Ja tā padomā, bija tikai laika jautājums, pirms tika izgudrots pirmais teleskops. Cilvēkus tūkstošiem gadu aizrauj kristāli. Daudzi kristāli, piemēram, kvarcs, ir pilnīgi caurspīdīgi. Citi - rubīni - absorbē dažas gaismas frekvences un nodod citas. Kristālu veidošanu sfērās var veikt, to sašķeļot, sabīdot un pulējot - tas noņem asas malas un noapaļo virsmu. Kristāla sadalīšana sākas ar trūkuma atrašanu. Izveidojot puslodi vai kristāla segmentu, tiek izveidotas divas dažādas virsmas. Gaismu savāc izliekta priekšējā virsma un pa plānoto aizmuguri projicē uz konverģences punktu. Tā kā kristāla segmentiem ir smagas līknes, fokusa punkts var atrasties ļoti tuvu pašam kristālam. Īsā fokusa attāluma dēļ kristāla segmenti veido labākus mikroskopus nekā teleskopi.
Mūsdienu teleskopus padarīja iespējamus nevis kristāla segments, bet gan stikla lēca. Izliektas lēcas iznāca no stikla zemes, lai labotu tālredzīgo redzi. Lai arī gan briļļu, gan kristāla segmenti ir izliekti, tālredzīgiem objektīviem ir mazāk smagas līknes. Gaismas stari ir nedaudz saliekti no paralēles. Tāpēc attēls tiek veidots daudz tālāk no objektīva. Tādējādi tiek izveidots pietiekami liels attēlu mērogs, lai veiktu detalizētu cilvēku pārbaudi.
Pirmo lēcu izmantošanu redzes uzlabošanai var izsekot līdz 11. gadsimta Tuvajiem Austrumiem. Arābiešu tekstā (zinātnieka-matemātiķa Al-Hazena uzrakstītais Opticae Thesaurus) norādīts, ka mazu objektu palielināšanai var izmantot kristāla bumbiņu segmentus. 13. gadsimta beigās kāds angļu mūks (iespējams, atsaucoties uz Rodžera Bekona 1267. gada Perspectiva), domājams, ir izveidojis pirmos praktiskos gandrīz fokusa briļļus, lai palīdzētu lasīt Bībeli. Tas bija tikai 1440. gadā, kad Nikolajs no Kusa nozemēja pirmo objektīvu, lai koriģētu tuvredzību -1. Būtu pagājuši vēl četri gadsimti, pirms pašas lēcas formas defektiem (astigmatisms) palīdzētu brilles. (To 1827. gadā paveica britu astronoms Džordžs Airijs aptuveni 220 gadus pēc otra - slavenāks astronoms - Johans Keplers vispirms precīzi aprakstīja lēcu ietekmi uz gaismu.)
Agrākie teleskopi izveidojās tūlīt pēc briļļu slīpēšanas, un tas kļuva par labu tuvredzības un presbiopijas labošanai. Tā kā tālredzīgi objektīvi ir izliekti, tie padara tos par labiem “kolekcionāriem”. Izliekts objektīvs ņem paralēlus starus no attāluma un saliek tos līdz kopējam fokusa punktam. Tādējādi kosmosā tiek izveidots virtuāls attēls - tādu, kuru var rūpīgāk pārbaudīt, izmantojot otro objektīvu. Kolekcionēšanas objektīva priekšrocība ir divējāda: tā apvieno gaismu kopā (palielina tās intensitāti) un pastiprina attēla mērogu - abos apjomos, kas potenciāli ir daudz lielāki, nekā vien pati acs spēj.
Ieliektas lēcas (ko izmanto tuvredzības korekcijai) izstaro gaismu uz āru un padara lietas acij mazākas. Ieliekta lēca var palielināt acs fokusa attālumu ikreiz, kad acs pašas sistēma (fiksēta radzene un morfējošā lēca) nespēj fokusēt attēlu uz tīkleni. Ieliektas lēcas rada labus okulārus, jo tie ļauj acij precīzāk pārbaudīt virtuālo attēlu, ko veido izliekts objektīvs. Tas ir iespējams, jo konverģējošos starus no savākšanas lēcas refrakcijas virzienā uz paralēli izliek ieliekta lēca. Rezultāts ir parādīt tuvumā esošo virtuālo attēlu it kā no liela attāluma. Viens ieliekts objektīvs ļauj acs objektīvam atpūsties, it kā koncentrējoties uz bezgalību.
Izliektu un ieliektu objektīvu apvienošana bija tikai laika jautājums. Mēs varam iedomāties pašu pirmo gadījumu, kad bērni spēlējās ar objektīva dzirnaviņas ikdienas grūdienu - vai, iespējams, kad optiķis jutās aicināts pārbaudīt vienu objektīvu, izmantojot otru. Šādai pieredzei vajadzēja šķist gandrīz maģiskai: Tāls tornis acumirklī aizslīd tā, it kā tuvojas garas pastaigas beigās; neatpazīstami skaitļi pēkšņi tiek uzskatīti par tuviem draugiem; dabiskās robežas - piemēram, kanāli vai upes - tiek pārkāptas tā, it kā dzīvsudraba spārni būtu piestiprināti dziedniecībai…
Tiklīdz radās teleskops, parādījās divas jaunas optiskās problēmas. Gaismas kolekcionēšanas objektīvi rada izliektus virtuālos attēlus. Šī līkne ir nedaudz “bļodas formas” ar apakšējo pusi vērsta novērotāja virzienā. Tas, protams, ir tieši pretējs tam, kā pati acs redz pasauli. Acis redz lietas it kā izkārtotas uz lielas sfēras, kuras centrs atrodas uz tīklenes. Tāpēc kaut kas bija jādara, lai perimetra stari būtu vērsti atpakaļ pret aci. Šo problēmu daļēji atrisināja astronoms Kristians Hjūgens 1650. gados. Viņš to izdarīja, apvienojot vairākus objektīvus kā vienību. Izmantojot divus objektīvus, vairāk perifērisko staru tika novirzīts no savākšanas objektīva uz paralēli. Haigena jaunais okulārs efektīvi saplacināja attēlu un ļāva acij koncentrēties plašākā redzes laukā. Bet šis lauks joprojām vairumā mūsdienu novērotāju izraisīs klaustrofobiju!
Pēdējā problēma bija grūtāk - refrakcijas lēcas saliekt gaismu, pamatojoties uz viļņa garumu vai frekvenci. Jo lielāka frekvence, jo konkrētāka gaismas krāsa ir saliekta. Šī iemesla dēļ objekti, kas attēlo dažādu krāsu gaismu (polihromatisko gaismu), nav redzami vienā un tajā pašā fokusa punktā visā elektromagnētiskajā spektrā. Būtībā objektīvi darbojas līdzīgi prizmām - rada krāsu izplatību, katrai no tām ir savs unikāls fokusa punkts.
Galileo pirmais teleskops tikai atrisināja problēmu pievērst aci tik tuvu, lai palielinātu virtuālo attēlu. Viņa instrumentu veidoja divi objektīvi, kurus atdalīja ar kontrolētu attālumu, lai iestatītu fokusu. Objektīvajam objektīvam bija mazāk izteikta līkne, lai savāktu gaismu un novirzītu to dažādos fokusa punktos atkarībā no krāsas frekvences. Mazāks objektīvs ar smagāku īsāka fokusa garuma izliekumu ļāva Galileo novērojošajai acij pietuvoties attēlam pietiekami tuvu, lai redzētu palielinātu detaļu.
Bet Galileo darbības jomu varēja koncentrēt tikai tuvu okulāra redzamības lauka vidum. Fokusēšanu varēja iestatīt tikai pēc dominējošās krāsas, kuru izstaroja vai atspoguļoja viss, ko Galileo tajā laikā skatīja. Galileo parasti novēroja spilgtus pētījumus - piemēram, Mēness, Venēra un Jupiters -, izmantojot diafragmas atvērumu, un lepojās, ka ir nācis klajā ar ideju!
Christiaan Huygens izveidoja pirmo - Huygenian - okulāru pēc Galileo laika. Šis okulārs sastāv no diviem plakaniski izliektiem objektīviem, kas vērsti pret savākšanas objektīvu - nevis no viena ieliekta objektīva. Abu objektīvu fokusa plakne atrodas starp objektīva un acs objektīva elementiem. Divu objektīvu izmantošana izlīdzināja attēla izliekumu, bet tikai aptuveni redzamā redzamības lauka grādos vai vairākos grādos. Kopš Hjūgena laika okulāri ir kļuvuši daudz sarežģītāki. Sākot ar šo oriģinālo daudzkārtības koncepciju, mūsdienu okulāri var pievienot vēl aptuveni pusduci optisko elementu, kas pārkārtoti gan formā, gan pozīcijā. Astronomijas amatieri tagad var iegādāties okulārus pie plaukta, dodot samērā līdzenus laukus, kuru šķietamais diametrs-2 pārsniedz 80 grādus.
Trešā problēma - hromatiski nokrāsoti daudzkrāsu attēli - teleskopijā netika atrisināta, līdz 1670. gados sers Īzaks Ņūtons projektēja un uzbūvēja strādājošu reflektoru teleskopu. Šis teleskops pilnībā likvidēja savākšanas objektīvu - lai arī tam joprojām bija nepieciešams ugunsizturīgs okulārs (kas “viltus krāsā” veicina daudz mazāk nekā objektīvs).
Tikmēr agri mēģinājumi salabot refraktoru bija tos vienkārši padarīt garākus. Tika izstrādāti loku garums līdz 140 pēdām. Nevienam nebija īpaši lielu objektīva diametru. Šādiem satriecošiem dynasauriem bija nepieciešams patiesi piedzīvojumu novērotājs, lai tos izmantotu, taču tas “mazināja” krāsu problēmu.
Neskatoties uz krāsu kļūdu novēršanu, arī agrīnajiem atstarotājiem bija problēmas. Ņūtona tvērumā izmantots sfēriski samalts spekulācijas spogulis. Salīdzinot ar mūsdienu atstarotāju spoguļu alumīnija pārklājumu, spekulāms ir vājš izpildītājs. Aptuveni trīs ceturtdaļās no alumīnija gaismas savākšanas spējas, spekulāms zaudē apmēram vienu magnitūdu, viegli uztverot. Tādējādi Ņūtona izstrādātais sešu collu instruments izturējās vairāk kā pret mūsdienu 4 collu modeli. Bet tas nav tas, kas apgrūtināja Ņūtona instrumentu pārdošanu, tas vienkārši nodrošināja ļoti sliktu attēla kvalitāti. Un tas bija saistīts ar šī sfēriski zemētā primārā spoguļa izmantošanu.
Ņūtona spogulis neradīja visiem gaismas stariem kopēju fokusu. Vaina neattiecās uz spekulāciju - tā atradās pie spoguļa formas, kas, ja to pagarinātu par 360 grādiem, veidotu pilnu apli. Šāds spogulis nespēj centrālos gaismas starus novirzīt tajā pašā fokusa punktā kā tie, kas atrodas tuvāk malai. Tas notika tikai līdz 1740. gadam, kad Skotijas Džons Īss laboja šo problēmu (attiecībā uz gaismas asi), parabolizējot spoguli. Īsumā to paveicām ļoti praktiski: Tā kā paralēli stari tuvāk sfēriskā spoguļa centram pārsniedz malējos starus, kāpēc gan ne tikai padziļināt centru un iedziļināt tos iekšā?
Tikai 1850. gados sudrabs aizstāja spektru kā izvēlēto spoguļa virsmu. Protams, visiem vairāk nekā 1000 paraboliskajiem reflektoriem, ko izgatavoja Džons Īss, visiem bija spekulācijas spoguļi. Un sudrabs, tāpat kā speculum, laika gaitā diezgan ātri zaudē atstarošanos līdz oksidācijai. Līdz 1930. gadam pirmie profesionālie teleskopi tika pārklāti ar izturīgāku un atstarojošu alumīniju. Neskatoties uz šo uzlabojumu, mazie atstarotāji fokusēšanai rada mazāk gaismas nekā salīdzināmas diafragmas refraktori.
Tikmēr attīstījās arī refraktori. Džona Trumpa laikā optiķi izdomāja kaut ko Ņūtonam nebija - kā panākt sarkanu un zaļu gaismu, lai saplūstot kopējam fokusa punktam, izmantojot refrakciju. Pirmoreiz to paveica Čestera Mūra zāle 1725. gadā, un ceturksni gadsimtu vēlāk to atklāja Džons Dollands. Hall un Dolland apvienoja divus dažādus objektīvus - vienu izliektu un otru ieliektu. Katrs sastāvēja no atšķirīga stikla veida (vainaga un krama), kas atšķirīgi refrakcijas gaismu (pamatojoties uz refrakcijas rādītājiem). Vainaga stikla izliektais objektīvs nekavējoties veica visu krāsu gaismas savākšanu. Šis saliektais fotons ir uz iekšu. Negatīvais objektīvs saplūda konverģējošo staru nedaudz uz āru. Ja pozitīvā objektīva dēļ sarkanā gaisma pārspīlē fokusu, negatīvā objektīva sarkanā krāsa bija apakšā. Sajaukts sarkans un zaļš, un acs redzēja dzeltenu. Rezultāts bija ahromatiskais refraktora teleskops - tips, kuru šodien iecienījuši daudzi amatieru astronomi, lai lēti, ar mazu diafragmu un platu lauku, bet - īsākiem fokusa koeficientiem - mazāk par ideālu attēla kvalitātes izmantošanu.
Tikai deviņpadsmitā gadsimta vidū optiķiem izdevās iegūt zili violetu krāsu, lai koncentrētos sarkanā un zaļā krāsā. Sākotnēji šī attīstība bija saistīta ar eksotisku materiālu (miltu) izmantošanu kā elementu lieljaudas optisko mikroskopu, nevis teleskopu, divkāršo mērķu sasniegšanā. Trīs elementu teleskopu dizains, izmantojot standarta stikla veidus - tripletus, problēmu atrisināja arī četrdesmit gadus vēlāk (tieši pirms divdesmitā gadsimta).
Mūsdienu astronomi amatieri var izvēlēties no plaša klāsta veidu un ražotāju sortimenta. Visu debesu, acu un debesu pētījumiem nav vienas jomas. Lauka līdzenuma problēmas (īpaši ar ātrajiem Ņūtona teleskopiem) un dūšīgo optisko lampu (kas saistītas ar lieliem refraktoriem) problēmas risinātas ar jaunām optiskām konfigurācijām, kas izstrādātas pagājušā gadsimta trīsdesmitajos gados. Instrumentu tipus - piemēram, SCT (Schmidt-Cassegrain teleskops) un MCT (Maksutov-Cassegrain teleskops), kā arī ūtona-esque Schmidt un Maksutov variantus un slīpā atstarotājus - tagad ražo ASV un visā pasaulē. Katrs tvēruma tips ir izstrādāts, lai risinātu pamatotas vai citas problēmas, kas saistītas ar tvēruma lielumu, masu, lauka līdzenumu, attēla kvalitāti, kontrastu, izmaksām un pārnesamību.
Tikmēr refraktors ir ieņēmis centrālo lomu starp optofiliem - ļaudīm, kas vēlas pēc iespējas augstāku attēla kvalitāti neatkarīgi no citiem ierobežojumiem. Pilnībā apohromatiski (ar krāsu koriģēti) refraktori nodrošina dažus no visvairāk satriecošajiem attēliem, kas pieejami optisko, fotogrāfisko un CCD attēlu izmantošanai. Bet diemžēl šādi modeļi ir ierobežoti ar mazākām atverēm, jo ievērojami augstākas materiālu izmaksas (eksotiski kristāli un stikls ar zemu dispersiju), izgatavošana (jāveido līdz sešām optiskām virsmām) un lielākas nesošās prasības (sakarā ar smagajiem stikla diskiem) ).
Visi mūsdienu dažādie mēroga veidi sākās ar atklājumu, ka divus atšķirīga izliekuma objektīvus var noturēt līdz acīm, lai pārvadītu cilvēka uztveri lielos attālumos. Līdzīgi kā daudzos lielajos tehnoloģiskajos sasniegumos, arī mūsdienu astronomiskais teleskops parādījās no trim galvenajām sastāvdaļām: nepieciešamības, iztēles un pieaugošās izpratnes par enerģijas un vielas mijiedarbību.
Tātad, no kurienes nāca mūsdienu astronomiskais teleskops? Noteikti teleskops ir ilgstoši uzlabojies. Bet varbūt, tikai varbūt, teleskops būtībā ir paša Visuma dāvana, kas dziļi apbrīnojama caur cilvēka acīm, sirdi un prātu ...
-1 Pastāv jautājumi par to, kurš pirmais izveidoja briļļus, kas labo tālredzību un tuvredzību. Maz ticams, ka Abu Ali al-Hasans Ibns al-Haithams vai Rodžers Bekons kādreiz ir izmantojuši objektīvu šādā veidā. Neskaidrs izcelsmes jautājums ir jautājums par to, kā brilles faktiski tika nēsātas. Iespējams, ka pirmais vizuālais palīglīdzeklis vienkārši tika uztverts acīs kā monokss - nepieciešamība pārņemt no turienes. Bet vai tik primitīvu metodi vēsturiski varētu uzskatīt par “briļļa izcelsmi”?
-2 Konkrēta okulāra spēju kompensēt obligāti izliektu virtuālo attēlu galvenokārt ierobežo efektīva fokusa attiecība un tvēruma arhektūra. Tādējādi teleskopi, kuru fokusa attālums daudzkārt pārsniedz apertūras atvērumu, ir mazāks par momentāno līkni “attēla plaknē”. Tikmēr apgaismes ķermeņiem, kas sākotnēji refrakcijas gaismu (katadioptiķi, kā arī refraktori) ir priekšrocība, jo tie labāk apstrādā gaismas ārpus ass. Abi faktori palielina projicētā attēla izliekuma rādiusu un vienkāršo okulāra uzdevumu parādīt acij plakanu lauku.
Par autoru:
Iedvesmojoties no 1900. gada sākuma šedevra: “Debesis caur trīs, četru un piecu collu teleskopiem”, Džefs Bārbors sāka astronomijas un kosmosa zinātnes sākumu septiņu gadu vecumā. Pašlaik Džefs lielu laika daļu velta debesu novērošanai un vietnes Astro.Geekjoy uzturēšanai.
