Якщо ви подумаєте над цим, це було лише питання часу, перш ніж був винайдений перший телескоп. Люди захоплювались кристалами тисячоліттями. Багато кристалів - наприклад, кварц - повністю прозорі. Інші - рубіни - поглинають одні частоти світла і пропускають інші. Формування кристалів у сферах можна здійснити за допомогою розщеплення, обертання та полірування - це видаляє гострі краї та округляє поверхню. Розсікання кристала починається з пошуку вади. Створення напівсфери - або кристалічного сегмента - створює дві різні поверхні. Світло збирається опуклим передньою поверхнею і проектується до точки зближення площинною поверхнею. Оскільки сегменти кристалів мають суворі криві, точка фокусу може бути дуже близькою до самого кристала. Через короткі фокусні відстані сегменти кристалів роблять кращі мікроскопи, ніж телескопи.
Не сучасний телескоп зробив можливим не кристалічний сегмент, а скляна лінза. Опуклі лінзи вийшли зі скляного ґрунту, щоб виправити далекоглядний зір. Хоча і окуляри, і кришталеві сегменти є опуклими, далекозорі лінзи мають менш суворі криві. Промені світла лише трохи зігнуті від паралелі. Через це точка, де зображення набуває форми, знаходиться набагато далі від об'єктива. Це створює масштаб зображення досить великий для детального огляду людини.
Перше використання лінз для збільшення зору можна простежити на Близькому Сході 11 століття. Аравійський текст (Opticae Thesaurus, написаний вченим-математиком Аль-Хазеном) зазначає, що сегменти кришталевих кульок можна було використовувати для збільшення невеликих предметів. В кінці 13 століття англійський монах (можливо, посилаючись на Perspectiva Роджера Бекона 1267 р.) Створив перші практичні окуляри з фокусом, які допомагають читати Біблію. Це було лише до 1440 року, коли Микола Кузанський заземлив першу лінзу для виправлення далекозорості -1. І минуло б ще чотири століття, перш ніж дефекти форми лінзи (астигматизм) допоможуть набором окулярів. (Це було здійснено британським астрономом Джорджем Ері в 1827 році, приблизно через 220 років після іншого - більш відомого астронома - Йоганн Кеплер вперше точно описав вплив лінз на світло.)
Найдавніші телескопи сформувалися одразу після того, як шліфування окулярів стало добре встановленим засобом для виправлення як короткозорості, так і пресбіопії. Оскільки далекоглядні лінзи опуклі, вони роблять хороші «колектори» світла. Опукла лінза бере паралельні промені з відстані і згинає їх до загальної точки фокусування. Це створює віртуальне зображення в просторі - таке, яке можна більш ретельно оглянути за допомогою другого об'єктива. Чеснота збираючої лінзи є двоякою: вона поєднує світло разом (збільшуючи його інтенсивність) - і посилює масштаб зображення - як на ступінь, потенційно набагато більшу, ніж здатне лише око.
Увігнуті лінзи (використовуються для корекції далекозорості) відводять світло назовні і роблять речі очей меншими. Увігнута лінза може збільшувати фокусну відстань ока, коли власна система ока (фіксована рогівка та морфіруюча лінза) не вистачає при фокусуванні зображення на сітківці. Увігнуті лінзи роблять хорошими окуляри, оскільки вони дозволяють оці більш уважно оглядати віртуальне зображення, випущене опуклою лінзою. Це можливо, тому що конвергентні промені зі збираючої лінзи заломлюються у напрямку паралелі увігнутою лінзою. Ефект полягає в тому, щоб показати віртуальний образ поблизу як би на великій відстані. Одинарна увігнута лінза дозволяє оку лінзи розслабитися так, ніби зосереджена на нескінченності.
Поєднання опуклих і увігнутих лінз було лише питанням часу. Ми можемо уявити собі перший випадок, який трапляється, коли діти, що граються з трудом дробарки лінзи, - або, можливо, коли оптик почуває себе покликаним оглянути одну лінзу за допомогою іншої. Такий досвід, мабуть, здавався майже магічним: далека вежа миттєво маячить, ніби підходить до кінця довгої прогулянки; невпізнанні постаті раптом бачать близьких друзів; природні межі - такі як канали чи річки - перестрибуються так, ніби власні крила Меркурія були прикріплені до лікувальних органів ...
Як тільки з'явився телескоп, з'явилися дві нові оптичні проблеми. Світлозбірні лінзи створюють вигнуті віртуальні зображення. Ця крива має трохи «мископодібну форму», дно повернене до спостерігача. Це, звичайно, якраз протилежне тому, як саме око бачить світ. Бо око бачить речі так, ніби розміщені на великій кулі, центр якої лежить на сітківці. Тож щось треба було зробити, щоб провести променеві промені назад до ока. Ця проблема була частково вирішена астрономом Крістіаном Гюйгенсом у 1650-х роках. Він зробив це, поєднавши кілька об'єктивів разом як єдине ціле. Використання двох лінз принесло більше периферійних променів від збираючої лінзи до паралелі. Новий окуляр Гюйгена ефективно вирівняв зображення і дозволив оку досягти фокусу в ширшому полі зору. Але це поле все-таки викликало б клаустрофобію у більшості спостерігачів сьогодні!
Остаточна проблема була більш нерозв'язною - заломлюючі лінзи вигинали світло на основі довжини хвилі чи частоти. Чим більша частота, тим більше гнуто певний колір світла. З цієї причини об'єкти, що відображають світло різних кольорів (поліхроматичне світло), не спостерігаються в одній точці фокусу в електромагнітному спектрі. В основному лінзи діють схожими на призми - створюючи поширення кольорів, кожен з яких має свій унікальний фокус.
Перший телескоп Галілея вирішив лише проблему з наближенням очей до збільшення віртуального зображення. Його прилад складався з двох лінз, які можна розділити на контрольовану відстань для встановлення фокусу. Об'єктив мав менш сувору криву для збору світла та підведення його до різних точок фокусування залежно від кольорової частоти. Менший об'єктив - більш сувора крива меншої фокусної відстані - дозволив спостережуваному оці Галілея наблизитися до зображення, щоб побачити збільшені деталі.
Але сферу дії Галілея можна було зосередити лише в середині поля зору окуляра. А фокус можна було встановити лише на основі домінуючого кольору, випромінюваного або відображеного тим, що переглядав Галілей у той час. Галілей зазвичай спостерігав яскраві дослідження - як Місяць, Венера та Юпітер - використовуючи зупинку діафрагми та пишаючись тим, що придумав цю ідею!
Крістіан Гюйгенс створив перший - гейгенський окуляр за часів Галілея. Цей окуляр складається з двох плано-опуклих лінз, звернених до збираючої лінзи, - жодної увігнутої лінзи. Фокусна площина двох лінз лежить між об'єктивними та очними елементами лінзи. Використання двох лінз згладило криву зображення - але лише на кілька балів або близько того ступеня видимого поля зору. З часів Гюйгена окуляри стали набагато складнішими. Починаючи з цієї оригінальної концепції множинності, сьогоднішні окуляри можуть додати ще півдесятка або близько того оптичних елементів, переставлених як за формою, так і за положенням. Астрономи-аматори тепер можуть купувати окуляри з полиці, даючи досить плоскі поля, що перевищують 80 градусів за видимим діаметром-2.
Третя проблема - проблема хроматично відтінених різнокольорових зображень - не була вирішена в телескопії, доки сер Ісаак Ньютон не сконструював та не сконструював робочий телескоп-рефлектор у 1670-х роках. Цей телескоп взагалі усунув збірну лінзу - хоча він все-таки вимагав використання вогнетривкого окуляра (який сприяє набагато меншому «помилковому кольору», ніж об'єктив).
Тим часом ранні спроби виправити рефрактор полягали в тому, щоб просто зробити їх довшими. Обладнання до 140 футів у довжину було розроблено. Жоден не мав особливо непомірних діаметрів лінз. Такі шпигучі диназаври вимагали від справді пригодних спостерігачів, але вони «зменшували» кольорову проблему.
Незважаючи на усунення помилок кольорів, і у ранніх відбивачів виникли проблеми. Область Ньютона використовувала сферично заземлене дзеркало. Порівняно з алюмінієвим покриттям сучасних дзеркальних дзеркал, speculum є слабким виконавцем. Приблизно в три чверті здатність до збору світла алюмінію, спекулум втрачає близько однієї величини при легкому схопленні. Таким чином, шестидюймовий інструмент, розроблений Ньютоном, поводився більше як сучасна 4-дюймова модель. Але це не те, що зробив інструмент Ньютона важким для продажу, він просто забезпечив дуже низьку якість зображення. І це було пов'язано з використанням цього сферично заземленого первинного дзеркала.
Дзеркало Ньютона не принесло всіх променів світла до загальної уваги. Вина не лежала в окулярі - вона лежала у формі дзеркала, яке - якщо воно буде розширене на 360 градусів - складе повне коло. Таке дзеркало не в змозі підвести центральні промені світла до тієї ж точки фокусу, що й ближче до обода. Це було лише до 1740 року, коли Шотландія Джон Шорт виправив цю проблему (для осівого світла), параболізуючи дзеркало. Короткий це досяг дуже практичним чином: оскільки паралельні промені наближаються до центру сферичного дзеркала, перекриваючи крайові промені, чому б не просто поглибити центр і впалити їх?
І лише до 1850-х рр. Срібло замінило зразок як дзеркальну поверхню за вибором. Звичайно, у більш ніж 1000 параболічних відбивачів, виготовлених Джоном Шортом, усі були дзеркала-спекулянти. І срібло, як і спекулум, досить швидко втрачає відбивальну здатність з часом до окислення. До 1930 року перші професійні телескопи були покриті більш міцним і відбиваючим алюмінієм. Незважаючи на таке вдосконалення, невеликі відбивачі приносять менше уваги, ніж рефрактори порівнянної діафрагми.
Тим часом розвивалися і вогнетриви. За часів Джона Шорта оптики з'ясували, що у Ньютона не було - як отримати червоне та зелене світло для злиття в загальній точці фокусу шляхом заломлення. Вперше це здійснив Честер Мур Холл в 1725 році і був відкритий чверть століття пізніше Джоном Долланда. Холл і Долланд поєднали дві різні лінзи - одну опуклу та іншу увігнуту. Кожен складався з різного типу скла (коронка та кремінь), що заломлює світло по-різному (на основі показників заломлення). Опукла лінза коронного скла зробила безпосереднє завдання зібрати світло всіх кольорів. Це зігнуло фотони всередину. Негативна лінза злегка висунула збіжний промінь назовні. Там, де позитивна лінза спричиняла, що червоне світло переніс фокус, негативна лінза спричиняла червоне підкреслення. Червоне і зелене змішалися, і очей побачив жовте. Результатом цього став телескоп ахроматичного рефрактора - тип, який сьогодні багатьма астрономами-любителями сприяє недорога невелика діафрагма, широкополе, але - у коротших фокусних співвідношеннях - менше, ніж ідеальне використання якості зображення.
І лише до середини дев'ятнадцятого століття оптикам вдалося зробити синьо-фіолетовий, щоб приєднатися до червоного та зеленого у фокусі. Ця розробка спочатку виникла з використання екзотичних матеріалів (брауміту) як елемента в дублетних цілях потужних оптичних мікроскопів - а не телескопів. Три конструкції телескопа з використанням стандартних типів скла - трійки - вирішили цю проблему також через сорок років (безпосередньо перед ХХ століттям).
Сьогоднішні астрономи-аматори можуть вибирати з широкого асортименту видів та виробників. Немає жодної сфери для всіх неба, очей та небесних досліджень. Питання плоскосторості поля (особливо з швидкими ньютоновими телескопами) та здоровенні оптичні трубки (пов'язані з великими рефракторами) вирішували нові оптичні конфігурації, розроблені в 30-х роках минулого століття. Типи приладів - такі, як SCT (телескоп Шмідта-Кассеграйна) та MCT (телескоп Максутова-Кассеграйна), а також варіанти Шмідта та Максутова та ньютони та косі відбивачі - зараз випускаються у США та у всьому світі. Кожен тип діапазону розроблений для вирішення певних проблем чи інших питань, пов’язаних із розміром області, об’ємністю, плоскістю поля, якістю зображення, контрастом, вартістю та портативністю.
Тим часом рефрактори займають центральне місце серед оптофілів - люди, які бажають максимально високої якості зображення, незалежно від інших обмежень. Повністю апохроматичні (виправлені кольором) вогнетриви забезпечують одне з найбільш приголомшливих зображень, доступних для використання в оптичних, фотографічних та CCD зображеннях. Але, на жаль, такі моделі обмежуються меншими отворами через значно більші витрати матеріалів (екзотичні кристали з низькою дисперсією та склом), виготовлення (до шести оптичних поверхонь повинно бути сформованим) та більші вимоги до навантаження (через важкі диски скла ).
Всі сьогоднішні різноманітні типи сфери застосування почалися з відкриття, що дві лінзи неоднакової кривизни можуть триматися до ока для транспортування людського сприйняття на великі відстані. Як і багато великих технологічних досягнень, сучасний астрономічний телескоп з'явився з трьох основних компонентів: необхідності, уяви та зростаючого розуміння способу взаємодії енергії та речовини.
То звідки взявся сучасний астрономічний телескоп? Безумовно, телескоп пройшов довгий період постійного вдосконалення. Але, можливо, просто можливо, телескоп, по суті, є даром самого Всесвіту, що викликає глибоке захоплення людськими очима, серцем та розумом ...
-1 Існують питання щодо того, хто вперше створив видовища, виправляючи далекоглядне та далекоглядне враження. Навряд чи Абу Алі аль-Хасан Ібн аль-Хайтам або Роджер Бекон коли-небудь використовували лінзи таким чином. Заплутане питання про походження - питання про те, як насправді носили окуляри. Цілком імовірно, що перша наочна допомога просто трималася для ока як монокль - необхідність перейняти звідти. Але чи такий історичний метод історично можна було б вважати "походженням видовища"?
-2 Здатність конкретного окуляра компенсувати обов'язково вигнутий віртуальний образ принципово обмежена ефективним фокусним співвідношенням та масштабом архетектури. Таким чином, телескопи, фокусна відстань яких у багато разів перевищує їх діафрагму, представляють меншу кількість миттєвої кривої на «площині зображення». Тим часом прилади, які спочатку заломлюють світло (катадіоптика, а також рефрактори), мають перевагу в тому, що вони краще керують поза осі. Обидва фактори збільшують радіус викривлення проектованого зображення та спрощують завдання окуляра представляти рівне поле для ока.
Про автора:
Натхненний шедевром початку 1900 року: "Небо через три, чотири і п'ять дюймових телескопів", Джефф Барбур почав займатися астрономією та космічною наукою у семирічному віці. В даний час Джефф приділяє значну частину свого часу спостереженню за небом та підтримці веб-сайту Astro.Geekjoy.
