Če pomislite na to, je bilo šele izumiti prvi teleskop. Ljudje so že tisočletja očarani nad kristali. Mnogi kristali - na primer kremen - so popolnoma prozorni. Drugi - rubini - absorbirajo nekatere frekvence svetlobe in prenašajo druge. Oblikovanje kristalov v kroglice je mogoče storiti s cepitvijo, premetavanjem in poliranjem - to odstrani ostre robove in zaokroži površino. Seciranje kristala se začne z iskanjem pomanjkljivosti. Ustvarjanje polkrogle - ali kristalnega segmenta - ustvarja dve različni površini. Svetloba se zbira s konveksno sprednjo površino in jo projicira proti ravninski točki z ravninsko podlago. Ker imajo kristalni segmenti hude krivine, je lahko točka ostrenja zelo blizu samega kristala. Zaradi kratkih goriščnih razdalj kristalni segmenti naredijo boljše mikroskope kot teleskopi.
Moderni teleskopi niso bili sposobni doseči le kristalne leče - ampak steklene leče. Konveksne leče so prišle iz steklenih tal, da popravijo daljnovidnost. Čeprav so očala in kristalni segmenti izbočeni, imajo daljnovidne leče manj hude krivine. Žarki svetlobe so od vzporednice le rahlo upognjeni. Zaradi tega je točka, kjer se slika oblikuje, precej bolj oddaljena od objektiva. Tako nastane lestvica slike dovolj velika za podroben pregled ljudi.
Prvo uporabo leč za povečanje vida je mogoče zaslediti na Bližnjem vzhodu 11. stoletja. Arabsko besedilo (Opticae Thesaurus, ki ga je napisal znanstvenik-matematik Al-Hazen) ugotavlja, da bi lahko odseke kristalnih kroglic uporabili za povečevanje majhnih predmetov. V poznem 13. stoletju naj bi angleški menih (ki se morda nanaša na Perspectiva Rogerja Bacona iz leta 1267) ustvaril prve praktične očala v bližini, ki so pomagali pri branju Svetega pisma. Šele leta 1440, ko je Nicholas od Kusa prizemljil prvo lečo, ki je popravila bližino -1. In minilo bi še štiri stoletja, preden bi pomanjkljivosti same oblike leče (astigmatizem) pomagale množici očal. (To je opravil britanski astronom George Airy leta 1827, približno 220 let za drugim - bolj znan astronom - Johann Kepler je prvi natančno opisal vpliv leč na svetlobo.)
Najzgodnejši teleskopi so se pojavili takoj, ko se je spektakularno brušenje uveljavilo kot sredstvo za odpravo tako miopije kot prezbiopije. Ker so daljnovidne leče konveksne, naredijo dobre „zbiralce“ svetlobe. Konveksna leča vzame vzporedne pramene z razdalje in jih upogne v skupno točko ostrenja. Tako nastane virtualna slika v vesolju - takšna, ki jo je mogoče natančneje pregledati z drugo lečo. Vrlina zbiralne leče je dvojna: združuje svetlobo (povečuje svojo intenzivnost) - in poveča lestvico slike - tako do stopnje, ki je potencialno veliko večja, kot je sposobno samo oko.
Konkavne leče (ki se uporabljajo za popravljanje kratkovidnosti) potujejo svetlobo navzven in da bi se oko videlo manjše. Konkavna leča lahko poveča goriščno razdaljo očesa, kadar lastni sistem očesa (fiksna roženica in leča za morfiranje) ne zmanjša koncentracije slike na mrežnici. Konkavne leče so dobra okularja, saj omogočajo očesu natančnejši pregled virtualne slike, ki jo oddaja konveksna leča. To je možno, ker konvergentni žarki z zbiralne leče ločijo proti vzporedniku konkavno lečo. Učinek je prikazovanje bližnje virtualne slike kot na veliki razdalji. Enojna konkavna leča omogoča, da se očesna leča sprosti, kot da je osredotočena na neskončnost.
Združevanje konveksnih in konkavnih leč je bilo le vprašanje časa. Lahko si predstavljamo prvo priložnost, ki se je zgodila, ko so se otroci igrali z mlinčkom leče na dan - ali morda takrat, ko se je optik čutil poklicanega, da pregleda eno lečo z drugo. Takšna izkušnja se je verjetno zdela skoraj čarobna: oddaljeni stolp se v trenutku zasuka, kot da bi se mu približal na koncu dolgega sprehoda; nerazpoznavne figure se nenadoma vidijo kot tesne prijateljice; naravne meje - na primer kanali ali reke - se preskočijo, kot da bi bila Merkurjeva lastna krila pritrjena na zdravilce ...
Ko se je teleskop pojavil, sta se predstavila dva nova optična problema. Leče za zbiranje svetlobe ustvarjajo ukrivljene virtualne slike. Ta krivulja je rahlo „skledasto oblikovana“, dno pa je obrnjeno proti opazovalcu. To je seveda ravno nasprotno od tega, kako oko samo vidi svet. Kajti oko vidi stvari, kot da so razporejene na veliki sferi, katere središče leži na mrežnici. Torej je bilo treba nekaj narediti, da bi povlekli obodne žarke proti očesu. To težavo je delno rešil astronom Christiaan Huygens v 1650-ih. To je storil tako, da je združil več leč skupaj kot enoto. Uporaba dveh leč je prinesla več perifernih žarkov od zbiralne leče proti vzporedniku. Huygen je z novim okularjem učinkovito spravil sliko in očesu omogočil, da se osredotoči na širše vidno polje. Toda to polje bi pri večini današnjih opazovalcev še vedno povzročalo klavstrofobijo!
Končna težava je bila bolj razrešljiva - ločljive leče upogibajo svetlobo glede na valovno dolžino ali frekvenco. Večja kot je frekvenca, bolj upognjena je določena barva svetlobe. Zaradi tega predmeti, ki prikazujejo svetlobo različnih barv (polikromatska svetloba), niso vidni na isti točki ostrenja v elektro-magnetnem spektru. Leče delujejo na podoben način kot prizme - ustvarjajo širjenje barv, vsaka ima svojo edinstveno žarišče.
Prvi teleskop Galileo je le rešil problem približevanja oči, da bi lahko povečali navidezno sliko. Njegov instrument je bil sestavljen iz dveh leč, ki jih je mogoče ločiti z nadzorovano razdaljo, da se nastavi fokus. Objektiv je imel manj strogo krivuljo, da je zbiral svetlobo in jo pripeljal do različnih točk ostrenja, odvisno od barvne frekvence. Manjša leča - močnejša krivulja s krajšo goriščno razdaljo - je Galileovemu opazovalnemu očesu omogočila, da se je dovolj približal sliki, da bi videl povečane podrobnosti.
Toda Galileovo območje bi se lahko osredotočilo le na sredino vidnega polja okularja. Osredotočenost je bilo mogoče določiti le na podlagi prevladujoče barve, ki jo oddaja ali odraža, karkoli je Galileo takrat gledal. Galileo je ponavadi opazoval svetle študije - kot so Luna, Venera in Jupiter - z uporabo zaslonke za zaslonko in se ponosen, da je prišel do ideje!
Christiaan Huygens je ustvaril prvi - Huygenian - okular po času Galileja. To okular je sestavljeno iz dveh plano-izbočenih leč, obrnjenih proti zbiralni leči - niti ene konkavne leče. Goriščna ravnina obeh leč leži med elementoma objektiva in očesnimi lečami. Uporaba dveh leč je zravnala krivuljo slike, vendar le za več kot približno toliko stopinj vidnega vidnega polja. Od Huygenovega časa so okularji postali veliko bolj izpopolnjeni. Z začetkom tega prvotnega koncepta večplastnosti lahko današnja okularja dodajo še približno pol ducata ali približno toliko optičnih elementov, preurejenih po obliki in položaju. Amaterski astronomi lahko zdaj kupijo okularje s police, pri čemer imajo navidezno premer-2 razumno ravna polja nad 80 stopinj.
Tretji problem - kromatično odtenkih večbarvnih slik - v teleskopiji ni bil rešen, dokler sir Isaac Newton v 1670-ih ni zasnoval in izdelal delujočega reflektorskega teleskopa. Ta teleskop je v celoti odpravil zbiralno lečo - čeprav je še vedno zahteval uporabo ognjevzdržnega okularja (ki k "lažni barvi" prispeva veliko manj kot cilj).
Medtem so bili zgodnji poskusi pritrditve refraktorja, da bi jih preprosto podaljšali. Obsegali so dolžine do 140 čevljev. Noben ni imel posebej pretiranih premerov leč. Takšni vretenasti dinastirji so zahtevali resnično avanturističnega opazovalca, vendar so to "barvo" zmanjšali.
Kljub odpravljanju barvne napake so imeli težave tudi zgodnji reflektorji. Newtonovo območje je uporabljalo sferično ozemljeno zrcalo. V primerjavi z aluminijasto prevleko sodobnih odsevnih ogledal je speculum šibka izvedba. Pri približno treh četrtinah sposobnost aluminijastega zbiranja svetlobe spekulum izgubi približno eno magnitudo. Tako se je šest-palčni instrument, ki ga je oblikoval Newton, obnašal bolj kot sodobni 4-palčni model. Toda zaradi Newtonovega instrumenta to ni težko prodati, preprosto je zagotavljal zelo slabo kakovost slike. In to zaradi uporabe tega sferično ozemljenega primarnega ogledala.
Newtonovo ogledalo ni prineslo vseh žarkov svetlobe v skupni fokus. Napaka ni ležala s spekulumom - temveč z obliko ogledala, ki bi - če bi se podaljšala za 360 stopinj - naredila popoln krog. Takšno ogledalo ne more pripeljati osrednjih svetlobnih žarkov do iste točke žarišča kot tiste, ki so bližje obodu. Škotlandski John Short je to težavo (za osno osvetlitev) popravil s parabolizacijo ogledala šele leta 1740. Kratek je to dosegel na zelo praktičen način: Ker se vzporedni žarki bližajo središču sferičnega ogledala, prekrivajo mejne žarke, zakaj ne bi samo poglabljali središča in jih ponovno zavili?
Šele leta 1850 je srebro zamenjalo spekulum kot zrcalno površino po izbiri. Seveda je imelo več kot 1000 paraboličnih reflektorjev, ki jih je izdelal John Short, vsa ogledala. In srebro, podobno kot spekulum, s časom precej hitro izgubi odbojnost na oksidacijo. Do leta 1930 so bili prvi profesionalni teleskopi obloženi z bolj trpežnim in odsevnim aluminijem. Kljub temu izboljšanju majhni reflektorji prinašajo manj svetlobe kot osvetljevalci primerljive odprtine.
Medtem so se razvili tudi refraktorji. V času Johna Shorta so optiki ugotovili, kaj Newton še nima - kako doseči rdečo in zeleno luč, da se združi na skupni točki žarišča z lomljenjem. To je prvič izvedel Chester Moor Hall leta 1725 in ga ponovno odkril četrt stoletja pozneje John Dolland. Hall in Dolland sta kombinirala dve različni leči - eno konveksno in drugo konkavno. Vsaka je bila sestavljena iz različnega tipa stekla (krona in kresnica), ki ločuje svetlobo drugače (na podlagi indeksov loma). Konveksna leča kronskega stekla je takoj opravila nabiranje svetlobe vseh barv. Ta je upognila fotone navznoter. Negativna leča je konvergentni žarek nekoliko preselila navzven. Kjer je pozitivna leča povzročila, da je rdeča svetloba premaknila fokus, je negativna leča povzročila, da rdeča svetloba podčrta. Rdeča in zelena sta se pomešala in oko je bilo videti rumeno. Rezultat je bil teleskop akromatičnega refraktorja - vrsta, ki jo danes mnogi ljubiteljski astronomi podpirajo zaradi poceni, majhne zaslonke, širokega polja, vendar - v krajših goriščnih razmerjih - manj od idealne kakovosti slike.
Šele sredi devetnajstega stoletja so optiki uspeli pridobiti modro-vijolično, da bi se v žarišču pridružili rdeči in zeleni barvi. Ta razvoj je sprva izhajal iz uporabe eksotičnih materialov (brazde) kot elementa dvojnih ciljev močnih optičnih mikroskopov - ne teleskopov. Trisočkovni teleskopski zasnovi z uporabo standardnih tipov stekla - trojke - so problem rešili tudi štirideset let pozneje (tik pred dvajsetletjem).
Današnji ljubiteljski astronomi lahko izbirajo med širokim naborom vrst obsega in proizvajalcev. Za vse nebo, oči in nebesne študije ni nobenega območja. Vprašanja gladine polja (zlasti s hitrimi Newtonovimi teleskopi) in zajetnih optičnih cevi (povezanih z velikimi refraktorji) so obravnavale nove optične konfiguracije, razvite v tridesetih letih prejšnjega stoletja. Tipi instrumentov, kot so SCT (teleskop Schmidt-Cassegrain) in MCT (teleskop Maksutov-Cassegrain) ter različice Schmidta in Maksutova v obliki newton-esqueja in poševni reflektorji, se zdaj izdelujejo v ZDA in po vsem svetu. Vsaka vrsta obsega je bila razvita za obravnavo nekaterih veljavnih pomislekov ali drugih, povezanih z velikostjo obsega, velikostjo, ravnostjo polja, kakovostjo slike, kontrastom, stroški in prenosljivostjo.
Medtem so refraktorji zavzeli osrednje mesto med optofili - ljudje, ki želijo najvišjo možno kakovost slike, ne glede na druge omejitve. Popolnoma apokromatski (barvno popravljeni) ognjevzdržni deli zagotavljajo nekaj najbolj osupljivih slik, ki so na voljo za optično, fotografsko in CCD slikanje. Žal pa so takšni modeli omejeni na manjše odprtine zaradi bistveno višjih stroškov materialov (eksotični kristali z nizko disperzijo in stekla), izdelave (do šest optičnih površin mora biti oblikovano) in večjih potreb po nosilnosti (zaradi težkih steklenih diskov ).
Vsa današnja raznovrstnost vrst uporabe se je začela z odkritjem, da lahko dve očesi neenake ukrivljenosti držita do očesa, da prenašata človeško zaznavo na velike razdalje. Tako kot številni veliki tehnološki napredek je tudi sodobni astronomski teleskop nastal iz treh osnovnih sestavin: Nujnost, domišljija in vse večje razumevanje načina medsebojne energije in snovi.
Torej od kod je prišel sodobni astronomski teleskop? Zagotovo je teleskop šel skozi dolgo obdobje nenehnega izboljševanja. Toda morda, le morda, je teleskop v bistvu darilo samega Vesolja, ki izžareva globoko občudovanje skozi človeške oči, srca in um ...
-1 Obstajajo vprašanja, kdo je prvi ustvaril očala, s katerimi je popravil daljnovidnost in vizijo. Ni verjetno, da sta Abu Ali al-Hasan Ibn al-Haitham ali Roger Bacon kdaj uporabljala lečo na ta način. Vprašanje izvornosti je vprašanje, kako so se nosili očala. Verjetno je bila prva vizualna pomoč očem preprosto držala kot monokel - nujnost prevzema od tam. Toda ali bi tako primitivno metodo zgodovinsko označili za "izvor spektakla"?
-2 Sposobnost določenega okularja, da kompenzira nujno ukrivljeno virtualno sliko, je v osnovi omejena z učinkovitim žariščnim razmerjem in obsegom arhetekture. Tako teleskopi, katerih goriščna razdalja je večkrat njihova zaslonka, predstavljajo manj kot trenutno krivuljo na "slikovni ravnini". Medtem imajo merilniki, ki sprva lomijo svetlobo (katadioptiki in refraktorji), prednost pri boljšem ravnanju z osjo. Oba dejavnika povečata polmer ukrivljenosti projicirane slike in poenostavijo nalogo okularja, da očesu predstavi ravno polje.
O avtorju:
Navdušen nad mojstrovino zgodnjih 1900: "Nebo skozi tri, štiri in pet palčne teleskope" je Jeff Barbour pri sedmih letih začel z astronomijo in vesoljsko znanostjo. Trenutno Jeff večino svojega časa namenja opazovanju nebes in vzdrževanju spletne strani Astro.Geekjoy.
