ráno pozerali, v ďalekohľade by nebolo dobré, keby sa svetlo jednoducho odrážalo o 180 stupňov a späť tam, odkiaľ pochádza, pretože potom by ste obraz nikdy nevideli.
Porro Hranoly
Tento problém bol prvýkrát vyriešený použitím dvojice Porro hranolov. Jediný Porro hranol, pomenovaný po talianskom vynálezcovi Ignaziovi Porrovi, ako zrkadlo tiež odráža svetlo o 180 stupňov a späť v smere, z ktorého vychádza, ale robí to paralelne s dopadajúcim svetlom a nie priamo pozdĺž tej istej dráhy.
Takže to naozaj pomáha, pretože vám to umožňuje umiestniť dva z týchto Porro hranolov v pravom uhle k sebe, čo zase znamená, že potom môžete odrážať svetlo tak, že nielen preorientuje prevrátený obraz, ale tiež mu efektívne umožní pokračovať. v rovnakom smere a smerom k okulárom.
V skutočnosti sú to tieto dva Porro hranoly umiestnené v pravom uhle, ktoré dávajú ďalekohľadom ich tradičný, ikonický tvar, a preto sú ich okuláre bližšie k sebe ako šošovky objektívu.
Strešné hranoly
Rovnako ako hranol Porro existuje množstvo ďalších dizajnov, z ktorých každý má svoje vlastné jedinečné výhody.
Dva z nich, Abbe-Koenigov hranol a Schmidt-Pechanov hranol, sú typy strešných hranolov, ktoré sa dnes bežne používajú v ďalekohľadoch.
Z nich je najbežnejší Schmidt-Pechanov hranol, pretože umožňuje výrobcom vyrábať kompaktnejší, štíhlejší ďalekohľad s okulármi v jednej línii s objektívmi. Nevýhodou je, že vyžadujú množstvo špeciálnych povlakov na dosiahnutie úplného vnútorného odrazu a elimináciu javu známeho ako fázový posun.
Prečo sú ďalekohľady kratšie ako ďalekohľady
Druhou výhodou použitia hranolov je to, že pretože svetlo sa pri prechode hranolom dvakrát obráti a tak sa vráti späť na seba, vzdialenosť, ktorú prejde v tomto priestore, sa zväčší.
Preto je možné skrátiť celkovú dĺžku ďalekohľadu, pretože sa zníži aj požadovaná vzdialenosť medzi šošovkami objektívu a okulárom, a preto sú ďalekohľady kratšie ako refrakčné ďalekohľady s rovnakým zväčšením, ako im chýba hranol.