Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Тот, кто изобрел телескоп, несомненно, заслуживает уважения и огромной благодарности со стороны всех современных астрономов. Это одно из величайших открытий в истории. Телескоп позволил изучить ближний космос и узнать много нового о строении вселенной.

С чего все началось

Первые попытки создать телескоп приписываются великому Леонардо да Винчи. Патентов и упоминаний о рабочей модели нет, но ученые нашли остатки чертежей и описаний стекол для разглядывания луны. Возможно, это еще один миф об этом уникальном человеке.

Устройство телескопа пришло на ум Томасу Диггесу, который и пытался его создать. Он использовал выпуклое стекло и вогнутое зеркало. Само по себе изобретение могло работать, и, как покажет история, подобное устройство будет создано вновь. Но технически еще не было средств для воплощения этого замысла, создать рабочую модель ему так и не удалось. Наработки остались в тот период невостребованными, а Диггес вошел в историю астрономии за описание

Тернистый путь

В каком году изобрели телескоп, вопрос по-прежнему остается спорным. В 1609-м голландский ученый Ханс Липперсгей представил патентному бюро свое увеличительное изобретение. Назвал он его Но патент был отклонен в силу чрезмерной простоты, хотя сама подзорная труба плотно вошла в обиход. Особенную популярность она приобрела у мореходов, а для астрономических нужд оказалась слабовата. Шаг вперед был уже сделан.

В том же году попала в руки Томаса Хариота, изобретение ему пришлось по нраву, но нуждалось в значительной доработке первоначального образца. Благодаря его работе астрономы впервые смогли увидеть, что луна имеет свой рельеф.

Галилео Галилей

Узнав о попытке создания специального прибора для увеличения звезд, Галилей по-настоящему загорелся этой идеей. Итальянец решил создать для своих исследований подобную конструкцию. Математические знания помогли ему с расчетами. Устройство состояло из трубки и вставленных в нее линз, изготовленных для людей с плохим зрением. По сути, это и был первый телескоп.

Сегодня этот вид телескопов называют рефракторными. Благодаря усовершенствованной конструкции Галилео сделал немало открытий. Он сумел доказать, что луна имеет форму сферы, разглядел на ней кратеры и горы. 20-кратное увеличение позволило рассмотреть 4 наличие колец у Сатурна и много чего еще. На тот момент устройство оказалось самым совершенным прибором, но он имел свои недостатки. Узкая трубка значительно сокращала круг обзора, а искажения, полученные за счет большого числа линз, делали картинку размытой.

Эпоха рефракторных телескопов

Четко ответить на вопрос, кто первым изобрел телескоп, не получится, ведь Галилей только усовершенствовал уже существующую трубу для созерцания неба. Без идеи Липперсгея ему могла и не прийти в голову эта мысль. В последующие годы шло постепенное совершенствование прибора. Развитие значительно тормозила невозможность создания больших линз.

Толчком дальнейшего развития стало изобретение штатива. Трубу теперь не надо было держать в руках продолжительное время. Благодаря этому стало возможным удлинение трубки. Христиан Гюйгенс в 1656 году представил аппарат с увеличением в 100 раз, достигнуть этого удалось за счет увеличения расстояния между линзами, которые помещались в трубку длиной 7 метров. Спустя 4 года был создан телескоп длиной 45 метров.

Помехой для исследований мог стать даже небольшой ветер. Уменьшения искажения картинки пытались добиться путем дальнейшего увеличения расстояние между линзами. Развитие телескопов пошло в сторону удлинения. Самый длинный из них достигал 70 метров. Такое положение вещей сильно затрудняло работу, да и саму сборку устройства.

Новый принцип

Развитие космической оптики зашло в тупик, но долго так продолжаться не могло. Кто изобрел телескоп принципиально нового образца? Это был один из величайших ученых всех времен - Исаак Ньютон. Вместо линзы для фокусировки стало использоваться вогнутое зеркало, что позволило избавиться от хроматических искажений. Рефракторные телескопы ушли в прошлое, по праву уступив место рефлекторным.

Открытие телескопа, работающего по принципу рефлектора, перевернуло астрономическую науку. Зеркало, использованное в изобретении, Ньютону пришлось делать самостоятельно. Для его изготовления был использован сплав олова, меди и мышьяка. Первая рабочая модель продолжает храниться, по сей день, ее пристанищем стал Лондонский музей астрономии. Но оставалась небольшая проблема. Те, кто изобрел телескоп, еще долгое время не могли создать зеркало идеальной формы.

Прорыв

1720 год стал знаменательной датой для всей астрономической науки. Именно в этом году оптикам удалось создать рефлекторное зеркало диаметром 15 см. к слову сказать, зеркало ньютона имело диаметр всего 4 см. Это был настоящий прорыв, проникнуть в тайны вселенной стало гораздо проще. Миниатюрные телескопы по сравнению с 40-метровыми гигантами были всего 2 метра длиной. Наблюдение за космосом стало доступно большему кругу людей.

Компактные и удобные телескопы могли бы надолго войти в моду, если бы не одно "но". Сплав металла быстро тускнел и тем самым терял свои отражательные свойства. Вскоре зеркальная конструкция была усовершенствована и приобрела новые черты.

Два зеркала

Очередным усовершенствованием устройство телескопа обязано французу Кассегрену. Он придумал использовать 2 стеклянных зеркала вместо одного, сделанного из металлического сплава. Его чертежи оказались рабочими, но самому ему не удалось в этом убедиться, техническое оснащение не позволило воплотить мечту.

Телескопы Ньютона и Кассегрена можно уже считать первыми современными моделями. На их основе продолжается сейчас развитие телескопостроения. По принципу Кассегрена построен современный космический телескоп "Хаббл", который уже принес множество информации человечеству.

Возвращение к основам

Рефлекторы не смогли окончательно одержать победу. Рефракторы триумфально вернулись на пьедестал с изобретением двух новых сортов стекла: крон - более легкого, и флинт - тяжелого. Такая комбинация пришлась в помощь тому, кто изобрел телескоп без ахроматических погрешностей. Это оказался талантливый ученый Дж. Доллонд, в честь него и был назван новый вид объектива - доллондовый.

В 19-м веке рефракторный телескоп пережил свое второе рождение. С развитием технической мысли стало возможным изготавливать линзы идеальной формы и все большего размера. В 1824 году диаметр объектива составлял 24 см, к 1966 году он вырос в два реза, а в 1885 году составил уже 76 сантиметров. Условно говоря, диаметр объектива рос примерно на 1 см в год. О зеркальных устройствах почти забыли, в то время как линзовые теперь росли не в длину, а в сторону увеличения диаметра. Это позволяло улучшить угол обзора и одновременно увеличить картинку.

Великие энтузиасты

Возродили рефлекторные установки астрономы-любители. Одним из них был Уильям Гершель, несмотря на то что основной род его деятельности - это музыка, он сделал немало открытий. Самое первое его открытие - это планета Уран. Небывалый успех окрылил его на создание телескопа большего диаметра. Создав в домашней лаборатории зеркало диаметром 122 см, он сумел рассмотреть 2 неизвестных ранее.

Успехи любителей подталкивали к новым экспериментам. Основную проблему металлических зеркал - быстрое помутнение - так и не удалось преодолеть. Это натолкнуло французского физика Леона Фуко на мысль вставить в телескоп другое зеркало. В 1856 году он изготовил для увеличительного устройства стеклянное зеркало с серебряным напылением. Результат превзошел самые смелые прогнозы.

Еще одно важное дополнение внес Михаил Ломоносов. Он изменил систему так, что зеркало стало вращаться независимо от линзы. Это позволило максимально уменьшить потери световых волн и настраивать изображение. Одновременно с ним о подобном открытии заявил и Гершель.

Сейчас активно используются обе конструкции, и продолжается совершенствование оптики. В дело вступают современные компьютеры и Самый большой телескоп из тех, что расположены на Земле, - это большой Канарский телескоп. Но скоро его величие затмится, уже в работе проекты с зеркалами диаметром 30 м против его 10,4 м.

Телескопы-гиганты строят на возвышенности, чтобы максимально исключить преломление картинки земной атмосферой. Перспективным направлением является строительство космических телескопов. Они дают самую четкую картинку с максимальным разрешением. Все это было бы невозможно, если бы в далеком 17-м веке не была создана подзорная труба.

Телескоп – устройство, предназначенное для наблюдения за небесными объектами – планетами, звездами, туманностями и галактиками. Слово «телескоп» образовано от двух греческих слов, обозначающих «вдаль» и «смотрю».

Первое устройство для наблюдения за отдаленными объектами – зрительную трубу – изобрел в начале XVII в. датский оптик И. Липперсгей. Ее схема была следующей: на переднем конце трубы была укреплена двояковыпуклая линза – объектив. Проходя через объектив, свет собирается в фокусе, где получается изображение небесного тела. На другом конце трубы находится окуляр, позволяющий рассматривать изображение в увеличенном виде. Сила увеличения этого оптического прибора зависит от размеров и выпуклости объектива и окуляра.

Вскоре после изобретения трубы о ней узнал итальянский ученый Галилео Галилей. Он увлекся задачей конструирования «перспективы», как тогда называли телескоп. Сначала он соорудил трубу с трехкратным увеличением, а позже довел этот показатель до тридцатикратного.

Галилей первым использовал подзорную трубу для астрономических наблюдений. Впервые он сделал это 7 января 1610 г. Даже скромных возможностей трубы Галилея хватило для нескольких открытий.

Галилей обнаружил, что поверхность Луны неровная и там, как и на Земле, есть горы и долины. Была раскрыта тайна Млечного Пути. Итальянец обнаружил, что Галактика является не чем иным, как собранием громадного множества звезд.

Помимо этого, Галилей открыл сразу четыре спутника Юпитера, которые назвал в честь Великого герцога Тосканского Козимо II Медичи «Медичейскими звездами».

В книге «Звездный вестник» ученый рассказал о своих наблюдениях. Его открытия вызвали ожесточенную полемику. Многие считали открытия Галилея иллюзией, порожденной зрительной трубой.

Галилей продолжил свои наблюдения. Рассматривая в телескоп Сатурн, он обнаружил по обе стороны планеты пятна. Он решил, что это такие же спутники, как у Юпитера. Два года спустя, к своему недоумению, исследователь увидел эту же планету в «полном одиночестве». Он так и не смог найти объяснения загадки. Лишь полвека спустя голландец X. Гюйгенс открыл, что на самом деле это было кольцо, окружающее Сатурн.

Дальнейшие исследования звездного неба позволили Галилею совершить еще несколько открытий. Он заметил, что Венера, «подражая» Луне, меняет свой облик. Это послужило решающим доказательством того, что Венера, в соответствии с теорией Коперника, вращается вокруг Солнца.

Галилей открыл пятна на Солнце и убедился, что Солнце вращается вокруг своей оси.

Независимо от Галилея, и даже раньше него, в 1609 г. внешний лик Луны с помощью телескопа зарисовал английский математик Т. Харриот. А приоритет открытия спутников Юпитера оспаривал у итальянца немец С. Мариус.

Галилей за пропаганду идей Коперника был подвергнут суду инквизиции и публично отрекся от своих взглядов. Церковь реабилитировала его лишь в 1980 г. В том же году журналы его наблюдений заново просмотрели историки астрономии. Они установили, что зимой 1612–1613 гг. ученый наблюдал планету Нептун, правда, приняв ее за звезду.

Эстафету создания телескопов подхватил у Галилея польский астроном?наблюдатель Ян Гевелий. В 1641 г. в Гданьске на крышах трех своих домов он оборудовал обсерваторию. Создание собственных телескопов Гевелий начинал со сравнительно небольших труб длиной 2–4 м. Совершенствуя технику изготовления, он сумел довести размеры телескопов до 10–20 м. Крупнейший из телескопов Гевелия не поместился в его обсерватории, и этот инструмент пришлось установить за городом, укрепив на специальной мачте высотой в 30 м. Длина трубы этого телескопа достигала 45 м.

Гевелий, как и Галилей, использовал в качестве объектива для своих труб двояковыпуклую линзу. Такие линзовые телескопы называют телескопами?рефракторами. Доведя свои телескопы до очень больших размеров, Гевелий смог добиться довольно значительных увеличений при удовлетворительном качестве изображения. Но он не смог расширить возможности своих телескопов для наблюдений слабых объектов. Это связано с тем, что обнаружение слабых объектов требует увеличения поверхности объектива. Но создание больших линзовых телескопов было сопряжено с непреодолимыми техническими трудностями.

Астрономы смогли решить эту проблему, используя в качестве объектива вогнутые зеркала. Изготовление больших вогнутых зеркал намного проще, чем изготовление линз тех же размеров. Телескопы с зеркальными объективами получили название отражательных телескопов, или телескопов?рефлекторов.

В рефлекторе вогнутое зеркало помещается в нижнем конце трубы. Отражаясь от него, свет собирается у верхнего конца трубы, где при помощи небольшого зеркала отводится наблюдателю.

Небольшие телескопы?рефлекторы мастерил в своей домашней лаборатории еще И. Ньютон в 60–70?е годы XVII в. Первые крупные телескопы такого типа изготовил в конце XVIII в. англичанин В. Гершель. У них были огромные объективы, позволявшие наблюдать очень слабые объекты. Самый крупный из зеркальных телескопов Гершеля имел зеркало поперечником 120 см при длине трубы 12 м. Вверх?вниз он двигался при помощи блоков, а вращался вокруг своей оси на специальной платформе. В 1789 г. при помощи своего телескопа Гершель открыл первую планету Солнечной системы, названную Ураном.

У телескопов?рефлекторов тоже есть серьезные недостатки. Поле обозрения таких телескопов, как правило, мало: в него не помещается даже диск Луны. Это вызывает серьезные неудобства, особенно при фотографировании объектов большой площади, поскольку обзор требует смещения всего инструмента. Кроме того, телескопы?рефлекторы в большинстве случаев не пригодны для точных позиционных измерений.

В связи с этим, в начале XIX в. конструкторская мысль вновь обратилась к линзовым телескопам?рефракторам. Их быстрое усовершенствование произошло благодаря мастерству Й. Фраунгофера. Он соединил в объективе линзы из двух различных сортов стекла – кронгласа и флинтгласа. Оба изготавливаются из кварцевого стекла, различаясь лишь применяемыми добавками. Различные коэффициенты преломления света в этих стеклах позволяют резко ослабить окрашивание изображений – основной недостаток линзовых систем, с которым безуспешно боролся Ян Гевелий.

Фраунгофер первым научился изготавливать крупные линзовые объективы, у которых поперечники были в несколько десятков сантиметров. Ему удалось преодолеть трудности, связанные с тонкостями технологии варки стекла и охлаждения готового стеклянного диска. Диск, из которого предстоит отшлифовать объектив, должен быть сварен без пузырей и охлажден таким образом, чтобы в нем не возникло никаких напряжений. Напряжения могут привести к неравномерным изменениям формы объектива, шлифующегося с точностью до десятитысячных долей миллиметра.

Фраунгофер не только усовершенствовал оптику телескопа?рефрактора, но и превратил его в высокоточный измерительный инструмент. Его предшественникам не удалось найти удачного решения, того, как вести телескоп за звездой. Из?за суточного движения небесной сферы звезда постоянно перемещается и, двигаясь по кривой, быстро выходит из поля зрения неподвижного телескопа.

Фраунгофер наклонил ось вращения телескопа, направив ее в полюс мира. Для слежения за звездой достаточно было вращать его вокруг одной только полярной оси. Фраунгофер автоматизировал этот процесс, добавив к телескопу часовой механизм.

Фраунгофер уравновесил все подвижные части телескопа. Несмотря на большой вес, они повинуются легкому нажиму.

В 1824 г. Фраунгофер изготовил первоклассный телескоп для обсерватории в Дерпте.

Во второй половине XIX в. лучшие телескопы изготавливал американский оптикА. Кларк. В 1885 г. он изготовил для пулковского телескопа?рефрактора крупнейший в то время объектив диаметром 76 см. В 1888 г. на горе Гамильтон близ Сан?Франциско был сооружен телескоп с диаметром объектива 92 см работы Кларка. Вскоре на крыше обсерватории Чикагского университета установили телескоп с объективом в 102 см, который также сделал Кларк.

По конструкции все вышеперечисленные телескопы были повторением телескопов Фраунгофера. Они легко управлялись, но из?за поглощения света в стеклах объектива и прогибания труб размеры этих телескопов оказались предельными для конструкций такого рода.

Внимание астрономов?конструкторов вновь обратилось к телескопам?рефлекторам.

В 1919 г. в Калифорнии в Маунт?Вилсоне вступил в строй телескоп?рефлектор с поперечником зеркала 2,5 м. Опыт его изготовления был учтен в проекте 5?метрового телескопа, на сооружение которого ушло четверть века. Он вступил в строй в 1949 г. в обсерватории Маунт?Паломар.

После Великой Отечественной войны в Крымской астрофизической обсерватории Академии наук СССР был введен в строй самый крупный в Европе телескоп?рефлектор с поперечником зеркала 2,6 м. Накопленный опыт позволил советским оптикам построить крупнейший в мире телескоп?рефлектор с поперечником зеркала 6 м. Его 24?метровая труба весит 300 т, а зеркало – 42 т. Зеркало телескопа в любом положении должно находиться в состоянии невесомости. Оно лежит на 60 подпорных точках. Три из них несущие, остальные – опорные.

Ведение инструмента за звездами осуществляет ЭВМ. Она рассчитывает смещение звезд, внося поправки на влияние рефракции и изгиб трубы, и поворачивает телескоп с необходимой скоростью. Масса подвижной части телескопа составляет 650 т.

В отличие от парагалактической монтировки, применявшейся Фраунгофером, в этом телескопе применена азимутальная монтировка. Сам телескоп называется БТА – большой телескоп азимутальный.

После долгих поисков места телескоп БТА был установлен в предгорьях Северного Кавказа близ станицы Зеленчукская на высоте 2070 м и вступил в строй в 1975 году.

В 1931 г. американец К. Янский при помощи антенны, предназначенной для исследования грозовых радиопомех, зарегистрировал радиоизлучение космического происхождения (от Млечного Пути). Длина его волны составляла 14,6 м.

В 1937 г. в США Г. Ребер построил первый радиотелескоп для исследования космического радиоизлучения – рефлектор диаметром 9,5 м.

Важнейшей характеристикой оптических приборов является разрешающая способность. Она равна наименьшему углу, под которым два объекта различаются данным прибором как самостоятельные. Для человеческого глаза в обычных условиях разрешающая способность составляет около Г. Разрешающая способность телескопа увеличивается с увеличением диаметра телескопа и уменьшением длины волны принимаемого излучения. Для оптических телескопов этот показатель ограничен атмосферой и не превышает 0,3 м.

В радиоастрономии этот показатель долгие годы был гораздо ниже, поскольку длина радиоволн в десятки тысяч раз больше, чем длина волн видимого света. В связи с этим возникла необходимость в постройке радиотелескопов с огромными объективами – параболоидами. Но разрешение радиотелескопов долгое время оставалось недостаточным. Оно составляло минуты и десятки минут. Это не давало возможности изучать тонкую структуру наблюдаемых на небе объектов и даже определять их протяженность.

Эта трудность была преодолена сооружением радиоинтерферометров. Они представляют собой два радиотелескопа, отнесенных друг от друга на сотни и тысячи километров. Сравнение одновременных наблюдений на обоих телескопах дает возможность добиться разрешающей способности до 0,00Г. Первый радиоинтерферометр был построен в Австралии в 1948 г. В 1967 г. были проведены первые наблюдения на интерферометрах с независимой записью сигналов и сверхбольшими базами.

В 1953 г. был сооружен первый крестообразный радиотелескоп. Полноповоротный радиотелескоп с диаметром параболоида 76 м был сооружен в английской обсерватории Джодрелл Бэнк. Позже в Эффельсберге (ФРГ), в радиотехническом институте им. М. Планка был построен телескоп с диаметром зеркала 100 м.

Крупнейший неподвижный радиотелескоп с неподвижной сферической чашей диаметром 300 м был построен в специально подготовленном кратере вулкана Аресибо (Пуэрто?Рико).

Телескоп «Джеймс Уэбб» - это орбитальная инфракрасная обсерватория, которая должна заменить тот самый знаменитый космический телескоп «Хаббл».

Это очень сложный механизм. Работа над его идет около 20 лет! «Джеймс Уэбб» будет обладать составным зеркалом 6,5 метров в диаметре и стоить около 6.8 млрд долларов. Для сравнения, диаметр зеркала «Хаббла» - «всего» 2.4 метра.

Посмотрим?

1. Телескоп «Джеймс Уэбб» должен быть размещен на гало-орбите в точке Лагранжа L2 системы Солнце - Земля. А в космосе холодно. Здесь показаны испытания, проводимые 30 марта 2012, направленные на изучение возможности противостоять холодным температурам пространства. (Фото Chris Gunn | NASA):

2. «Джеймс Уэбб» будет обладать составным зеркалом 6.5 метров в диаметре с площадью собирающей поверхности 25 м². Много это, или мало? (Фото Chris Gunn):

3. Сравним с «Хабблом». Зеркало «Хаббла» (слева) и «Уэбба» (справа) в одном масштабе:

4. Полномасштабная модель космического телескопа Джеймса Уэбба в Остине, штат Техас, 8 марта 2013. (Фото Chris Gunn):

5. Проект телескопа представляет собой международное сотрудничество 17 стран, во главе которых стоит NASA, со значительным вкладом Европейского и Канадского космических агентств. (Фото Chris Gunn):

Полномасштабная модель космического телескопа Джеймса Уэбба в Остине

6. Изначально запуск намечался на 2007 год, в дальнейшем переносился на 2014 и на 2015 год. Однако первый сегмент зеркала был установлен на телескоп лишь в конце 2015 года, а полностью главное составное зеркало было собрано только в феврале 2016 года.(Фото Chris Gunn):

7. Чувствительность телескопа и его разрешающая способность напрямую связаны с размером площади зеркала, которое собирает свет от объектов. Учёные и инженеры определили, что минимальный диаметр главного зеркала должен быть 6.5 метра, чтобы измерить свет от самых далёких галактик.

Простое изготовление зеркала, подобного зеркалу телескопа «Хаббл», но большего размера, было неприемлемо, так как его масса была бы слишком большой, чтобы можно было запустить телескоп в космос. Команде учёных и инженеров необходимо было найти решение, чтобы новое зеркало имело 1/10 массы зеркала телескопа «Хаббл» на единицу площади. (Фото Chris Gunn):

8. Не только у нас всё дорожает от начальной сметы. Так, стоимость телескопа «Джеймс Уэбб» превысила изначальные расчёты по меньшей мере в 4 раза. Планировалось, что телескоп обойдётся в 1,6 млрд долл. и будет запущен в 2011 году, однако по новым оценкам стоимость может составить 6.8 млрд, при этом запуск состоится не ранее 2018 года. (Фото Chris Gunn):

9. Это спектрограф ближнего инфракрасного диапазона. Он будет анализировать спектр источников, что позволит получать информацию как о физических свойствах исследуемых объектов (например, температуре и массе), так и об их химическом составе. (Фото Chris Gunn):

Испытания солнцезащитного экрана

Телескоп позволит обнаруживать относительно холодные экзопланеты с температурой поверхности до 300 К (что практически равно температуре поверхности Земли), находящиеся дальше 12 а. е. от своих звёзд, и удалённые от Земли на расстояние до 15 световых лет. В зону подробного наблюдения попадут более двух десятков ближайших к Солнцу звезд. Благодаря «Джеймсу Уэббу» ожидается настоящий прорыв в экзопланетологии - возможностей телескопа будет достаточно не только для того, чтобы обнаруживать сами экзопланеты, но даже спутники и спектральные линии этих планет.

11. Инженеры тестируют в камере. систему подъема телескопа, 9 сентября 2014. (Фото Chris Gunn):

12. Исследование зеркал, 29 сентября 2014. Шестиугольная форма сегментов была выбрана не случайно. Она обладает высоким коэффициентом заполнения и имеет симметрию шестого порядка. Высокий коэффициент заполнения означает, что сегменты подходят друг к другу без зазоров. Благодаря симметрии 18 сегментов зеркала можно разделить на три группы, в каждой из которых настройки сегментов идентичны. Наконец, желательно, чтобы зеркало имело форму, близкую к круговой - для максимально компактного фокусирования света на детекторах. Овальное зеркало, например, дало бы вытянутое изображение, а квадратное послало бы много света из центральной области. (Фото Chris Gunn):

Исследование зеркал

13. Очистка зеркала сухим льдом из двуокиси углерода. Тряпками здесь никто не трет. (Фото Chris Gunn):

Очистка зеркала сухим льдом из двуокиси углерода

14. Камера A - это гигантская испытательная камера с вакуумом, которая будет моделировать космическое пространства при испытаниях телескопа «Джеймса Уэбба», 20 мая 2015. (Фото Chris Gunn):

17. Размер каждого из 18 шестигранных сегментов зеркала составляет 1.32 метра от ребра до ребра. (Фото Chris Gunn):

18. Масса непосредственно самого́ зеркала в каждом сегменте - 20 кг, а масса всего сегмента в сборе - 40 кг. (Фото Chris Gunn):

19. Для зеркала телескопа «Джеймса Уэбба» используется особый тип бериллия. Он представляет собой мелкий порошок. Порошок помещается в контейнер из нержавеющей стали и прессуется в плоскую форму. После того как стальной контейнер удалён, кусок бериллия разрезается пополам, чтобы сделать две заготовки зеркала около 1.3 метра в поперечнике. Каждая заготовка зеркала используется для создания одного сегмента. (Фото Chris Gunn):

20. Затем поверхность каждого зеркала стачивается для придания формы, близкой к расчётной. После этого зеркало тщательно сглаживают и полируют. Этот процесс повторяется до тех пор, пока форма сегмента зеркала не станет близка к идеальной. Далее сегмент охлаждается до температуры −240 °C, и с помощью лазерного интерферометра производятся измерения размеров сегмента. Затем зеркало с учётом полученной информации проходит окончательную полировку. (Фото Chris Gunn):

21. По завершению обработки сегмента передняя часть зеркала покрывается тонким слоем золота для лучшего отражения инфракрасного излучения в диапазоне 0,6-29 мкм, и готовый сегмент проходит повторные испытания при криогенных температурах. (Фото Chris Gunn):

22. Работа над телескопом в ноябре 2016 года. (Фото Chris Gunn):

23. НАСА завершило сборку космического телескопа «Джеймс Уэбб» в 2016 году и приступило к его испытаниям. Это снимок от 5 марта 2017 года. На длинной выдержке техники выглядят призраками. (Фото Chris Gunn):

Транспортировка телескопа в Хьюстон

26. Дверь в ту самую камеру А с 14-й фотографии, в которой моделируется космическое пространство. (Фото Chris Gunn):

Телескоп «Джеймс Уэбб» внутри камеры А

Что такое телескоп

Инструмент, который собирает электромагнитное излучение удаленного объекта и направляет его в фокус, где образуется увеличенное изображение объекта или формируется усиленный сигнал.

По мере развития астрономической техники появилась возможность изучать объекты во всем электромагнитном спектре, для чего были разработаны специальные системы телескопов и дополнительных детекторов, позволяющие работать в различных диапазонах волн. Термин "телескоп", первоначально означавший оптический инструмент, получил более широкое значение. Однако в телескопах, работающих в видимом, радио- и рентгеновском диапазонах, используются системы и методы, сильно различающиеся между собой.

Оптические телескопы бывают двух основных типов (рефракторы и рефлекторы), отличающиеся выбором главного собирающего свет элемента (линза или зеркало соответственно). У телескопа-рефрактора на передней стороне трубы имеется объектив, а в задней части, где формируется изображение, - окуляр или фотографическое оборудование. В отражательном телескопе в качестве объектива использовано вогнутое зеркало, располагающееся в задней части трубы.

Объектив телескопа-рефрактора обычно представляет собой составную линзу из двух или нескольких элементов с относительно большим фокусным расстоянием. Использование составных линз уменьшает хроматическую аберрацию (такие линзы называют ахроматическими дублетами и триплетами). Минимизировать как хроматическую, так и сферическую аберрацию можно, если использовать большое фокусное расстояние, но это приводит к тому, что рефракторы получаются длинными и громоздкими. В прошлом для уменьшения погрешностей строились только рефракторы больших размеров. Если надо подчеркнуть, что наблюдения проводились с помощью рефракторного телескопа, то используют сокращение обозначение OG (object glass, т.е. объектное стекло).

При создании и установке больших стеклянных линз возникает ряд трудностей; кроме того, толстые линзы поглощают слишком много света. Самый большой рефрактор в мире, имеющий объектив с линзой диаметром в 101 см, принадлежит Йеркской обсерватории.

Все большие астрономические телескопы представляют собой рефлекторы. Рефлекторные телескопы популярны и у любителей, поскольку они не так дороги, как рефракторы, и их легче изготовить самостоятельно. В рефлекторе свет собирается в точке перед первичным зеркалом, называемой первичным фокусом. Собранный пучок света обычно направляется (посредством вторичного зеркала) к более удобному для работы месту. С этой точки зрения различают несколько общепринятых систем, в том числе ньютоновский фокус, кассегреновский фокус, фокус куде и фокус Несмита. В очень больших телескопах наблюдатель имеет возможность работать непосредственно в первичном фокусе в специальной кабине, установленной в главной трубе. На практике как вторичное зеркало, так и кабина в первичном фокусе не оказывают существенного влияния на работу телескопа. Большие многоцелевые профессиональные телескопы обычно строят так, что наблюдатель получает возможность выбора фокуса. Ньютоновский фокус используется только в любительских оптических телескопах.

Первичные зеркала в отражательных телескопах обычно изготавливают из стекла или керамики, которая не расширяется (и не сжимается) при изменении температуры. Поверхность зеркала тщательно обрабатывается до получения требуемой формы, обычно сферической или параболической, с точностью до долей длины волны света. Для получения отражательных свойств на поверхность стекла наносится тонкий слой алюминия. В ранних отражательных телескопах, например, у Уильяма Гершеля (1738-1822), первичное зеркало было изготовлено из полированного металлического сплава (68% меди и 32% олова). По латыни термин "зеркальный" предается как "speculum"; по этой причине для обозначения отражательного телескопа до сих пор иногда используют сокращение "spec". Самые ранние стеклянные зеркала покрывали серебром, но это оказалось неудобным из-за того, что на воздухе серебро темнеет.

В наиболее современных больших телескопах применяются методы активной оптики, которые позволяют использовать более тонкие и легкие зеркала, необходимая форма которых сохраняется поддерживающей системой, управляемой компьютером. Это позволяет использовать как зеркала с очень большими диаметрами, так и зеркала, составленные из отдельных элементов.

Мощность получаемого светового сигнала и разрешающая способность телескопов зависят от размера объектива. Чтобы получить возможность наблюдения все более слабых объектов и достичь разрешения мелких деталей, в астрономии наблюдается тенденция к созданию инструментов все большего размера, хотя этих целей частично можно достичь и за счет создания более чувствительных детекторов и применения интерферометров.

Увеличение мощности само по себе не имеет большого значения, если не считать небольших любительских телескопов, предназначенных для визуальных наблюдений. Усиление при визуальном наблюдении легко можно изменять с помощью различных окуляров. Максимальная степень усиления обычно ограничена не техническими характеристиками телескопа, а условиями видимости.

Изображения, получаемые в астрономических телескопах, инвертированы. Так как введение дополнительной линзы, которая могла бы скорректировать изображение, поглотит часть светового потока, не принеся особой пользы, астрономы предпочитают работать непосредственно с инвертированными изображениями.

Монтировка астрономического телескопа - важная часть конструкции, так как наблюдатель должен иметь возможность легко направлять телескоп в заданную точку неба и поддерживать его ориентацию при вращении Земли, отслеживая видимое движение объекта по небу. Небольшие любительские телескопы и современные управляемые компьютером телескопы используют альтазимутальную монтировку. До появления компьютерного управления наиболее распространенной была экваториальная монтировка. Экваториальную установку имеют многие из работающих в настоящее время телескопов, причем эта система остается популярной и для любительских инструментов

Экваториальная монтировка

Способ установки телескопа, при котором инструмент может вращаться вокруг полярной оси, параллельной оси вращения Земли, и оси склонения, перпендикулярной полярной оси. Вращение вокруг этих двух осей обеспечивает независимое задание обеих экваториальных координат. Движение вокруг полярной оси изменяет прямое восхождение; движение вокруг другой оси - склонение.

Экваториальная монтировка имеет определенные преимущества: чтобы скомпенсировать видимое движение неба, вызываемое вращением Земли, достаточно поворачивать телескоп только вокруг одной из двух осей (полярной). Однажды наведенный на точку небесной сферы с нужным склонением, телескоп уже не требует дополнительной корректировки. Поэтому в течение многих лет все телескопы сколько-нибудь значительного размера проектировались исключительно с экваториальной монтировкой. Однако развитие компьютерного управления позволило осуществлять наведение и управление даже очень большими телескопами при более простой альтазимутальной монтировке. Тем не менее экваториальная монтировка остается популярной и до сих пор достаточно широко применяется на практике.

Чтобы обеспечить адекватную поддержку и свободу движения для телескопов различных размеров и типов, были разработаны различные виды экваториальной монтировки. К основным вариантам установки относятся немецкая, английская, рамочная, подковообразная и вилочная. Поскольку полярная ось должна быть параллельна земной оси (т.е. направлена в точку северного полюса мира), каждая конструкция экваториальной монтировки подходит только для той широты, для которой она была разработана

Современные телескопы мало похожи на первый телескоп Галилея и представляют собой сложнейшие технические кон-струкции. Но принцип их устройства остаётся прежним. С по-мощью линзы или параболического зеркала собирается свет от небесного объекта и строится изо-бражение в фокусе линзы или зеркала. Здесь помещается при-ёмник излучения, который фиксирует изображение для даль-нейшего изучения.

Небесные светила изучают, собирая, принимая, реги-стрируя и исследуя приходящее от звёзд излучение. Глаз то-же является прибором, собирающим и регистрирующим пада-ющий на него свет. Свет от звезды, проходящий через зрачок глаза, собирается хрусталиком на сетчатке. Энергия падающе-го света вызывает отклик нервных окончаний. В мозг посту-пает сигнал, и мы видим звезду. Но энергии, приходящей от звезды, может быть слишком мало (звезда слабая). Тогда сет-чатка не прореагирует, и мы звезды не увидим.

Принципиально телескоп от глаза отличается только раз-мерами, способом концентрации света и природой регистрато-ра света.

Важнейшими характеристиками телескопа являют-ся его разрешающая и проницающая способности .

Разрешающая способность

Разрешающая способность телескопа определяется наи-меньшим угловым расстоянием между светящимися точка-ми, которые могут быть видны (разрешены) как отдельные объекты.

Разрешающая способность телескопа определяется его размерами. Дифракция световых лучей на краю отверстия приводит к тому, что невозможно в телескопе различить две светящиеся точки, если направления на них образуют угол меньше предельного.

Предельный угол

Предельный угол для идеального объектива и видимого света определяется по формуле

где α — предельный угол, выраженный в угловых секундах; D — диаметр телескопа (в см). Для человеческого глаза пре-дельный угол равен 28” (фактически 1—1,5’), для крупнейше-го в мире телескопа диаметром 10 м предельный угол равен 0,015". Реально предельный угол в несколько раз больше из-за влияния атмосферы.

Проницающая способность

Проницающая способность телескопа определяется наи-меньшей регистрируемой освещённостью, создаваемой светя-щимся объектом.

Проницающая способность телескопа определяется прежде всего его диаметром: чем больше диаметр, тем больше света он собирает. Важную роль играют и приёмники излучения. Если 200 лет назад в телескоп просто смотрели и пытались зарисовать то, что видят, а 40 лет назад в основном фотогра-фировали созданное телескопом изображение, то теперь поль-зуются электронными приёмниками изображения, которые мо-гут регистрировать примерно 60% падающих на него фотонов (фотопластинка регистрирует примерно в 10—100 раз мень-шую долю).

Сейчас наступает новый этап в создании наземных телескопов, которые можно с полным основанием назвать при-борами XXI в. Во-первых, они очень большие — диаметр их главного зеркала 8—10 м. Во-вторых, они построены с использованием новых принципов. Их зер-кала подстраиваются под изменения, происходящие в атмос-фере, так что расфокусировка изображения, вызванная пе-репадами плотности воздуха и его потоками, сводится к минимуму. Такая оптика, «умеющая» приспосабливаться к быстроменяющимся условиям, называется адаптивной . Для по-вышения разрешающей способности телескопов применяются также методы оптической интерферометрии с большой базой.

К новому поколению телескопов относятся 10-метровые телескопы Кека (США), 10-метровый телескоп Хобби-Эберли и 8-метровые телескопы Джемини, Субару, телескоп VLT (Very Large Telescope — Очень Большой Телескоп) Европейской юж-ной обсерватории, а также находящийся в стадии постройки Большой Бинокулярный Телескоп (Large Binocular Telescope) в Аризоне (США).

Очень важно то обстоятельство, что во всех этих телеско-пах главное зеркало образовано отдельными зеркалами, чис-ло которых различно в разных телескопах. Так, в телескопе Субару смонтировано 261 зеркало, в VLT — 150 осевых и 64 боковых зеркала, в телескопе Джемини — 128 зеркал. В Большом Бинокулярном Телескопе (LBT) имеется два главных зеркала, состоящие также из многих элементов. Диаметр глав-ных зеркал всех этих телескопов лежит в диапазоне от 8,1 до 8,4 м.

Зеркала в современных телескопах управляемы. У каждого имеется система при-способлений, которые могут, давя на зеркало, нужным обра-зом изменять его форму, что стало возможным, когда начали изготовлять очень тонкие и лёгкие зеркала. Материал с сайта

С помощью телескопа необходимо получать как можно более ясное изображение удалённой звез-ды, которое должно выглядеть одной точкой. Большие объек-ты, вроде галактик , могут рассматриваться как множество то-чек. Свет от далёкой звезды распространяется в виде сфери-ческой волны, проходящей огромное расстояние в космичес-ком пространстве. Фронт волны, достигшей Земли, можно счи-тать плоским из-за гигантского радиуса сферы — расстояния до звезды.

Если на телескоп падает плоская волна, то в фокальной плоскости появляется точка, размер которой определяется толь-ко дифракцией света, т. е. выполняется условие предельного угла. Именно это имеет место в космическом телескопе Хаб-бла, который, несмотря на то, что его диаметр всего 2.4 м, по-лучает изображение лучше, чем 4—6-метровые телескопы ста-рой конструкции.

Прежде чем попасть в телескоп, волна проходит через зем-ную атмосферу и турбулентность воздуха, что нарушает пло-скую форму фронта. Изображение искажается. Адаптивная оп-тика призвана скомпенсировать отклонения и восстановить из-начальную (плоскую) форму волнового фронта.