Deși telescoapele reflectorizante produc alte tipuri de aberații optice, acesta este un design care poate atinge ținte cu diametru mare. Aproape toate telescoapele majore utilizate în cercetarea astronomică sunt astfel. Telescoapele reflectorizante sunt disponibile într-o varietate de modele și pot folosi elemente optice suplimentare pentru a îmbunătăți calitatea imaginii sau pentru a poziționa imaginea într-o poziție avantajoasă din punct de vedere mecanic.
Caracteristicile telescoapelor reflectorizante
Ideea că oglinzile curbate se comportă ca lentilele se întoarce cel puțin la tratatul de optică al lui Alphazen din secolul al XI-lea, o lucrare care a circulat pe scară largă în traducerile latine în Europa modernă timpurie. La scurt timp după inventarea telescopului cu refracție de către Galileo, Giovanni Francesco Sagredo și alții, inspirați de cunoștințele lor despre principiile oglinzilor curbate, au discutat ideea de a construi un telescop folosind o oglindă înca instrument de imagistică. Bolognezul Cesare Caravaggi ar fi construit primul telescop reflector în jurul anului 1626. Profesorul italian Niccolo Zucci, într-o lucrare ulterioară, a scris că a experimentat cu o oglindă concavă de bronz în 1616, dar a spus că nu a dat o imagine satisfăcătoare.
Istoria creației
Beneficiile potențiale ale utilizării oglinzilor parabolice, în primul rând reducerea aberației sferice fără aberația cromatică, au condus la multe proiecte propuse pentru telescoape viitoare. Cel mai remarcabil a fost James Gregory, care a publicat un design inovator pentru un telescop „reflectorizant” în 1663. Au fost nevoie de zece ani (1673) înainte ca omul de știință experimental Robert Hooke să poată construi acest tip de telescop, care a devenit cunoscut sub numele de telescopul gregorian.
Isaac Newton a fost în general creditat cu construirea primului telescop reflectorizant-refractor în 1668. A folosit o oglindă primară metalică sferică și una mică diagonală într-o configurație optică, numită telescop newtonian.
Dezvoltare ulterioară
În ciuda avantajelor teoretice ale designului reflectorului, complexitatea designului și performanța slabă a oglinzilor metalice folosite la acea vreme au însemnat că a durat peste 100 de ani pentru ca acestea să devină populare. Multe dintre progresele în domeniul telescoapelor reflectorizante au inclus îmbunătățiri în fabricarea oglinzilor parabolice în secolul al XVIII-lea.secolul, oglinzi din sticlă acoperită cu argint în secolul al XIX-lea, acoperiri durabile din aluminiu în secolul al XX-lea, oglinzi segmentate pentru a oferi diametre mai mari și optică activă pentru a compensa deformarea gravitațională. O inovație de la mijlocul secolului XX au fost telescoapele catadioptice, cum ar fi camera Schmidt, care utilizează atât o oglindă sferică, cât și o lentilă (numită placă corectoare) ca elemente optice primare, utilizate în principal pentru imagini la scară mare fără aberații sferice.
La sfârșitul secolului al XX-lea, dezvoltarea opticii adaptive și a imaginii de succes pentru a depăși problemele asociate cu observarea și reflectarea telescoapelor este omniprezentă pe telescoapele spațiale și pe multe tipuri de instrumente de imagistică a navelor spațiale.
Oglinda primară curbilinie este principalul element optic al telescopului și creează o imagine în planul focal. Distanța de la oglindă la planul focal se numește distanță focală. Un senzor digital poate fi plasat aici pentru a înregistra o imagine sau poate fi adăugată o oglindă suplimentară pentru a modifica caracteristicile optice și/sau a redirecționa lumina către film, senzor digital sau ocular pentru observație vizuală.
Descriere detaliată
Oglinda principală din majoritatea telescoapelor moderne constă dintr-un cilindru solid de sticlă a cărui suprafață frontală este șlefuită într-o formă sferică sau parabolică. Pe lentilă se evacuează un strat subțire de aluminiu, formându-seoglindă reflectorizant la prima suprafață.
Unele telescoape folosesc oglinzi primare care sunt realizate diferit. Sticla topită se rotește pentru a-și face suprafața paraboloidală, se răcește și se solidifică. Forma oglinzii rezultată aproximează forma dorită a paraboloidului, care necesită șlefuire și lustruire minimă pentru a obține o cifră precisă.
Calitatea imaginii
Telescoapele reflectoare, ca orice alt sistem optic, nu creează imagini „ideale”. Necesitatea de a fotografia obiecte la distanțe până la infinit, de a le vizualiza la diferite lungimi de undă de lumină și de a necesita un anumit mod de vizualizare a imaginii pe care o produce oglinda primară înseamnă că există întotdeauna un anumit compromis în designul optic al unui telescop reflector.
Deoarece oglinda primară concentrează lumina către un punct comun din fața propriei sale suprafețe reflectorizante, aproape toate modelele de telescoape reflectorizante au o oglindă secundară, un suport de film sau un detector în apropierea acestui punct focal, împiedicând parțial lumina să ajungă la primarul oglindă. Acest lucru nu numai că are ca rezultat o oarecare reducere a cantității de lumină pe care sistemul o colectează, dar are ca rezultat și o pierdere a contrastului în imagine din cauza efectelor de obstrucție a difracției, precum și a vârfurilor de difracție cauzate de majoritatea structurilor secundare de sprijin.
Utilizarea oglinzilor evită aberația cromatică,dar creează alte tipuri de aberații. O simplă oglindă sferică nu poate transmite lumina de la un obiect îndepărtat către un focar comun, deoarece reflexia razelor de lumină care lovește oglinda la marginea acesteia nu converge cu cele care se reflectă din centrul oglinzii, defect numit aberație sferică. Pentru a evita această problemă, cele mai avansate modele de telescoape reflectorizante folosesc oglinzi parabolice care pot aduce toată lumina într-un focus comun.
Telescopul Gregorian
Telescopul gregorian este descris de astronomul și matematicianul scoțian James Gregory în cartea sa din 1663 Optica Promota ca folosind o oglindă secundară concavă care reflectă imaginea printr-o gaură din oglinda primară. Acest lucru creează o imagine verticală utilă pentru observațiile terestre. Există mai multe telescoape moderne mari care folosesc configurația gregoriană.
Telescopul reflector al lui Newton
Aparatul lui Newton a fost primul telescop reflectorizant de succes, construit de Isaac în 1668. De obicei, are un primar paraboloid, dar la raporturi focale de f/8 sau mai mult, un primar sferic, care poate fi suficient pentru o rezoluție vizuală mare. Un secundar plat reflectă lumina în planul focal de pe partea superioară a tubului telescopului. Acesta este unul dintre cele mai simple și mai puțin costisitoare modele pentru o anumită dimensiune de materie primă și este obișnuit în rândul pasionaților. Calea razelor telescoapelor reflectorizante a fost primacalculat exact pe eșantionul newtonian.
Aparatul Cassegrain
Telescopul Cassegrain (numit uneori „Casegrain clasic”) a fost construit pentru prima dată în 1672, atribuit lui Laurent Cassegrain. Are un primar parabolic și un secundar hiperbolic care reflectă lumina înapoi și în jos printr-o gaură din primar.
Designul telescopului Dall-Kirkham Cassegrain a fost creat de Horace Dall în 1928 și a fost numit într-un articol publicat în Scientific American în 1930, după o discuție între astronomul amator Allan Kirkham și Albert G. Ingalls (editorul revistei la momentul respectiv). Utilizează un primar eliptic concav și un secundar convex. Deși acest sistem este mai ușor de măcinat decât sistemul clasic Cassegrain sau Ritchey-Chrétien, nu este potrivit pentru comă în afara axei. Curbura câmpului este de fapt mai mică decât cea a Cassegrain-ului clasic. Astăzi, acest design este folosit în multe aplicații ale acestor dispozitive minunate. Dar este înlocuit cu omologi electronici. Cu toate acestea, acest tip de aparat este considerat cel mai mare telescop reflectorizant.
