Teleskopas (refrakcinis teleskopas) skirtas tolimų objektų stebėjimui. Vamzdis susideda iš 2 lęšių: objektyvo ir okuliaro.
1 apibrėžimas
Objektyvas yra susiliejantis objektyvas su dideliu židinio nuotoliu.
2 apibrėžimas
Okuliaras yra trumpo židinio nuotolio objektyvas.
Surenkamieji arba difuziniai lęšiai naudojami kaip okuliaras.
Teleskopo kompiuterinis modelis
Kompiuterinės programos pagalba iš 2 lęšių galima sukurti Keplerio teleskopo veikimą demonstruojantį modelį. Teleskopas skirtas astronominiams stebėjimams. Kadangi įrenginys rodo apverstą vaizdą, tai nepatogu stebėti antžeminius stebėjimus. Programa sudaryta taip, kad stebėtojo akis prisitaikytų prie begalinio atstumo. Todėl teleskope atliekamas teleskopinis spindulių kelias, tai yra lygiagretus spindulių pluoštas iš tolimo taško, kuris į objektyvą patenka kampu ψ. Jis palieka okuliarą lygiagrečiu spinduliu taip pat, bet optinės ašies atžvilgiu jau skirtingu kampu φ.
Kampinis padidinimas
3 apibrėžimasTeleskopo kampinis padidinimas yra kampų ψ ir φ santykis, kuris išreiškiamas formule γ = φ ψ.
Ši formulė rodo teleskopo kampinį padidinimą per objektyvo lęšio F 1 ir okuliaro F 2 židinio nuotolį:
γ = - F 1 F 2.
Neigiamas ženklas kampinio padidinimo formulėje priešais F 1 objektyvą reiškia, kad vaizdas apverstas aukštyn kojomis.
Jei norite, galite pakeisti objektyvo ir okuliaro židinio nuotolius F 1 ir F 2 bei kampą ψ. Prietaisas rodo kampo φ ir kampinio padidinimo γ reikšmes.
Jei tekste pastebėjote klaidą, pažymėkite ją ir paspauskite Ctrl + Enter
Kursinis darbas
pagal discipliną: Taikomoji optika
Tema: Keplerio vamzdžio skaičiavimas
Įvadas
Teleskopinės optinės sistemos
1 Optinių sistemų aberacijos
2 Sferinė aberacija
3 Chromatinė aberacija
4 Komatinė aberacija (koma)
5 Astigmatizmas
6 Vaizdo lauko kreivumas
7 iškraipymas (iškraipymas)
Optinės sistemos matmenų skaičiavimas
Išvada
Literatūra
Programos
Įvadas
Teleskopai yra astronominiai optiniai instrumentai, skirti stebėti dangaus kūnus. Teleskopai naudojami naudojant įvairius spinduliuotės imtuvus vizualiniams, fotografiniams, spektriniams, fotoelektriniams dangaus kūnų stebėjimams.
Vizualiniai teleskopai turi lęšį ir okuliarą ir yra vadinamoji teleskopinė optinė sistema: lygiagrečią į objektyvą patenkančių spindulių spindulį paverčia lygiagrečiu iš okuliaro išeinančiu pluoštu. Šioje sistemoje objektyvo galinis židinys sulygiuotas su priekiniu okuliaro židiniu. Pagrindinės jo optinės charakteristikos yra: tariamas didinimas Г, kampinis matymo laukas 2W, išėjimo vyzdžio skersmuo D", skiriamoji geba ir prasiskverbimo galia.
Tariamasis optinės sistemos padidinimas – tai kampo, kuriuo stebimas įrenginio optinės sistemos teikiamas vaizdas, ir objekto kampinio dydžio santykis žiūrint tiesiai akimi. Matomas teleskopinės sistemos padidinimas:
G = f "apie / f" ok = D / D ",
kur f "apie ir f" yra objektyvo ir okuliaro židinio nuotolis,
D - įleidimo skersmuo,
D "- išėjimas iš vyzdžio. Taigi, padidinus objektyvo židinio nuotolį arba sumažinus okuliaro židinio nuotolį, galite pasiekti didesnį padidinimą. Tačiau kuo didesnis teleskopo padidinimas, tuo mažesnis jo matymo laukas ir tuo didesnis objektų vaizdų iškraipymas dėl sistemos optikos netobulumų.
Išėjimo vyzdys yra mažiausia šviesos pluošto dalis, išeinanti iš teleskopo. Stebint akies vyzdys sulygiuotas su sistemos išeinamuoju vyzdžiu; todėl jis neturėtų būti didesnis už stebėtojo akies vyzdį. Priešingu atveju dalis lęšio surinktos šviesos nepateks į akį ir bus prarasta. Paprastai įėjimo vyzdžio (lęšio cilindro) skersmuo yra daug didesnis nei akies vyzdžio, o taškiniai šviesos šaltiniai, ypač žvaigždės, žiūrint pro teleskopą, atrodo žymiai ryškesni. Jų tariamas ryškumas yra proporcingas teleskopo įėjimo vyzdžio skersmens kvadratui. Blyškias žvaigždes, kurios nematomos plika akimi, galima aiškiai matyti teleskopu su dideliu įėjimo vyzdžio skersmeniu. Teleskopu matomų žvaigždžių skaičius yra daug didesnis nei stebimas tiesiogiai akimis.
teleskopas optinė aberacija astronominė
1. Teleskopinės optinės sistemos
1 Optinių sistemų aberacijos
Optinių sistemų aberacijos (lot. - nuokrypis) - iškraipymai, vaizdo klaidos, atsiradusios dėl optinės sistemos netobulumo. Bet kokie lęšiai, net ir patys brangiausi, turi įvairaus laipsnio aberacijų. Manoma, kad kuo platesnis objektyvo židinio nuotolio diapazonas, tuo didesnis jo aberacijų lygis.
Žemiau pateikiami dažniausiai pasitaikantys aberacijų tipai.
2 Sferinė aberacija
Dauguma lęšių yra sukurti naudojant lęšius su sferiniais paviršiais. Šiuos lęšius lengva pagaminti, tačiau sferinė objektyvo forma nėra ideali ryškiems vaizdams. Sferinės aberacijos efektas pasireiškia kontrasto sušvelninimu ir detalių suliejimu, vadinamuoju „muilu“.
Kaip tai atsitinka? Lygiagretūs šviesos spinduliai, eidami pro sferinį lęšį, lūžta, spinduliai, einantys pro lęšio kraštą, susilieja židinio taške, esančiame arčiau objektyvo, nei šviesos spinduliai, einantys per objektyvo centrą. Kitaip tariant, objektyvo kraštų židinio nuotolis yra trumpesnis nei centro. Žemiau esančiame paveikslėlyje aiškiai parodyta, kaip šviesos spindulys praeina per sferinį lęšį ir dėl to atsiranda sferinės aberacijos.
Šviesos spinduliai, praeinantys pro objektyvą šalia optinės ašies (arčiau centro), sufokusuojami B srityje, toliau nuo objektyvo. Šviesos spinduliai, praeinantys pro objektyvo kraštines zonas, sufokusuojami A zonoje, arčiau objektyvo.
3 Chromatinė aberacija
Chromatinė aberacija (CA) – tai reiškinys, kurį sukelia pro objektyvą prasiskverbiančios šviesos sklaida, t.y. šviesos spindulio suskaidymas į jo komponentus. Skirtingo bangos ilgio (skirtingų spalvų) pluoštai lūžta skirtingais kampais, todėl iš balto pluošto susidaro vaivorykštė.
Dėl chromo aberacijos sumažėja vaizdo aiškumas ir atsiranda spalvotų „kraštų“, ypač ant kontrastingų objektų.
Kovai su chromatinėmis aberacijomis naudojami specialūs apochromatiniai lęšiai iš mažos dispersijos stiklo, kurie nesuskaido šviesos spindulių į bangas.
1.4 Komatinė aberacija (koma)
Koma arba komos aberacija yra vaizdo pakraščiuose matomas reiškinys, sukurtas lęšiu, pakoreguotu dėl sferinės aberacijos ir dėl kurio šviesos spinduliai, patekę į objektyvo kraštą tam tikru kampu, susilieja kometos pavidalu. , o ne norimo taško forma. Iš čia ir jo pavadinimas.
Kometos forma orientuota radialiai, jos uodega nukreipta į centrą arba nuo vaizdo centro. Atsiradęs susiliejimas vaizdo kraštuose vadinamas komišku blyksniu. Koma, kuri gali atsirasti net ir lęšiuose, kurie tiksliai atkuria tašką kaip optinės ašies tašką, atsiranda dėl lūžio skirtumo tarp šviesos spindulių iš taško, esančio už optinės ašies ir kertančio lęšio kraštus, ir pagrindinis šviesos spindulys iš to paties taško, einantis per objektyvo centrą.
Koma didėja didėjant tolimojo pluošto kampui ir dėl to sumažėja kontrastas vaizdo kraštuose. Tam tikrą patobulinimą galima pasiekti sustabdžius objektyvą. Koma taip pat gali išpūsti neryškias vaizdo vietas, sukurdama nemalonų efektą.
Tiek sferinės aberacijos, tiek komos pašalinimas objektui, esančiam tam tikru fotografavimo atstumu, vadinamas aplanatizmu, o taip pataisytas objektyvas – aplanatu.
5 Astigmatizmas
Objektyvui pataisius sferinę ir kominę aberaciją, objekto taškas optinėje ašyje bus tiksliai atkurtas kaip vaizdo taškas, tačiau objekto taškas, esantis už optinės ašies ribų, bus rodomas ne kaip taškas vaizde, o veikiau kaip šešėlis ar linija. Šis aberacijos tipas vadinamas astigmatizmu.
Šį reiškinį galite stebėti vaizdo kraštuose, šiek tiek perkeldami objektyvo židinį į tokią padėtį, kurioje objekto taškas būtų aiškiai pavaizduotas kaip linija, orientuota radialiai nuo vaizdo centro, ir vėl perkeliant fokusą į kitą padėtį. kurioje objekto taškas ryškiai pavaizduotas kaip linija.orientuota koncentrinio apskritimo kryptimi. (Atstumas tarp šių dviejų židinio padėčių vadinamas astigmatiniu skirtumu.)
Kitaip tariant, šviesos spinduliai dienovidinėje plokštumoje ir šviesos spinduliai sagitalinėje plokštumoje yra skirtingose padėtyse, todėl šios dvi spindulių grupės nesusijungia viename taške. Kai objektyvas yra optimalioje dienovidinės plokštumos židinio padėtyje, sagitalinėje plokštumoje esantys šviesos pluoštai išlygiuojami koncentrinio apskritimo kryptimi (ši padėtis vadinama dienovidiniu židiniu).
Panašiai, kai objektyvas nustatomas į optimalią sagitalinės plokštumos židinio padėtį, šviesos pluoštai dienovidinėje plokštumoje sudaro liniją, orientuotą radialine kryptimi (ši padėtis vadinama sagitaliniu židiniu).
Esant tokio tipo iškraipymui, objektai vaizde atrodo išlenkti, vietomis neryškūs, tiesios linijos atrodo išlenktos, galimi užtemimai. Jei lęšis kenčia nuo astigmatizmo, tai leidžiama naudoti atsarginėms dalims, nes šis reiškinys nėra išgydomas.
6 Vaizdo lauko kreivumas
Esant tokio tipo aberacijai, vaizdo plokštuma tampa išlenkta, taigi, jei vaizdo centras yra sufokusuotas, tada vaizdo kraštai yra nefokusuoti, ir atvirkščiai, jei kraštai yra sufokusuoti, tada centras yra išorėje. dėmesio.
1.7 Iškraipymas (iškraipymas)
Šis aberacijos tipas pasireiškia kaip tiesių linijų iškraipymas. Jei tiesios linijos įgaubtos, iškraipymas vadinamas pagalvėlėmis, jei išgaubtas – statinės formos. Varifokaliniai lęšiai paprastai sukuria vamzdžio iškraipymus esant „plačiam“ (minimalus priartinimas) ir smeigtukų pagalvėlę, kai fotografuojamas teleobjektyvas (didelis maksimalus).
2. Optinės sistemos matmenų skaičiavimas
Pradiniai duomenys:
Norėdami nustatyti objektyvo ir okuliaro židinio nuotolius, išspręsime šią sistemą:
f 'ob + f' ok = L;
f 'ob / f' ok = | Г |;
f 'ob + f' ok = 255;
f 'ob / f' ok = 12.
f'ob + f'ob / 12 = 255;
f'ob = 235,3846 mm;
f 'ok = 19,6154 mm;
Įėjimo vyzdžio skersmuo apskaičiuojamas pagal formulę D = D'G
D in = 2,5 * 12 = 30 mm;
Linijinis okuliaro matymo laukas randamas pagal formulę:
; y'= 235,3846 * 1,5 o; y '= 6,163781 mm;
Kampinis okuliaro matymo laukas randamas pagal formulę:
Prizmų sistemos skaičiavimas
D 1 yra pirmosios prizmės įėjimo paviršius;
D 1 = (D in + 2y ') / 2;
D 1 = 21,163781 mm;
Pirmosios prizmės spindulių kelio ilgis = * 2 = 21,163781 * 2 = 42,327562;
D 2 - antrosios prizmės įvesties paviršius (3 priedo formulės išvestis);
D 2 = D * ((D in -2y ') / L) * (f' ob / 2 +);
D 2 = 18,91 mm;
Antrosios prizmės spindulių kelio ilgis = * 2 = 18,91 * 2 = 37,82;
Skaičiuojant optinę sistemą, atstumas tarp prizmių pasirenkamas 0,5-2 mm ribose;
Norint apskaičiuoti prizmės sistemą, būtina ją iškelti į orą.
Perkelkime prizmių spindulių kelio ilgį į orą:
l 01 - sumažintas iki pirmosios prizmės oro ilgio
n = 1,5688 (BK10 stiklo lūžio rodiklis)
l 01 = l 1 /n = 26,981 mm
l 02 = l 2 /n = 24,108 mm
Okuliaro judesio kiekio nustatymas, siekiant užtikrinti fokusavimą ± 5 dioptrijų ribose
pirma, reikia atimti vienos dioptrijos kainą f 'ok 2/1000 = 0,384764 (vienos dioptrijos kaina)
Perkelkite okuliarą, kad išlaikytumėte nurodytą fokusavimą: 
mm
Patikrinkite, ar atspindintys paviršiai turi būti padengti atspindinčia danga:
(leistinas nuokrypio kampas nuo ašinio spindulio, kai dar nepažeidžiama visiško vidinio atspindžio sąlyga)
(ribinis spindulių kritimo kampas į prizmės įvesties paviršių, kuriam esant nereikia dengti atspindinčios dangos). Todėl: nereikia jokios atspindinčios dangos.
Okuliaro skaičiavimas:
Kadangi 2ω ’= 34,9, reikalingas okuliaro tipas yra simetriškas.
f 'ok = 19,6154 mm (apskaičiuotas židinio nuotolis);
K p = S 'F / f' ok = 0,75 (konversijos koeficientas)
S 'F = K p * f' gerai
S 'F = 0,75 * f' gerai (galinio židinio nuotolio vertė)
Išeinančio vyzdžio pašalinimas nustatomas pagal formulę: S 'p = S' F + z 'p
z 'p randamas pagal Niutono formulę: z' p = -f 'ok 2 / z p, kur z p yra atstumas nuo priekinio okuliaro židinio iki diafragmos diafragmos. Teleskopuose su prizmine apdorojimo sistema objektyvo cilindras dažniausiai yra diafragmos diafragma. Pirmuoju apytiksliu apskaičiavimu galime paimti z p lygų objektyvo židinio nuotoliui su minuso ženklu, todėl:
z p = -235,3846 mm
Išeinančio vyzdžio pašalinimas yra lygus:
S'p = 14,71155 + 1,634618 = 16,346168 mm Optinės sistemos komponentų aberacijų skaičiavimas. Aberacijos skaičiavimas apima okuliaro ir prizmės aberacijų skaičiavimą trims bangos ilgiams. Okuliaro aberacijos apskaičiavimas: Okuliaro aberacijų skaičiavimas atliekamas atvirkštiniu spindulių keliu, naudojant ROSA programinės įrangos paketą. δy 'ok = 0,0243 Prizmų sistemos aberacijų apskaičiavimas: Atspindimųjų prizmių aberacijos apskaičiuojamos taikant trečiosios eilės aberacijos formules lygiagrečiai plokštumai lygiagrečiai plokštei. BK10 stiklui (n = 1,5688). Išilginė sferinė aberacija: δS ’pr = (0,5 * d * (n 2 -1) * sin 2 b) / n 3 b '= arctan (D / 2 * f' ob) = 3,64627 o d = 2D 1 + 2D 2 = 80,15 mm dS 'pr = 0,061337586 Padėties chromatizmas: (S 'f - S' c) pr = 0,33054442 Meridianinė koma: δy "= 3d (n 2 -1) * sin 2 b '* tgω 1 / 2n 3 δy "= -0,001606181 Lęšio aberacijų apskaičiavimas: Išilginė sferinė aberacija δS 'sp: δS ’sp = – (δS’ pr + δS ’ok) = – 0,013231586 Padėties chromatizmas: (S 'f - S' c) apie = δS 'xp = - ((S' f - S 'c) pr + (S' f - S 'c) gerai) = - 0,42673442 Meridianinė koma: δy 'to = δy' gerai - δy 'pr δy ’k = 0,00115 + 0,001606181 = 0,002756181 Objektyvo konstrukcinių elementų nustatymas. Plonos optinės sistemos aberacijas lemia trys pagrindiniai parametrai P, W, C. Apytikslė formulė prof. G.G. Slyusareva sujungia pagrindinius parametrus P ir W: P = P 0 +0,85 (W-W 0) Dviejų lęšių priklijuoto lęšio apskaičiavimas sumažinamas iki konkretaus akinių derinio su nurodytomis P 0 ir C reikšmėmis. Dviejų lęšių objektyvo skaičiavimas prof. G.G. Slyusareva: ) Pagal objektyvo aberacijos reikšmes δS ’xp, δS’ sf, δy ’k, gautas iš prizmės sistemos ir okuliaro aberacijų kompensavimo sąlygų, randamos aberacijų sumos: S I xp = δS'xp = -0,42673442 S I = 2 * δS 'sf / (tgb') 2 S I = 6,516521291 S II = 2 * δy iki '/ (tgb') 2 * tgω S II = 172,7915624 ) Pagal sumas randami sistemos parametrai: S I xp / f 'ob S II / f 'ob ) P 0 apskaičiuojamas: P 0 = P-0,85 (W-W 0) ) Pagal grafiką-nomogramą linija kerta 20-ą langelį. Pažiūrėkime K8F1 ir KF4TF12 akinių derinius: ) Iš lentelės randamos P 0, φ to ir Q 0 reikšmės, atitinkančios nurodytą K8F1 reikšmę (netinka) φ k = 2,1845528 skirtas KF4TF12 (tinka) ) Radus P 0, φ to ir Q 0, Q apskaičiuojamas pagal formulę: ) Radus Q, nustatomos pirmojo nulinio spindulio reikšmės a 2 ir a 3 (a 1 = 0, nes objektas yra begalybėje, o 4 = 1 - iš normalizavimo sąlygos): ) Plonų lęšių kreivumo spinduliams nustatyti naudojamos a i reikšmės: Plono lęšio spindulys: ) Apskaičiavus plono lęšio spindulius, lęšių storiai parenkami remiantis šiais projektavimo sumetimais. Storis išilgai teigiamo lęšio ašies d1 yra rodyklių L1, L2 absoliučių verčių ir storio išilgai krašto suma, kuri turi būti ne mažesnė kaip 0,05D. h = D in / 2 L = h 2 / (2 * r 0) L 1 = 0,58818 2 = -1,326112 d 1 = L 1 - L 2 + 0,05D ) Pagal gautus storius apskaičiuojami aukščiai: h 1 = f maždaug = 235,3846 h 2 = h 1 -a 2 * d 1 h 2 = 233,9506 h 3 = h 2 -a 3 * d 2 ) Ribinio storio lęšio kreivio spinduliai: r 1 = r 011 = 191,268 r 2 = r 02 * (h 1 / h 2) r 2 = -84,317178 r 3 = r 03 * (h 3 / h 1) Rezultatų kontrolė atliekama skaičiuojant kompiuteriu naudojant ROSA programą: objektyvo aberacijų išlyginimas
Gautos ir apskaičiuotos aberacijos yra artimos vertei. teleskopo aberacijų išlyginimas
Išdėstymas susideda iš atstumo iki prizmės sistemos nuo objektyvo ir okuliaro nustatymo. Atstumas tarp objektyvo ir okuliaro apibrėžiamas kaip (S 'F' ob + S 'F' ok + Δ). Šis atstumas yra atstumo tarp lęšio ir pirmosios prizmės suma, lygi pusei objektyvo židinio nuotolio, pluošto ilgio pirmoje prizmėje, atstumo tarp prizmių, pluošto ilgio antroje. prizmė, atstumas nuo paskutinio antrosios prizmės paviršiaus iki židinio plokštumos ir atstumas nuo šios plokštumos iki okuliaro. 692+81.15+41.381+14.777=255
Išvada Astronominiams objektyvams skiriamoji geba nustatoma pagal mažiausią kampinį atstumą tarp dviejų žvaigždžių, kuris gali būti matomas atskirai per teleskopą. Teorinė vizualinio teleskopo skiriamoji geba (lanko sekundėmis) geltonai žalsviems spinduliams, kuriems akis jautriausia, gali būti įvertinta išraiška 120/D, kur D yra teleskopo įėjimo vyzdžio skersmuo, išreikštas milimetrais. Pralaidi teleskopo galia yra ribinis žvaigždės dydis, kurį galima stebėti tam tikru teleskopu esant geroms atmosferos sąlygoms. Dėl žemos atmosferos spindulių drebėjimo, sugerties ir sklaidos prasta vaizdo kokybė sumažina faktiškai stebimų žvaigždžių ribinį dydį, sumažindama šviesos energijos koncentraciją akies tinklainėje, fotografijos plokštelėje ar kitame spinduliuotės detektoriuje. teleskopu. Teleskopo įėjimo vyzdžiu surenkamos šviesos kiekis didėja proporcingai jo plotui; tokiu atveju didėja ir teleskopo prasiskverbimo galia. Teleskopui, kurio objektyvo skersmuo D yra milimetrai, įsiskverbimo jėga, išreikšta dydžiais vizualinių stebėjimų metu, nustatoma pagal formulę: mvis = 2,0 + 5 lg D. Priklausomai nuo optinės sistemos, teleskopai skirstomi į lęšius (refraktorius), veidrodinius (reflektorius) ir veidrodinius lęšius. Jei teleskopinių lęšių sistema turi teigiamą (konverguojantį) lęšį ir neigiamą (difuzinį) okuliarą, tada ji vadinama Galileo sistema. Keplerio teleskopinių lęšių sistema turi teigiamą objektyvą ir teigiamą okuliarą. „Galileo“ sistema suteikia tiesioginį virtualų vaizdą, turi mažą matymo lauką ir mažą diafragmą (didelis išėjimo vyzdžio skersmuo). Pagrindiniai jos pranašumai yra dizaino paprastumas, trumpas sistemos ilgis ir galimybė gauti tiesioginį vaizdą. Tačiau šios sistemos matymo laukas yra palyginti mažas, o tikrojo objekto vaizdo nebuvimas tarp objektyvo ir okuliaro neleidžia naudoti tinklelio. Todėl „Galilean“ sistema negali būti naudojama matavimams židinio plokštumoje. Šiuo metu jis daugiausia naudojamas teatro žiūronuose, kur nereikia didelio padidinimo ir matymo lauko. Keplerio sistema suteikia tikrą ir apverstą objekto vaizdą. Tačiau stebint dangaus kūnus pastaroji aplinkybė nėra tokia svarbi, todėl teleskopuose dažniausiai pasitaiko Keplerio sistema. Šiuo atveju teleskopo vamzdžio ilgis yra lygus objektyvo ir okuliaro židinio nuotolių sumai: L = f "apie + f" apytiksliai. Keplerio sistema gali būti aprūpinta tinkleliu plokštumos lygiagrečios plokštės pavidalu su skale ir kryželiu. Ši sistema plačiai naudojama kartu su prizmių sistema, norint gauti tiesioginį lęšių vaizdą. Keplerio sistemos daugiausia naudojamos vizualiniams teleskopams. Be akies, kuri yra spinduliuotės imtuvas vaizdiniuose teleskopuose, fotografinėje emulsijoje galima įrašyti dangaus objektų vaizdus (tokie teleskopai vadinami astrografais); fotodaugiklio vamzdis ir vaizdo keitiklis leidžia daug kartų sustiprinti silpną šviesos signalą iš žvaigždžių, nutolusių dideliais atstumais; vaizdai gali būti projektuojami į televizijos teleskopo vamzdį. Objekto vaizdas taip pat gali būti nukreiptas į astrospektrografą arba astrofotometrą. Teleskopo laikiklis (trikojas) naudojamas teleskopo vamzdžiui nukreipti į norimą dangaus objektą. Tai suteikia galimybę pasukti vamzdį aplink dvi viena kitai statmenas ašis. Tvirtinimo pagrindas turi ašį, apie kurią gali suktis antroji ašis su aplink besisukančiu teleskopo vamzdžiu. Priklausomai nuo ašių orientacijos erdvėje, laikikliai skirstomi į keletą tipų. Altazimutiniai (arba horizontalūs) stovai turi vieną ašį vertikaliai (azimuto ašis), o kitą (zenito ašį) horizontaliai. Pagrindinis altazimuto laikiklio trūkumas yra būtinybė pasukti teleskopą aplink dvi ašis, kad būtų galima sekti dangaus objektą, judantį dėl akivaizdaus kasdieninio dangaus sferos sukimosi. Daugelis astrometrinių prietaisų tiekiami su altazimuto laikikliais: universalūs instrumentai, praėjimo ir dienovidinių apskritimai. Beveik visi šiuolaikiniai dideli teleskopai turi pusiaujo (arba paralakso) stovą, kuriame pagrindinė ašis – poliarinė arba laikrodis – nukreipta į pasaulio ašigalį, o antroji, deklinacijos ašis, yra statmena jam ir yra pusiaujo ašyje. lėktuvas. Paralakso tvirtinimo privalumas yra tas, kad norint sekti žvaigždės judėjimą per parą, teleskopą pakanka pasukti tik aplink vieną poliarinę ašį. Literatūra 1. Skaitmeninės technologijos. / Red. E.V. Evreinova. - M .: Radijas ir ryšiai, 2010 .-- 464 p. Kaganas B.M. Optika. - M .: Energoatomizdat, 2009 .-- 592 p. Skvortsovas G.I. Kompiuterių inžinerija. - MTUSI M. 2007 - 40 p. 1 priedas Židinio nuotolis 19,615 mm Diafragmos santykis 1:8 Matymo kampas Okuliaro perkėlimas 1 dioptrija. 0,4 mm Struktūriniai elementai
19.615; =14.755;
Ašinė sija
Δ C Δ F S´ F -S´ C Tolimoji šviesa
Įstrižinės sijos dienovidinė pjūvis
ω 1 = -1 0 30 ' ω 1 = -1 0 10'30 "
Teleskopas yra optinis prietaisas, skirtas akimis apžiūrėti labai nutolusius objektus. Kaip ir mikroskopą, jis susideda iš objektyvo ir okuliaro; abi yra daugiau ar mažiau sudėtingos optinės sistemos, nors ir ne tokios sudėtingos kaip mikroskopo atveju; tačiau schematiškai juos pavaizduosime plonais lęšiais. Teleskopuose objektyvas ir okuliaras yra išdėstyti taip, kad galinis objektyvo židinys beveik sutampa su priekiniu okuliaro židiniu (253 pav.). Objektyvas pateikia realų priartintą atvirkštinį be galo nutolusio objekto vaizdą galinėje židinio plokštumoje; Šis vaizdas žiūrimas per okuliarą, tarsi padidinamąjį stiklą. Jei priekinis okuliaro židinys sutampa su galiniu objektyvo židiniu, tai žiūrint į tolimą objektą, iš okuliaro atsiranda lygiagrečių spindulių pluoštai, kuriuos patogu stebėti normalia akimi esant ramiai (be akomodacijos) ( plg. § 114). Bet jei stebėtojo regėjimas šiek tiek skiriasi nuo įprasto, tada okuliaras perkeliamas, nustatant jį „akyse“. Judinant okuliarą, teleskopo „taikymas“ taip pat gaunamas tiriant objektus, esančius skirtingais, ne itin dideliais atstumais nuo stebėtojo.
Ryžiai. 253. Objektyvo ir okuliaro vieta teleskope: fokusavimas atgal. Objektyvas sulygiuotas su priekiniu okuliaro židiniu
Teleskopo objektyvas visada turi būti surinkimo sistema, o okuliaras gali būti surinkimo arba sklaidos sistema. Teleskopas su surenkančiu (teigiamu) okuliaru vadinamas Keplerio vamzdeliu (254 pav., a), vamzdelis su sklaidančiu (neigiamu) okuliaru – Galilėjaus vamzdžiu (254 pav., b). 1 teleskopo objektyvas suteikia tikrą atvirkštinį tolimo objekto vaizdą jo židinio plokštumoje. Iš taško besiskiriantis spindulių pluoštas krenta ant okuliaro 2; kadangi šie spinduliai sklinda iš okuliaro židinio plokštumos taško, iš jo išeina spindulys lygiagrečiai antrinei okuliaro optinei ašiai kampu pagrindinei ašiai. Patekę į akį, šie spinduliai susilieja ant tinklainės ir sukuria tikrą šaltinio vaizdą.
Ryžiai. 254. Spindulių kelias teleskope: a) Keplerio vamzdis; b) Galilėjaus vamzdis
Ryžiai. 255. Spindulių kelias prizminio lauko žiūronuose (a) ir jo išvaizda (b). Rodyklės krypties pokytis rodo vaizdo „apsukimą“ spinduliams prasiskverbus pro sistemos dalį
(Galilėjaus vamzdžio (b) atveju akis nerodoma, kad nebūtų netvarkinga brėžinys.) Kampas yra kampas, kurį spinduliai, patenkantys į objektyvą, sudaro su ašimi.
Galilėjaus trimitas, dažnai naudojamas įprastuose teatro žiūronuose, suteikia tiesioginį objekto vaizdą, Keplerio trimitas – apverstą. Dėl to, jei Keplerio vamzdis turi būti naudojamas antžeminiam stebėjimui, tada jame yra posūkio sistema (papildomas objektyvas arba prizmių sistema), dėl kurios vaizdas tampa tiesus. Tokio prietaiso pavyzdys – prizminiai žiūronai (255 pav.). Keplerio vamzdžio privalumas yra tas, kad jame yra realus tarpinis vaizdas, kurio plokštumoje galima pastatyti matavimo skalę, fotografavimo plokštelę ir pan.. Dėl to Keplerio vamzdis naudojamas astronomijoje ir visose su matavimais susijusių atvejų.
Daiktai nėra per nutolę?
Tarkime, kad norime gerai apžiūrėti kokį nors santykinai arti esantį objektą. Naudojant Keplerio vamzdelį, tai visiškai įmanoma. Tokiu atveju objektyvo sukurtas vaizdas bus rodomas šiek tiek toliau nei galinė objektyvo židinio plokštuma. O okuliaras turi būti pastatytas taip, kad šis vaizdas būtų okuliaro priekinėje židinio plokštumoje (17.9 pav.) (jei norime stebėjimus atlikti nevargindami akių).
17.1 užduotis. Keplerio vamzdis nustatytas į begalybę. Po to, kai šio vamzdelio okuliaras buvo atitrauktas nuo objektyvo D atstumu l= 0,50 cm, per vamzdį aiškiai matomi daiktai, esantys atstumu d... Nustatykite šį atstumą, jei objektyvo židinio nuotolis F 1 = 50,00 cm.
pajudinus objektyvą šis atstumas tapo lygus
f = F 1 + D l= 50,00 cm + 0,50 cm = 50,50 cm.
Užrašykime objektyvo formulę:
Atsakymas: d„51 m.
SUSTABDYTI! Spręskite patys: B4, C4.
Galilėjaus trimitas
Vis dėlto pirmąjį teleskopą sukūrė ne Kepleris, o italų mokslininkas, fizikas, mechanikas ir astronomas Galileo Galilei (1564-1642) 1609 m. Galilėjaus vamzdyje, skirtingai nei Keplerio vamzdyje, okuliaras yra ne kolektorius, o išsibarstymas lęšis, todėl spindulių kelias jame yra sudėtingesnis (17.10 pav.).
Iš objekto sklindantys spinduliai AB, praeina pro objektyvą – surenkamąjį lęšį O 1, po kurio jie sudaro susiliejančius spindulių pluoštus. Jei tema AB- be galo tolimas, tada jo tikrasis vaizdas ab turėjo pasirodyti objektyvo židinio plokštumoje. Be to, šis vaizdas būtų buvęs sumažintas ir apverstas. Tačiau susiliejantiems spinduliams kelią stoja okuliaras – difuzinis lęšis O 2, kuriam skirtas vaizdas ab yra akivaizdus šaltinis. Okuliaras susiliejantį spindulių spindulį paverčia besiskiriančiu ir sukuria įsivaizduojamas tiesioginis vaizdas A¢ V¢.
Ryžiai. 17.10 val 
Matymo kampas b, kuriuo matome vaizdą A 1 V 1, aiškiai didesnis nei matymo kampas a, po kuriuo matomas objektas AB plika akimi.
Skaitytojas: Kažkaip labai sudėtinga... Bet kaip galima apskaičiuoti vamzdžio kampo padidėjimą?
Ryžiai. 17.11
Objektyvas suteikia tikrą vaizdą A 1 V 1 židinio plokštumoje. Dabar prisiminkime apie okuliarą – difuzinį lęšį, kuriam skirtas vaizdas A 1 V 1 yra akivaizdus šaltinis.
Sukonstruokime šio įsivaizduojamo šaltinio vaizdą (17.12 pav.).
1. Nubrėžkime spindulį V 1 O per optinį lęšio centrą – šis spindulys nelūžta.
Ryžiai. 17.12 val
2. Patraukime iš taško V 1 sija V 1 SU lygiagrečiai pagrindinei optinei ašiai. Prieš kertant objektyvą (skyrius CD) Ar labai tikras spindulys, ir šioje srityje DB 1 yra grynai „protinė“ linija – iki taško V 1 tikrovėje Rėjus CD nepasiekia! Jis lūžta taip, kad tęsinys lūžusio pluošto eina per pagrindinį priekinį difuzinio lęšio židinį – tašką F 2 .
Sijos kirtimas 1 su nuolatiniu spinduliu 2 suformuoti tašką V 2 - įsivaizduojamo šaltinio vaiduoklis V vienas . Iškritimas iš taško V 2 statmenai pagrindinei optinei ašiai, gauname tašką A 2 .
Dabar atkreipkite dėmesį, kad kampas, kuriuo vaizdas matomas iš okuliaro, yra A 2 V 2 yra kampas A 2 OV 2 = b. Iš D A 1 OV 1 kampas. Vertė | d| galima rasti iš okuliaro objektyvo formulės: čia įsivaizduojamasšaltinis suteikia įsivaizduojamas vaizdas yra difuziniame objektyve, todėl objektyvo formulė yra tokia:
.
Jei norime, kad stebėjimas būtų įmanomas be akių įtempimo, virtualus vaizdas A 2 V 2 turi būti "siunčiamas" iki begalybės: | f| ® ¥. Tada iš okuliaro išeis lygiagrečiai spindulių pluoštai. Ir įsivaizduojamas šaltinis A 1 V 1, nes tai turi būti difuzinio lęšio galinėje židinio plokštumoje. Iš tiesų, už | f | ® ¥
.
Šis „ribinis“ atvejis schematiškai parodytas Fig. 17.13 val.
Iš D A 1 O 1 V 1
h 1 = F 1 a, (1)
Iš D A 1 O 2 V 1
h 1 = |F 1 | b, (2)
Sulyginę (1) ir (2) lygybių dešiniąsias puses, gauname
.
Taigi, mes gavome Galileo vamzdžio kampinį padidinimą
Kaip matote, formulė labai panaši į atitinkamą Keplerio vamzdžio formulę (17.2).
Galileo vamzdžio ilgis, kaip matyti iš Fig. 17,13 yra lygus
l = F 1 – |F 2 |. (17.14)
17.2 užduotis. Teatro žiūronų objektyvas yra susiliejantis objektyvas su židinio nuotoliu F 1 = 8,00 cm, o su okuliaru - difuzinis objektyvas su židinio nuotoliu F 2 = –4,00 cm . Koks yra atstumas tarp objektyvo ir okuliaro, jei vaizdas žiūrimas akimis iš geriausio matymo atstumo? Kiek reikia pajudinti okuliarą, kad vaizdą būtų galima žiūrėti akimis, patalpinta į begalybę?
Šis vaizdas okuliaro atžvilgiu atlieka įsivaizduojamo šaltinio, esančio per atstumą, vaidmenį a už okuliaro plokštumos. Vaiduoklių vaizdas S 2, duotas okuliaro, yra per atstumą d 0 prieš okuliaro plokštumą, kur d 0 – įprastos akies geriausio regėjimo atstumas.
Užrašykime okuliaro objektyvo formulę:
Atstumas tarp objektyvo ir okuliaro, kaip parodyta Fig. 17.14 yra lygus
l = F 1 – a= 8,00 - 4,76 "3,24 cm.
Tuo atveju, kai akis prisitaiko prie begalybės, vamzdžio ilgis pagal (17.4) formulę yra lygus
l 1 = F 1 – |F 2 | = 8,00 - 4,00 "4,00 cm.
Todėl okuliaro poslinkis yra
D l = l - l 1 = 4,76–4,00 "0,76 cm.
Atsakymas: l"3,24 cm; D l"0,76 cm.
SUSTABDYTI! Spręskite patys: B6, C5, C6.
Skaitytojas: O ar Galilėjaus trimitas gali suteikti vaizdą ekrane?
 Ryžiai. 17.15 val |
Žinome, kad besiskiriantis objektyvas gali duoti teisingą vaizdą tik vienu atveju: jei įsivaizduojamas šaltinis yra už objektyvo prieš galinį fokusą (17.15 pav.).
17.3 užduotis. Galileo vamzdinis objektyvas suteikia tikrą Saulės vaizdą židinio plokštumoje. Kokiu atstumu tarp objektyvo ir okuliaro galite gauti ekrane Saulės vaizdą, kurio skersmuo yra tris kartus didesnis už tikrąjį vaizdą, kuris būtų gautas be okuliaro. Objektyvo židinio nuotolis F 1 = 100 cm, okuliaras - F 2 = –15 cm.
Difuzinis lęšis sukuria ekrane galiojašio įsivaizduojamo šaltinio vaizdas yra segmentas A 2 V 2. Ant paveikslėlio R 1 yra tikrojo Saulės vaizdo ekrane spindulys ir R- tikrojo Saulės vaizdo spindulys, sukurtas tik objektyvo (jei nėra okuliaro).
Iš panašumo D A 1 OV 1 ir D A 2 OV 2 gauname:
.
Atsižvelgdami į tai, užsirašykime okuliaro objektyvo formulę d< 0 – источник мнимый, f> 0 - vaizdas galioja:
|d| = 10 cm.
Tada iš fig. 17.16 rasti reikiamą atstumą l tarp okuliaro ir objektyvo:
l = F 1 – |d| = 100 - 10 = 90 cm.
Atsakymas: l= 90 cm.
SUSTABDYTI! Spręskite patys: C7, C8.
Spindulių kelias Galilėjaus vamzdyje.
Išgirdęs apie teleskopo išradimą, garsus italų mokslininkas Galilėjus Galilėjus 1610 m. rašė: „Prieš dešimt mėnesių mūsų ausis pasiekė gandas, kad kažkoks belgas sukonstravo perspektyvą (taip teleskopą pavadino Galilėjus), kurios pagalba matomas. objektai, esantys toli nuo akių, tampa aiškiai atskiriami, tarsi būtų arti. Galilėjus nežinojo teleskopo veikimo principo, tačiau gerai susipažinęs su optikos dėsniais, netrukus atspėjo apie jo sandarą ir pats sukūrė teleskopą. „Pirmiausia padariau švininį vamzdelį, – rašė jis, – į kurio galus įdėjau du akinių stiklus, abu iš vienos pusės plokščius, iš kitos pusės vienas buvo išgaubtas sferinis, kitas – įgaubtas. Padėjęs akį prie įgaubto stiklo, pamačiau pakankamai didelius ir arti esančius objektus. Būtent, jie atrodė tris kartus arčiau ir dešimt kartų didesni nei žiūrint natūralia akimi. Po to sukūriau tikslesnį vamzdelį, vaizduojantį daugiau nei šešiasdešimt kartų padidintus objektus. Už tai, negailėdamas darbo ir lėšų, pasiekiau, kad pasidariau tokius puikius vargonus, kad per juos viskas atrodė tūkstantį kartų didesni ir daugiau nei trisdešimt kartų arčiau, nei žiūrint iš prigimtinių sugebėjimų. „Galileo“ pirmasis suprato, kad akinių ir teleskopų lęšių gamybos kokybė turi būti visiškai skirtinga. Iš dešimties akinių tik vienas buvo tinkamas naudoti teleskopu. Jis ištobulino lęšių technologiją taip, kaip niekada anksčiau. Tai leido jam pagaminti vamzdelį su trisdešimt kartų didinimu, o akinių meistrų teleskopai buvo padidinti tik tris kartus.
Galilėjos teleskopą sudarė du stiklai, iš kurių atsuktas į objektą (lęšis) buvo išgaubtas, tai yra surinkęs šviesos spindulius, o atsuktas į akį (okuliaras) buvo įgaubtas, sklaidantis stiklas. Iš objekto sklindantys spinduliai lūždavo objektyve, tačiau prieš suteikiant vaizdą nukrito ant okuliaro, kuris juos išsklaidė. Su tokiu akinių išdėstymu spinduliai nesudarė tikro vaizdo, jį jau sudarė pati akis, kuri čia sudarė tarsi paties vamzdelio optinę dalį.
Iš paveikslo matyti, kad lęšis O savo židinyje davė realų stebimo objekto vaizdą ba (šis vaizdas yra priešingas, tai galima būtų patikrinti paėmus jį į ekraną). Tačiau tarp vaizdo ir objektyvo įrengtas įgaubtas okuliaras O1 išsklaidė iš objektyvo sklindančius spindulius, neleido jiems susikryžiuoti, taigi neleido susidaryti tikram vaizdui ba. Sklaidantis lęšis suformavo virtualų objekto vaizdą taškuose A1 ir B1, kuris buvo geriausiu žiūrėjimo atstumu. Dėl to „Galileo“ gavo įsivaizduojamą, padidintą, tiesioginį objekto vaizdą. Teleskopo padidinimas lygus objektyvo židinio nuotolio ir okuliaro židinio nuotolio santykiui. Remiantis tuo, gali atrodyti, kad galite gauti savavališkai didelius padidinimus. Tačiau stipriam augimui riboja techninės galimybės: didelio skersmens stiklą šlifuoti labai sunku. Be to, dėl per ilgų židinio nuotolių reikėjo pernelyg ilgo vamzdžio, su kuriuo buvo neįmanoma dirbti. Galilėjaus teleskopų, saugomų Florencijos mokslo istorijos muziejuje, tyrimas rodo, kad pirmasis jo teleskopas padidino 14 kartų, antrasis – 19,5 karto, trečiasis – 34,6 karto.
Nepaisant to, kad Galilėjus negali būti laikomas teleskopo išradėju, jis neabejotinai pirmasis jį sukūrė moksliškai, pasinaudodamas žiniomis, kurias optikai žinojo XVII amžiaus pradžioje, ir pavertė jį galingu įrankiu. moksliniams tyrimams. Jis buvo pirmasis žmogus, pažvelgęs į naktinį dangų pro teleskopą. Todėl jis matė tai, ko dar niekas nebuvo matęs. Visų pirma, Galilėjus bandė pažvelgti į mėnulį. Jo paviršiuje buvo kalnai ir slėniai. Saulės spinduliuose blizgėjo kalnų ir cirkų viršūnės, o slėniuose juodavo ilgi šešėliai. Šešėlių ilgio matavimas leido „Galileo“ apskaičiuoti Mėnulio kalnų aukštį. Nakties danguje jis atrado daug naujų žvaigždžių. Pavyzdžiui, Plejadų žvaigždyne buvo daugiau nei 30 žvaigždžių, o anksčiau buvo tik septynios. Oriono žvaigždyne – 80, o ne 8. Paukščių takas, anksčiau laikytas šviečiančiomis poromis, teleskopu suskilo į daugybę atskirų žvaigždžių. Didžiajai Galilėjaus nuostabai, žvaigždės teleskope atrodė mažesnės nei stebimos plika akimi, nes jos prarado aureolę. Vietoj to, planetos atrodė kaip maži diskai kaip mėnulis. Nukreipdamas vamzdį į Jupiterį, Galilėjus pastebėjo keturis mažus šviesulius, judančius erdvėje kartu su planeta ir keičiančius savo padėtis jos atžvilgiu. Po dviejų mėnesių stebėjimų Galilėjus spėjo, kad tai yra Jupiterio palydovai, ir pasiūlė, kad Jupiteris yra daug kartų didesnis už Žemę. Tyrinėdamas Venerą, Galilėjus atrado, kad jos fazės panašios į mėnulio fazes, todėl turi suktis aplink Saulę. Galiausiai, stebėdamas Saulę per violetinį stiklą, jis aptiko jos paviršiuje dėmių ir iš jų judėjimo nustatė, kad Saulė sukasi apie savo ašį.
Visus šiuos nuostabius atradimus „Galileo“ padarė per gana trumpą laiką teleskopo dėka. Amžininkams jie padarė nuostabų įspūdį. Atrodė, kad nuo visatos nukrito paslapties šydas ir ji pasiruošusi atverti žmogui savo giliausias gelmes. Koks didelis susidomėjimas astronomija tuo metu, matyti iš to, kad tik Italijoje Galilėjus iškart gavo užsakymą šimtui savo sistemos prietaisų. Kitas iškilus to meto astronomas Johanesas Kepleris vienas pirmųjų įvertino Galilėjaus atradimus. 1610 m. Kepleris išrado iš esmės naują teleskopo dizainą, sudarytą iš dviejų abipus išgaubtų lęšių. Tais pačiais metais jis išleido savo pagrindinį veikalą „Dioptrika“, kuriame išsamiai išnagrinėjo teleskopų ir apskritai optinių instrumentų teoriją. Pats Kepleris negalėjo surinkti teleskopo – tam neturėjo nei lėšų, nei kvalifikuotų padėjėjų. Tačiau 1613 m., pagal Keplerio schemą, kitas astronomas Scheineris pastatė savo teleskopą.
Įkeliama...