Ньютоновский телескоп
Ньютоновский телескоп , также называемый ньютоновским рефлектором или просто ньютоновским , представляет собой тип телескопа-рефлектора, изобретенного английским ученым сэром Исааком Ньютоном , в котором используется вогнутое главное зеркало и плоское диагональное вторичное зеркало . Ньютона Первый телескоп-рефлектор был построен в 1668 году и является самым ранним из известных функциональных телескопов-рефлекторов. [1] Простая конструкция ньютоновского телескопа сделала его очень популярным среди производителей телескопов-любителей . [2]
Описание
[ редактировать ]
Ньютоновский телескоп состоит из главного зеркала или объектива , обычно параболической формы, и плоского вторичного зеркала меньшего размера . Главное зеркало позволяет собирать свет из заостренной области неба, а вторичное зеркало перенаправляет свет от оптической оси под прямым углом, чтобы его можно было рассмотреть в окуляр .
Преимущества ньютоновского дизайна
[ редактировать ]- Они лишены хроматических аберраций, присущих телескопам-рефракторам.
- Ньютоновские телескопы обычно дешевле для любого заданного диаметра объектива (или апертуры ), чем телескопы сопоставимого качества других типов.
- Поскольку есть только одна поверхность, которую необходимо отшлифовать и отполировать до сложной формы, общее изготовление намного проще, чем у других конструкций телескопов ( григорианцы , кассегреновые и ранние рефракторы имели две поверхности, которые нужно было прорисовать . Более поздние объективы ахроматических рефракторов имели четыре поверхности, которые надо придумать).
- короткого фокусного расстояния Легче добиться , что приводит к более широкому полю зрения .
- Окуляр расположен в верхней части телескопа. В сочетании с короткими передаточными числами это позволяет создать гораздо более компактную монтажную систему, снижая стоимость и повышая мобильность.
Недостатки ньютоновского дизайна
[ редактировать ]
- Ньютонианцы, как и другие конструкции телескопов-рефлекторов, использующих параболические зеркала , страдают от комы , внеосевой аберрации, которая приводит к бликам изображения внутрь и к оптической оси (звезды по направлению к краю поля зрения принимают форму кометы ). Эта блика равна нулю на оси, линейна с увеличением угла поля зрения и обратно пропорциональна квадрату фокусного расстояния зеркала, зеркала ( фокусное расстояние деленное на диаметр зеркала). Формула тангенциальной комы третьего порядка : 3θ / 16F², где θ — угол от оси изображения в радианах , а F — фокусное соотношение. Считается, что ньютоновцы с фокусным соотношением f/6 или ниже (например, f/5) впадают в серьезную кому при визуальном или фотографическом использовании. [3] Главные зеркала с низким фокусным соотношением можно комбинировать с линзами, корректирующими кому, чтобы повысить резкость изображения по всему полю. [4]
- Ньютоновцы имеют центральное препятствие из-за вторичного зеркала на пути света. Это препятствие, а также дифракционные всплески , вызванные опорной конструкцией (называемой «пауком») вторичного зеркала, уменьшают контраст. Визуально эти эффекты можно уменьшить, используя двух- или трехногого изогнутого паука. Это уменьшает интенсивность боковых дифракционных лепестков примерно в четыре раза и помогает улучшить контрастность изображения, но потенциальным недостатком является то, что круглые пауки более склонны к вибрации, вызванной ветром.
- Для портативных ньютонов коллимация может стать проблемой. Первичная и вторичная обмотки могут выйти из строя из-за ударов, связанных с транспортировкой и погрузочно-разгрузочными работами. Это означает, что телескоп, возможно, придется повторно выравнивать (коллимировать) каждый раз, когда он устанавливается. Другие конструкции, такие как рефракторы и катадиоптики (в частности, кассегрены Максутова ), имеют фиксированную коллимацию.
- Фокальная плоскость находится в асимметричной точке и в верхней части узла оптической трубки. Для визуальных наблюдений, особенно на экваториальных монтировках , [5] ориентация тубуса может привести к тому, что окуляр окажется в очень плохом положении для обзора, а для более крупных телескопов для доступа к нему потребуются лестницы или опорные конструкции. [6] В некоторых конструкциях предусмотрены механизмы для поворота крепления окуляра или всего узла тубуса в лучшее положение. Для исследовательских телескопов необходимо учитывать уравновешивание очень тяжелых инструментов, установленных в этом фокусе.
Вариации
[ редактировать ]Существует несколько вариаций ньютоновской конструкции, которые добавляют линзу в систему, создавая катадиоптрический телескоп . Это делается для исправления сферической аберрации или снижения стоимости.
Шмидт-Ньютониан
[ редактировать ]
Телескоп Шмидта-Ньютона сочетает в себе ньютоновскую оптическую конструкцию с пластиной корректора Шмидта с полной апертурой перед главным зеркалом, которая не только исправляет сферическую аберрацию , но также может поддерживать вторичное зеркало. Полученная система имеет меньшие эффекты дифракции, вызванные комой и опорой вторичного зеркала. [7]
Максутов-Ньютониан
[ редактировать ]Подобно мениску Шмидта-Ньютона, Максутова телескопа корректор в форме мениска может быть добавлен к ньютоновской конфигурации, что дает ему минимальную аберрацию в широком поле зрения , с одной четвертью комы аналогичного стандартного ньютоновского телескопа и половиной комы. Шмидта-Ньютона. [8] Дифракцию также можно минимизировать, используя высокое фокусное соотношение и пропорционально маленькое диагональное зеркало, установленное на корректоре. [9]
Джонс-Бёрд
[ редактировать ]Ньютониан Джонса-Берда (иногда называемый Бердом-Джонсом) использует сферическое главное зеркало вместо параболического, причем сферические аберрации корректируются с помощью субапертурной корректирующей линзы. [10] обычно устанавливается внутри трубки фокусера или перед вторичным зеркалом. Эта конструкция уменьшает размер и стоимость телескопа за счет более короткой общей длины трубы телескопа (с корректором, увеличивающим фокусное расстояние в схеме « телефото ») в сочетании с менее дорогим сферическим зеркалом. Было отмечено, что коммерчески выпускаемые версии этой конструкции оптически скомпрометированы из-за сложности изготовления субапертурного корректора правильной формы и ориентированы на недорогую часть рынка телескопов. [11]
История
[ редактировать ]Идея Ньютона о телескопе-рефлекторе не была новой. Галилео Галилей и Джованни Франческо Сагредо обсуждали использование зеркала в качестве объектива, формирующего изображение, вскоре после изобретения преломляющего телескопа. [12] и другие, такие как Никколо Зукки , утверждали, что экспериментировали с этой идеей еще в 1616 году. [13] Ньютон, возможно, даже читал Джеймса Грегори книгу 1663 года Optica Promota , в которой описывались конструкции отражающих телескопов с использованием параболических зеркал. [14] (телескоп, который Грегори безуспешно пытался построить). [15]
Ньютон построил свой телескоп-рефлектор, поскольку подозревал, что он сможет доказать его теорию о том, что белый свет состоит из спектра цветов. [16] Искажение цвета ( хроматическая аберрация ) было основной неисправностью преломляющих телескопов времен Ньютона, и существовало множество теорий относительно того, что его вызвало. В середине 1660-х годов, работая над теорией цвета , Ньютон пришел к выводу, что этот дефект вызван тем, что линза рефракторного телескопа ведет себя так же, как призмы, с которыми он экспериментировал, разбивая белый свет на радугу цветов вокруг ярких астрономических объектов . [17] [18] Если бы это было правдой, то хроматическую аберрацию можно было бы устранить, построив телескоп без линзы – телескоп-рефлектор.
В конце 1668 года Исаак Ньютон построил свой первый телескоп-рефлектор . Он выбрал сплав ( зеркальный металл ) олова и меди как наиболее подходящий материал для своего объективного зеркала. Позже он изобрел средства для придания формы и шлифовки зеркала и, возможно, был первым, кто применил притирку. [20] полировать оптическую поверхность. Он выбрал для своего зеркала сферическую форму вместо параболы, чтобы упростить конструкцию; даже несмотря на то, что это приведет к сферической аберрации , оно все равно исправит хроматическую аберрацию. Он добавил к своему рефлектору то, что является отличительной чертой конструкции ньютоновского телескопа: вторичное зеркало, установленное по диагонали рядом с фокусом главного зеркала, чтобы отражать изображение под углом 90 ° к окуляру, установленному сбоку телескопа. Это уникальное дополнение позволило просматривать изображение с минимальным препятствием для зеркала объектива. Он также изготовил трубку, крепление и фитинги. Первая версия Ньютона имела диаметр главного зеркала 1,3 дюйма (33 мм) и фокусное расстояние f/5. [21] что телескоп работает без искажений цвета и что он может видеть с его помощью четыре галилеевых спутника Юпитера Он обнаружил , и фазу серпа планеты Венера . Друг Ньютона Исаак Барроу показал второй телескоп небольшой группе членов Лондонского королевского общества в конце 1671 года. Они были настолько впечатлены им, что продемонстрировали его Карлу II в январе 1672 года. Ньютон был принят в члены общества. в том же году.
Как и Грегори до него, Ньютон столкнулся с трудностями в создании эффективного отражателя. Было сложно отшлифовать металл зеркала до правильной кривизны. Поверхность также потускнела быстро ; Как следствие, низкая отражательная способность зеркала, а также его небольшой размер означали, что обзор в телескоп был очень тусклым по сравнению с современными рефракторами. Из-за этих трудностей в конструкции телескоп-рефлектор Ньютона поначалу не получил широкого распространения. В 1721 году Джон Хэдли продемонстрировал Королевскому обществу значительно улучшенную модель. [22] Хэдли решил многие проблемы создания параболического зеркала. Его ньютоновский телескоп с диаметром зеркала 6 дюймов (150 мм) выгодно отличался от больших воздушных телескопов-рефракторов того времени. [23]
См. также
[ редактировать ]- Телескоп Добсона - тип портативного ньютоновского телескопа.
- Список типов телескопов
- Телескоп Шмидта – Ньютона
- Катоптрика
Примечания
[ редактировать ]- ^ Холл, А. Руперт (1992). Исаак Ньютон: авантюрист в мысли . Издательство Кембриджского университета . п. 67. ИСБН 9780521566698 .
- ^ Ингаллс, Альберт Г. , изд. (1935). Изготовление любительских телескопов (4-е изд.). Манн и Ко., Инк. [1]
- ^ Сачек, Владимир (14 июля 2006 г.). «8.1.1. Ньютоновские внеосевые аберрации» . Проверено 29 сентября 2009 г.
внеосевые характеристики параболоидального зеркала так быстро падают с увеличением относительного отверстия за пределы ~ƒ/6
- ^ Книсели, Дэвид (2004). «Корректор комы Tele Vue Paracor для ньютоновцев» (PDF) . Обзор телескопа «Облачные ночи» . Проверено 29 ноября 2010 г.
- ^ Хебра, Алекс (2010). Физика метрологии: все об инструментах: от колесиков до атомных часов . Springer Science+Business Media. стр. 258–259. ISBN 978-3-211-78381-8 .
- ^ Кук, Энтони (2009). Найдите время для звезд: внесите астрономию в свою занятую жизнь . Springer Science+Business Media . п. 14. ISBN 978-0-387-89341-9 .
- ^ «Телескоп Шмидта-Ньютона» . ТелескопОптика.нет . Проверено 28 августа 2012 г.
- ^ Руттен, Харри Дж.Дж.; ван Венрой, Мартин AM (1988). Оптика телескопа: оценка и проектирование . ISBN 9780943396187 .
- ^ Моллизе, Род (28 февраля 2009 г.). Выбор и использование нового CAT . п. 101. ИСБН 9780387097725 .
- ^ 10.1.2. Примеры субапертурных корректоров: однозеркальные системы – Jones-Bird
- ^ «ТЕЛЕСКОПЫ – ОБЗОР И ТИПЫ ТЕЛЕСКОПОВ КАТАДИОПТРИЙНЫХ НЬЮТОНОВСКИХ» . Архивировано из оригинала 11 августа 2020 г. Проверено 18 ноября 2014 г.
- ^ Фред Уотсон (2007). Звездочёт: Жизнь и времена телескопа . Аллен и Анвин. п. 108. ИСБН 978-1-74176-392-8 .
- ^ Проект Галилео > Наука > Зукки, Никколо
- ^ Дерек Джертсен (1986). Справочник Ньютона . Рутледж и Кеган Пол. стр. 562. ISBN 978-0-7102-0279-6 .
- ^ Майкл Уайт (1999). Исаак Ньютон: Последний колдун . Основные книги. п. 169. ИСБН 978-0-7382-0143-6 .
- ^ Майкл Уайт (1999). Исаак Ньютон: Последний колдун . Основные книги. п. 170. ИСБН 978-0-7382-0143-6 .
- ^ Ньютон считал, что мало что можно сделать для исправления аберрации, кроме изготовления линз с диафрагмой f / 50 или более». Объектив любого телескопа не может собрать все лучи, исходящие из одной точки объекта, чтобы заставить их собраться воедино. в его фокусе в меньшем пространстве, чем в круглом пространстве, диаметр которого составляет 50-ю часть диаметра его апертуры »
- ^ Стивен Паркинсон (1870). Трактат по оптике . Макмиллан. п. 112 .
- ^ Генри К. Кинг (1955). История телескопа . п. 74. ИСБН 978-0-486-43265-6 . Проверено 1 августа 2013 г.
- ^ Раймонд Н. Уилсон (2007). Оптика отражающего телескопа I: Базовая теория конструкции и ее историческое развитие . Springer Science & Business Media. п. 9. ISBN 978-3-540-40106-3 .
- ^ телескоп-оптика.net Телескопы-отражатели: ньютоновские, двух- и трехзеркальные системы.
- ^ Amazing-space.stsci.edu - Отражатель Хэдли
- ^ Полный астроном-любитель - Рефлектор Джона Хэдли.
Ссылки
[ редактировать ]
- Смит, Уоррен Дж., Современная оптическая техника , McGraw-Hill Inc., 1966, с. 400
