Teleskop -Telescope

100-calowy (2,54 m) teleskop Hooker w Obserwatorium Mount Wilson niedaleko Los Angeles, USA, używany przez Edwina Hubble'a do pomiaru przesunięć ku czerwieni galaktyki i odkrywania ogólnej ekspansji Wszechświata.

Teleskop to przyrząd optyczny wykorzystujący soczewki , zakrzywione lustra lub kombinację obu do obserwacji odległych obiektów lub różne urządzenia używane do obserwacji odległych obiektów poprzez ich emisję, absorpcję lub odbicie promieniowania elektromagnetycznego. Pierwszymi znanymi praktycznymi teleskopami były teleskopy refrakcyjne ze szklanymi soczewkami , wynalezione w Holandii na początku XVII wieku. Były wykorzystywane zarówno do zastosowań naziemnych, jak i astronomii .

Teleskop zwierciadlany , który wykorzystuje lustra do zbierania i skupiania światła, został wynaleziony w ciągu kilku dekad od pierwszego teleskopu refrakcyjnego. W XX wieku wynaleziono wiele nowych typów teleskopów, w tym radioteleskopy w latach 30. i teleskopy na podczerwień w latach 60. XX wieku. Słowo „ teleskop ” odnosi się obecnie do szerokiej gamy instrumentów zdolnych do wykrywania różnych obszarów widma elektromagnetycznego , aw niektórych przypadkach do innych typów detektorów.

Etymologia

Słowo „ teleskop ” zostało wymyślone w 1611 roku przez greckiego matematyka Giovanniego Demisiani dla jednego z instrumentów Galileo Galilei zaprezentowanego na bankiecie w Accademia dei Lincei . W Gwiaździstym Posłańcu Galileusz użył łacińskiego terminu perspicillum . Rdzeń tego słowa pochodzi od starożytnej greki τῆλε, zromanizowanej tele 'daleko' i σκοπεῖν, skopein 'patrzyć lub widzieć'; τηλεσκόπος, teleskopos „dalekowidzące”.

Historia

Teleskop z XVII wieku

Najwcześniejszym istniejącym wzmianką o teleskopie był patent z 1608 r. zgłoszony rządowi w Holandii przez producenta okularów z Middelburga Hansa Lipperheya na teleskop refrakcyjny . Rzeczywisty wynalazca jest nieznany, ale wieść o nim rozeszła się po Europie. Galileusz usłyszał o tym iw 1609 zbudował własną wersję i dokonał teleskopowych obserwacji obiektów niebieskich.

Pomysł, że obiektyw lub element zbierający światło może być lustrem zamiast soczewki, był badany wkrótce po wynalezieniu teleskopu refrakcyjnego. Potencjalne zalety stosowania luster parabolicznych — redukcja aberracji sferycznej i brak aberracji chromatycznej — doprowadziły do ​​wielu proponowanych projektów i kilku prób zbudowania teleskopów zwierciadlanych . W 1668 r. Isaac Newton zbudował pierwszy praktyczny teleskop zwierciadlany o konstrukcji, która teraz nosi jego imię, Newtonowski reflektor .

Wynalezienie soczewki achromatycznej w 1733 r. częściowo skorygowało aberracje kolorów występujące w prostej soczewce i umożliwiło budowę krótszych, bardziej funkcjonalnych teleskopów refrakcyjnych. Teleskopy zwierciadlane, choć nie ograniczone przez problemy z kolorami widoczne w refraktorach, były utrudnione przez zastosowanie szybko matowiących metalowych luster wziernikowych stosowanych w XVIII i na początku XIX wieku - problem został złagodzony przez wprowadzenie w 1857 roku posrebrzanych luster szklanych i aluminizowanych lustra w 1932 roku. Maksymalny rozmiar fizyczny teleskopów refrakcyjnych wynosi około 1 metra (39 cali), co oznacza, że ​​zdecydowana większość dużych optycznych teleskopów badawczych budowanych od przełomu XIX i XX wieku to reflektory. Największe teleskopy zwierciadlane mają obecnie obiektywy większe niż 10 metrów (33 stopy) i trwają prace nad kilkoma projektami o długości 30-40 metrów.

W XX wieku pojawiły się również teleskopy, które pracowały w szerokim zakresie długości fal, od radia po promieniowanie gamma . Pierwszy specjalnie skonstruowany radioteleskop został uruchomiony w 1937 roku. Od tego czasu opracowano wiele różnorodnych złożonych instrumentów astronomicznych.

W kosmosie

Ponieważ atmosfera jest nieprzezroczysta dla większości widma elektromagnetycznego, z powierzchni Ziemi można zaobserwować tylko kilka pasm. Pasma te są widoczne – w bliskiej podczerwieni i część widma fal radiowych. Z tego powodu nie ma naziemnych teleskopów rentgenowskich ani dalekiej podczerwieni, ponieważ trzeba je obserwować z orbity. Nawet jeśli długość fali jest obserwowalna z ziemi, nadal może być korzystne umieszczenie teleskopu na satelicie ze względu na problemy takie jak chmury, widzenie astronomiczne i zanieczyszczenie światłem .

Wady wystrzelenia teleskopu kosmicznego obejmują koszt, rozmiar, łatwość konserwacji i możliwość rozbudowy.

Według widma elektromagnetycznego

Radio, podczerwień, światło widzialne, ultrafiolet, promieniowanie rentgenowskie i promieniowanie gamma
Sześć widoków Mgławicy Krab przy różnych długościach fal światła

Nazwa „teleskop” obejmuje szeroką gamę instrumentów. Większość wykrywa promieniowanie elektromagnetyczne , ale istnieją duże różnice w sposobie, w jaki astronomowie muszą zbierać światło (promieniowanie elektromagnetyczne) w różnych pasmach częstotliwości.

W miarę wydłużania się długości fal łatwiej jest używać technologii antenowej do interakcji z promieniowaniem elektromagnetycznym (chociaż możliwe jest wykonanie bardzo małej anteny). Bliską podczerwień można zbierać podobnie jak światło widzialne, jednak w zakresie dalekiej podczerwieni i submilimetrowej teleskopy mogą działać bardziej jak radioteleskop. Na przykład Teleskop Jamesa Clerka Maxwella prowadzi obserwacje w zakresie od 3 μm (0,003 mm) do 2000 μm (2 mm), ale wykorzystuje paraboliczną antenę aluminiową. Z kolei Teleskop Kosmiczny Spitzera obserwując od około 3 μm (0,003 mm) do 180 μm (0,18 mm) wykorzystuje lustro (optyka odbijająca). Również wykorzystując optykę odbijającą, Kosmiczny Teleskop Hubble'a z Wide Field Camera 3 może prowadzić obserwacje w zakresie częstotliwości od około 0,2 μm (0,002 mm) do 1,7 μm (0,0017 mm) (od światła ultrafioletowego do podczerwonego).

W przypadku fotonów o krótszych długościach fal, przy wyższych częstotliwościach, zamiast optyki w pełni odbijającej stosuje się optykę zwierciadlaną. Teleskopy, takie jak TRACE i SOHO , wykorzystują specjalne lustra do odbijania skrajnego ultrafioletu , dając wyższą rozdzielczość i jaśniejsze obrazy, niż byłoby to możliwe w innym przypadku. Większa przysłona nie tylko oznacza, że ​​zbiera się więcej światła, ale także zapewnia lepszą rozdzielczość kątową.

Teleskopy mogą być również klasyfikowane według lokalizacji: teleskop naziemny, teleskop kosmiczny lub latający teleskop . Można je również sklasyfikować według tego, czy są obsługiwane przez zawodowych astronomów , czy astronomów amatorów . Pojazd lub stały kampus zawierający jeden lub więcej teleskopów lub innych instrumentów nazywany jest obserwatorium .

Radio i submilimetr

patrz podpis
Trzy radioteleskopy należące do Atacama Large Millimeter Array

Teleskopy radiowe to kierunkowe anteny radiowe , które zazwyczaj wykorzystują dużą czaszę do zbierania fal radiowych. Czaszy są czasami zbudowane z przewodzącej siatki drucianej, której otwory są mniejsze niż obserwowana długość fali .

W przeciwieństwie do teleskopu optycznego, który wytwarza powiększony obraz obserwowanego fragmentu nieba, tradycyjna czasza radioteleskopu zawiera pojedynczy odbiornik i rejestruje pojedynczy, zmienny w czasie sygnał charakterystyczny dla obserwowanego obszaru; sygnał ten może być próbkowany na różnych częstotliwościach. W niektórych nowszych konstrukcjach radioteleskopów pojedyncza czasza zawiera szereg kilku odbiorników; jest to znane jako matryca płaszczyzny ogniskowej .

Zbierając i korelując sygnały odbierane jednocześnie przez kilka anten, można obliczyć obrazy o wysokiej rozdzielczości. Takie układy wielopłytkowe znane są jako interferometry astronomiczne, a technika nazywana jest syntezą apertury . „Wirtualne” apertury tych układów mają wielkość zbliżoną do odległości między teleskopami. Od 2005 r. rekordowa wielkość matrycy jest wielokrotnie większa od średnicy Ziemi – przy użyciu kosmicznych teleskopów o bardzo długiej linii bazowej (VLBI), takich jak japońskie HALCA (Highly Advanced Laboratory for Communications and Astronomy) VSOP (VLBI Space) . Obserwatorium) satelita.

Synteza apertury jest obecnie stosowana również w teleskopach optycznych przy użyciu interferometrów optycznych (układów teleskopów optycznych) oraz interferometrii maskującej aperturę w pojedynczych teleskopach zwierciadlanych.

Radioteleskopy są również wykorzystywane do zbierania promieniowania mikrofalowego , które ma tę zaletę, że może przechodzić przez atmosferę oraz międzygwiazdowe chmury gazu i pyłu.

Niektóre radioteleskopy, takie jak Allen Telescope Array , są wykorzystywane przez programy takie jak SETI i Arecibo Observatory do poszukiwania życia pozaziemskiego.

Podczerwień

Widzialne światło

Teleskop w kształcie kopuły z wytłoczonym mocowaniem lustra
Jeden z czterech teleskopów pomocniczych należy do układu Very Large Telescope

Teleskop optyczny zbiera i skupia światło głównie z widzialnej części widma elektromagnetycznego. Teleskopy optyczne zwiększają widoczny rozmiar kątowy odległych obiektów, a także ich pozorną jasność . Aby obraz był obserwowany, sfotografowany, zbadany i przesłany do komputera, teleskopy wykorzystują jeden lub więcej zakrzywionych elementów optycznych, zwykle wykonanych ze szklanych soczewek i/lub luster , do zbierania światła i innego promieniowania elektromagnetycznego w celu dostarczenia tego światła lub promieniowanie do punktu centralnego. Teleskopy optyczne są wykorzystywane w astronomii oraz w wielu instrumentach nieastronomicznych, w tym: teodolitach ( w tym tranzytach ), lunetach obserwacyjnych, lunetach , lornetkach , obiektywach kamer i lunetach . Istnieją trzy główne typy optyczne:

  • Teleskop refrakcyjny wykorzystujący soczewki do tworzenia obrazu.
  • Teleskop zwierciadlany, w którym układ luster tworzy obraz.
  • Teleskop katadioptryczny wykorzystujący lustra w połączeniu z soczewkami w celu utworzenia obrazu.

Imager Fresnela to proponowana ultralekka konstrukcja dla teleskopu kosmicznego, który wykorzystuje soczewkę Fresnela do skupiania światła.

Poza tymi podstawowymi typami optycznymi istnieje wiele podtypów o różnej konstrukcji optycznej sklasyfikowanych według wykonywanego zadania, takich jak astrografy , poszukiwacze komet i teleskopy słoneczne .

Ultrafioletowy

Większość światła ultrafioletowego jest pochłaniana przez atmosferę ziemską, więc obserwacje na tych długościach fal muszą być wykonywane z górnych warstw atmosfery lub z kosmosu.

RTG

patrz podpis
Lustro ogniskujące promieniowanie rentgenowskie teleskopu Hitomi , składające się z ponad dwustu koncentrycznych aluminiowych powłok

Promienie rentgenowskie są znacznie trudniejsze do zebrania i skupienia niż promieniowanie elektromagnetyczne o dłuższych falach. Teleskopy rentgenowskie mogą wykorzystywać optykę rentgenowską , taką jak teleskopy Wolter, składające się z pierścieniowych luster wykonanych z metali ciężkich, które są w stanie odbijać promienie zaledwie o kilka stopni . Lustra są zwykle fragmentem obróconej paraboli i hiperboli lub elipsy . W 1952 roku Hans Wolter nakreślił 3 sposoby na zbudowanie teleskopu przy użyciu tylko tego rodzaju lustra. Przykładami obserwatoriów kosmicznych wykorzystujących ten typ teleskopu są Obserwatorium Einsteina , ROSAT i Obserwatorium Rentgenowskie Chandra . W 2012 roku wystrzelono teleskop rentgenowski NuSTAR, który wykorzystuje optykę konstrukcyjną teleskopu Woltera na końcu długiego rozsuwanego masztu, aby umożliwić fotonowe energie 79 keV.

Promieniowanie gamma

Obserwatorium Compton Gamma Ray wypuszczone na orbitę przez wahadłowiec kosmiczny w 1991 roku

Teleskopy rentgenowskie i gamma o wyższej energii nie skupiają się całkowicie i wykorzystują kodowane maski aperturowe: wzory cieni, które tworzy maska, można zrekonstruować w celu utworzenia obrazu.

Teleskopy rentgenowskie i gamma są zwykle instalowane na wysoko latających balonach lub satelitach krążących wokół Ziemi, ponieważ ziemska atmosfera jest nieprzezroczysta dla tej części widma elektromagnetycznego. Przykładem tego typu teleskopu jest Kosmiczny Teleskop Fermi Gamma, który został wystrzelony w czerwcu 2008 roku.

Wykrywanie bardzo wysokoenergetycznych promieni gamma, o krótszej długości fali i wyższej częstotliwości niż zwykłe promienie gamma, wymaga dalszej specjalizacji. Przykładem tego typu obserwatorium jest naziemny teleskop VERITAS .

Odkrycie w 2012 roku może umożliwić ogniskowanie teleskopów gamma. Przy energiach fotonów większych niż 700 keV, współczynnik załamania zaczyna ponownie rosnąć.

Wykazy teleskopów

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki