Brytningsteleskop - Refracting telescope
Ett brytningsteleskop (även kallat refraktor ) är en typ av optiskt teleskop som använder en lins som syfte för att bilda en bild (även hänvisad till ett dioptriskt teleskop ). Brytningsteleskopdesignen användes ursprungligen i spionglasögon och astronomiska teleskop men används också för långfokuserade kameralinser . Även om stora brytningsteleskop var mycket populära under andra hälften av 1800 -talet, för de flesta forskningsändamål har brytningsteleskopet ersatts av det reflekterande teleskopet , vilket möjliggör större bländare . En refraktors förstoring beräknas genom att dividera objektivlinsens brännvidd med okularets .
Brytningsteleskop har vanligtvis en lins på framsidan, sedan ett långt rör , sedan ett okular eller instrument på baksidan, där teleskopvyn kommer i fokus. Ursprungligen hade teleskop ett syfte med ett element, men ett sekel senare gjordes två och till och med tre elementlinser.
Brytningsteleskop är en teknik som ofta har tillämpats på andra optiska enheter, såsom kikare och zoomobjektiv / teleobjektiv / långfokuslins .
Uppfinning
Refraktorer var den tidigaste typen av optiskt teleskop . Det första rekordet av ett brytande teleskop dök upp i Nederländerna cirka 1608, då en glasögonmakare från Middelburg vid namn Hans Lippershey utan framgång försökte ta patent på en. Nyheten om patentet sprids snabbt och Galileo Galilei , som råkade vara i Venedig i maj 1609, hörde talas om uppfinningen, konstruerade en egen version och tillämpade den på att göra astronomiska upptäckter.
Brytande teleskopdesigner
Alla brytningsteleskop använder samma principer. Kombinationen av en objektiv lins 1 och någon typ av okular 2 används för att samla mer ljus än det mänskliga ögat kan samla på egen hand, fokuserar det 5 , och presentera betraktaren med en ljusare , klarare , och förstorade virtuella bilden 6 .
Målet i ett brytande teleskop bryter eller böjer ljus . Denna brytning gör att parallella ljusstrålar konvergerar vid en brännpunkt ; medan de som inte är parallella konvergerar till ett fokalplan . Teleskopet omvandlar ett bunt parallella strålar till en vinkel α, med den optiska axeln till ett andra parallellt bunt med vinkeln β. Förhållandet β/α kallas vinkelförstoring. Det är lika med förhållandet mellan näthinnans bildstorlekar som erhålls med och utan teleskopet.
Brytningsteleskop kan komma i många olika konfigurationer för att korrigera för bildorientering och typer av aberration. Eftersom bilden bildades genom ljusböjning eller brytning kallas dessa teleskop för brytningsteleskop eller refraktorer .
Galileansk teleskop
Designen Galileo Galilei använde c. 1609 kallas vanligen ett galileiskt teleskop . Den använde en konvergent (planokonvex) objektivlins och en divergerande (planokonkav) okularlins (Galileo, 1610). Ett galileiskt teleskop, eftersom designen inte har något mellanfokus, resulterar i en icke-inverterad och, med hjälp av vissa enheter, en upprätt bild.
Galileos mest kraftfulla teleskop, med en total längd på 980 millimeter, förstorade föremål cirka 30 gånger. På grund av brister i dess design, såsom linsens form och det smala synfältet, blev bilderna suddiga och förvrängda. Trots dessa brister var teleskopet fortfarande tillräckligt bra för att Galileo skulle kunna utforska himlen. Han använde den för att se kratrar på månen , Jupiters fyra största månar och Venus -faserna .
Parallella ljusstrålar från ett avlägset föremål ( y ) skulle bringas till fokus i objektivlinsens fokalplan ( F ′ L1 / y ′ ). Linsen (divergerande) okular ( L2 ) avlyssnar dessa strålar och gör dem parallella en gång till. Icke-parallella ljusstrålar från objektet som rör sig i en vinkel α1 till den optiska axeln rör sig i en större vinkel ( α2> α1 ) efter att de passerat genom okularet. Detta leder till en ökning av den skenbara vinkelstorleken och är ansvarig för den upplevda förstoringen.
Den slutliga bilden ( y ″ ) är en virtuell bild, belägen i oändlighet och är samma väg upp som objektet.
Keplerian teleskop
Den Keplerian teleskop , uppfanns av Johannes Kepler 1611, är en förbättring av Galileos design. Den använder en konvex lins som okular istället för Galileos konkava. Fördelen med detta arrangemang är att ljusstrålarna som kommer från okularet konvergerar. Detta möjliggör ett mycket bredare synfält och större ögonlindring , men bilden för betraktaren är omvänd. Betydligt högre förstoringar kan nås med denna design, men för att övervinna avvikelser måste den enkla objektivlinsen ha ett mycket högt f-förhållande ( Johannes Hevelius byggde en med en brännvidd på 46 meter och ännu längre slanglös " antenn teleskop "konstruerades). Designen möjliggör också användning av en mikrometer vid brännplanet (för att bestämma vinkelstorleken och/eller avståndet mellan observerade objekt).
Huygens byggde ett luftteleskop för Royal Society of London med ett 19 cm (7,5 ″) objektiv med ett element.
Akromatiska refraktorer
Nästa stora steg i utvecklingen av brytningsteleskop var uppfinningen av den akromatiska linsen , en lins med flera element som hjälpte till att lösa problem med kromatisk aberration och tillät kortare brännvidd. Den uppfanns 1733 av en engelsk advokat vid namn Chester Moore Hall , även om det var oberoende uppfanns och patenterades av John Dollond omkring 1758. Designen vann behovet av mycket långa brännvidder i refraktorer med ett mål gjort av två bitar av glas med olika dispersion , " krona " och " flintglas ", för att minska kromatisk och sfärisk aberration . Varje sida av varje bit slipas och poleras , och sedan monteras de två bitarna ihop. Akromatiska linser korrigeras för att fokusera två våglängder (vanligtvis röda och blåa) i samma plan.
Chester More Hall noteras som att ha gjort det första tvåfärgskorrigerade objektivet 1730.
Dollond achromater var ganska populära på 1700 -talet. Ett stort överklagande var att de kunde göras kortare. Problem med glastillverkning innebar dock att glasmålen inte gjordes mer än cirka fyra tum i diameter.
I slutet av 1800 -talet utvecklade glasstillverkaren Guinand ett sätt att göra glasämnen av högre kvalitet på mer än fyra tum. Han överlämnade också denna teknik till sin lärling Fraunhofer, som vidareutvecklade denna teknik och också utvecklade Fraunhofer dublettlinsdesign. Genombrottet inom glasframställningstekniker ledde till 1800-talets stora refraktorer, som successivt blev större under årtiondet och så småningom nådde över 1 meter i slutet av det århundradet innan de ersattes av reflekterande teleskop av silverförändrat glas i astronomin.
Noterade linsmakare från 1800 -talet inkluderar:
- Alvan Clark
- Brashear
- Chance Brothers
- Cauchoix
- Fraunhofer
- Gautier
- Grubb
- Henry Brothers
- Lerebours
- Trulle
Några kända refraktorer från 1800 -talet är James Lick -teleskopet (91 cm) och Greenwich 28 -tums refraktorn (71 cm). Ett exempel på en äldre refraktor är Shuckburgh -teleskopet (från slutet av 1700 -talet). En berömd refraktor var "Trophy Telescope", som presenterades vid den stora utställningen 1851 i London. De " stora refraktorernas " era på 1800 -talet såg stora akromatiska linser, som kulminerade med den största achromatiska refraktorn som någonsin byggts, Great Paris Exhibition Telescope 1900 .
I Royal Observatory innehåller Greenwich ett instrument från 1838 med namnet Sheepshanks -teleskopet ett mål av Cauchoix. Sheepshanks hade en 17,7 cm bred lins och var det största teleskopet på Greenwich på cirka tjugo år.
En rapport från 1840 från observatoriet om det då nya Sheepshanks-teleskopet med Cauchoix-dubletten:
Kraften och den allmänna godheten hos detta teleskop gör det till ett mycket välkommet tillskott till observatoriets instrument
På 1900 -talet var Zeiss en känd optiktillverkare. Ett exempel på de bästa prestationerna för refraktorer, över 7 miljoner människor har kunnat se genom 12-tums Zeiss-refraktorn vid Griffith Observatory sedan den öppnades 1935; detta är de flesta människor som har sett genom något teleskop.
Achromater var populära inom astronomi för att göra stjärnkataloger, och de krävde mindre underhåll än metallspeglar. Några kända upptäckter som använder achromater är planeten Neptunus och Mars månar .
De långa akromaterna, trots att de hade mindre bländare än de större reflektorerna, gynnades ofta för "prestige" -observatorier. I slutet av 1700 -talet, med några års mellanrum, skulle en större och längre refraktor debutera.
Till exempel debuterade Nice Observatory med 77 centimeter (30,31 tum) refraktor, den största vid den tiden, men överträffades inom bara ett par år.
Apokromatiska refraktorer
Apokromatiska refraktorer har mål byggda med speciella, extra låga spridningsmaterial. De är utformade för att fokusera tre våglängder (vanligtvis rött, grönt och blått) i samma plan. Det återstående färgfelet (tertiärt spektrum) kan vara ned till en storleksordning mindre än det för en akromatisk lins. Sådana teleskop innehåller element av fluorit eller speciellt, extra lågt dispersionsglas (ED) i objektet och ger en mycket skarp bild som är praktiskt taget fri från kromatisk aberration. På grund av de speciella material som behövs vid tillverkningen är apokromatiska refraktorer vanligtvis dyrare än teleskop av andra typer med en jämförbar bländare.
På 1700 -talet gjorde Dollond, en populär tillverkare av dubbletteleskop, också en triplett, även om de inte riktigt var lika populära som de två elementsteleskopen.
Ett av de berömda triplet -målen är Cooke -tripletten , känd för att kunna korrigera Seidal -avvikelser. Det är erkänt som en av de viktigaste objektivdesignerna inom fotografering. Cooke -tripletten kan korrigera, med endast tre element, för en våglängd, sfärisk aberration , koma , astigmatism , fältkurvatur och distorsion .
Tekniska överväganden
Refraktorer lider av kvarvarande kromatisk och sfärisk aberration . Detta påverkar kortare fokalförhållanden mer än längre. En 100 mm ( 6 tum ) f /6 akromatisk refraktor kommer sannolikt att visa avsevärd färgfrans (vanligtvis en lila gloria runt ljusa föremål). En 100 mm (4 tum) f /16 har liten färgkant.
I mycket stora bländare finns det också ett problem med att linsen hänger , ett resultat av gravitation deformerar glas . Eftersom ett objektiv bara kan hållas på plats vid kanten, sjunker mitten av ett stort objektiv på grund av tyngdkraften, vilket förvränger bilderna som det producerar. Den största praktiska linsstorleken i ett brytande teleskop är cirka 1 meter (39 tum).
Det finns ytterligare ett problem med glasdefekter, striae eller små luftbubblor som fastnar i glaset. Dessutom är glas ogenomskinligt för vissa våglängder , och till och med synligt ljus dämpas av reflektion och absorption när det korsar luft-glasgränssnittet och passerar genom själva glaset. De flesta av dessa problem undviks eller minskas i reflekterande teleskop , som kan göras i långt större bländaröppningar och som nästan har ersatt refraktorer för astronomisk forskning.
ISS-WAC på Voyager 1 / 2 använde ett objektiv på 6 cm (2,36 ″), som släpptes ut i rymden i slutet av 1970-talet, ett exempel på användning av refraktorer i rymden.
Applikationer och prestationer
Brytningsteleskop noterades för deras användning inom astronomi såväl som för markbunden visning. Många tidiga upptäckter av solsystemet gjordes med singlet refraktorer.
Användningen av brytande teleskopisk optik är allestädes närvarande inom fotografering och används också i jordens omlopp.
En av de mer kända tillämpningarna av brytningsteleskopet var när Galileo använde det för att upptäcka de fyra största månarna i Jupiter 1609. Dessutom användes tidiga refraktorer också flera decennier senare för att upptäcka Titan, Saturnus största måne, tillsammans med ytterligare tre av Saturns månar.
På 1800 -talet användes brytningsteleskop för banbrytande arbete med astrofotografi och spektroskopi, och det relaterade instrumentet, heliometern, användes för att beräkna avståndet till en annan stjärna för första gången. Deras blygsamma bländare ledde inte till så många upptäckter och vanligtvis så små i bländaren att många astronomiska föremål helt enkelt inte kunde observeras förrän tillkomsten av lång exponering fotografering, då ryktet och finesser i reflekterande teleskop började överstiga refraktorer. Trots detta inkluderar några upptäckter Marsmånarna, en femte måne av Jupiter och många dubbelstjärniga upptäckter inklusive Sirius (hundstjärnan). Refaktorer användes ofta för positionell astronomi, förutom från andra användningsområden för fotografering och terrestral visning.
Singlets
De galileiska månarna och många andra månar i solsystemet upptäcktes med mål med ett element och luftteleskop.
Galileo Galileis upptäckte Jupiters galileiska satelliter 1610 med ett brytande teleskop.
Planeten Saturns måne, Titan , upptäcktes den 25 mars 1655 av den nederländska astronomen Christiaan Huygens .
Dubbletter År 1861 visade sig att den ljusaste stjärnan på natthimlen, Sirius, hade en mindre stjärnkamrat med hjälp av det 18 och en halv tum långa Dearborn-brytningsteleskopet.
Vid 1700 -talet började refraktorerna ha stor konkurrens från reflektorer, som kunde göras ganska stora och normalt inte led av samma inneboende problem med kromatisk aberration. Ändå fortsatte det astronomiska samhället att använda dubbla brytare av blygsam bländare i jämförelse med moderna instrument. Upptäckta upptäckter inkluderar Mars månar och Jupiters femte måne, Amalthea .
Asaph Hall upptäckte Deimos den 12 augusti 1877 cirka 07:48 UTC och Phobos den 18 augusti 1877, vid US Naval Observatory i Washington, DC , cirka 09:14 GMT (samtida källor, med hjälp av den astronomiska konventionen före 1925 som inleddes dagen vid middagstid, ange tidpunkten för upptäckten som 11 augusti 14:40 respektive 17 augusti 16:06 Washington medeltid respektive).
Teleskopet som användes för upptäckten var 26-tums (66 cm) refraktorn (teleskop med lins) som sedan placerades vid Foggy Bottom . 1893 monterades linsen om och sattes i en ny kupol, där den finns kvar på 2000 -talet.
Jupiters måne Amalthea upptäcktes den 9 september 1892 av Edward Emerson Barnard med hjälp av det 91 tum långa refraktorteleskopet vid Lick Observatory . Det upptäcktes genom direkt visuell observation med dubblettlinsbrytaren.
År 1904 var en av de upptäckter som gjordes med hjälp av Great Refractor of Potsdam (ett dubbelteleskop med två dubbletter) av det interstellära mediet . Astronomen professor Hartmann bestämde från observationer av den binära stjärnan Mintaka i Orion att det fanns elementet kalcium i det mellanliggande rummet.
- Trillingar
Planeten Pluto upptäcktes genom att titta på fotografier (dvs "plattor" i astronomins språk) i en blinkande komparator tagen med ett brytande teleskop, en astrograf med ett 13-tums objektiv med 3 element.
Lista över de största brytningsteleskopen
.jpg)
Exempel på några av de största achromatiska brytningsteleskopen, över 60 cm i diameter.
- Stora Paris utställningsteleskop 1900 (1,25 m eller 49 tum) - demonteras efter utställning
- Yerkes -observatoriet (101,6 cm eller 40 tum)
- Svenskt 1 m solteleskop (98 cm)
- Lick Observatory (91 cm)
- Paris Observatory Meudon Great Refractor (83 cm (33 tum), + 62 cm (24 tum))
- Potsdam Great Refractor (80 cm (31 tum), + 50 cm (20 tum))
- Trevligt observatorium (77 cm)
- John Wall (76,20 cm eller 30 tum ) dialytbrytningsteleskop - den största brytaren som byggts av en individ vid Hanwell Community Observatory
- 28-tums Grubb Refractor vid Royal Greenwich Observatory , (71 cm eller 28 tum) bländarlins
- Great Refractor of Vienna Observatory , (69 cm)
- Archenhold Observatory - det längsta brytningsteleskopet som någonsin byggts (68 cm eller 27 tum × 21 m eller 69 fot brännvidd)
- United States Naval Observatory refractor, (66 cm eller 26 tum)
- Newall refractor vid National Observatory of Athens (62,5 cm eller 24,6 tum)
- Lowell -observatorium (61 cm)
Se även
- Astrograf
- Baden-Powells unilens
- Katadioptriska teleskop
- Lista över största optiska brytningsteleskop
- Lista över största optiska teleskop historiskt
- Lista över teleskoptyper
- Reflekterande teleskop
- Star diagonal
- Heliometer