Рентгенов телескоп, Оптичен дизайн, История - Структура на телескопа
Рентгенов телескоп - телескоп, предназначен за наблюдение на отдалечени обекти в рентгеновия спектър. За да работят такива телескопи, обикновено е необходимо те да бъдат издигнати над земната атмосфера, която е непрозрачна за рентгеновите лъчи. Затова телескопите се поставят на ракети или сателити за голяма надморска височина.
Оптичен дизайн
Поради високата енергия, рентгеновите кванти практически не се пречупват в материята (следователно е трудно да се направят лещи) и не се отразяват под никакъв ъгъл на падане, с изключение на най-нежните (около 90 градуса).
Рентгеновите телескопи могат да използват няколко техники за фокусиране на лъчи. Най-често използваните са телескопи Voltaire (с огледала за падане на паша), кодиране на апертура и модулиращи (люлеещи се) колиматори.
Ограниченията на рентгеновата оптика водят до по-тясно зрително поле в сравнение с телескопите, работещи в UV и видимата светлина.
Често изобретяването на първия телескоп се приписва на Ханс Липершлай от Холандия, 1570-1619 г., но е почти сигурно, че той не е откривателят. Най-вероятно неговата заслуга е, че той беше първият, който направи новия инструмент за телескоп популярен и търсен. И също така той подава през 1608 г. заявление за патент за чифт лещи, поставени в тръба. Той нарече устройството шпионка. Патентът му обаче е отхвърлен, тъй като устройството му изглежда твърде просто.
Много преди него астрономът Томас Дигес се опитва да увеличи звездите през 1450 г. с помощта на изпъкнала леща и вдлъбнато огледало. Той обаче нямаше търпение да усъвършенства устройството и полуизобретението скоро беше безопасно забравено. Дигес е запомнен днес с описанието си на хелиоцентричната система.
За днешния човек телескопът Галилео не е такъвизглеждат специални, всеки предтийнейджър може лесно да сглоби много по-добър инструмент, използвайки модерни лещи. Но телескопът Галилео беше единственият реално работещ телескоп по това време с 20-кратно увеличение, но с малко зрително поле, леко замъглено изображение и други недостатъци. Галилей е този, който открива възрастта на рефрактора в астрономията - 17 век.
Времето и развитието на науката направиха възможно създаването на по-мощни телескопи, които направиха възможно да се види много повече. Астрономите започнаха да използват лещи с по-голямо фокусно разстояние. Самите телескопи се превърнаха в големи неподвижни тръби по размер и, разбира се, не бяха удобни за използване. Тогава за тях са изобретени стативи. Телескопите постепенно се подобряват и усъвършенстват. Максималният му диаметър обаче не надвишаваше няколко сантиметра - не беше възможно да се произвеждат големи лещи.
До 1656 г. Кристиан Хюенс прави телескоп, който увеличава 100 пъти наблюдаваните обекти, размерът му е повече от 7 метра, апертурата е около 150 мм. Този телескоп вече се счита за на нивото на днешните любителски телескопи за начинаещи. През 1670 г. вече е бил построен 45-метров телескоп, който допълнително увеличава обектите и дава по-голям зрителен ъгъл.
Но дори обикновеният вятър може да послужи като пречка за получаване на ясно и висококачествено изображение. Телескопът започна да расте на дължина. Откривателите, опитвайки се да изтръгнат максимума от това устройство, разчитат на открития от тях оптичен закон - намаляването на хроматичната аберация на лещата става с увеличаване на нейното фокусно разстояние. За да премахнат хроматичния шум, изследователите направиха телескопи с най-невероятната дължина. Тези тръби, които тогава се наричаха телескопи, достигаха до 70 метра дължина и създаваха много неудобства при работата с тях и настройката им. недостатъцирефракторите принудиха великите умове да търсят решения за подобряване на телескопите. Отговорът и нов начин бяха намерени: събирането и фокусирането на лъчите започна да се извършва с помощта на вдлъбнато огледало. Рефракторът е прероден в рефлектор, напълно освободен от хроматизъм.
Тази заслуга принадлежи изцяло на Исак Нютон, именно той успя да даде нов живот на телескопите с помощта на огледало. Първият му рефлектор беше само четири сантиметра в диаметър. И той направи първото огледало за телескоп с диаметър 30 mm от сплав от мед, калай и арсен през 1704 г. Изображението стана ясно. Между другото, първият му телескоп все още се съхранява внимателно в Астрономическия музей в Лондон.
Но дълго време оптиците не успяха да направят пълноценни огледала за рефлектори. Годината на раждане на нов тип телескоп се счита за 1720 г., когато британците построиха първия функционален рефлектор с диаметър 15 сантиметра. Това беше пробив. В Европа имаше търсене на преносими, почти компактни телескопи с дължина два метра. Започнаха да се забравят около 40-метрови тръби на рефрактори.
18-ти век би могъл да се счита за век на рефлектора, ако не беше откритието на английските оптици: магическа комбинация от две лещи от корона и кремък.
Системата с две огледала в телескоп е предложена от французина Касегрен. Касегрен не можа да реализира изцяло идеята си поради липсата на техническа възможност за изобретяване на необходимите огледала, но днес чертежите му са изпълнени. Именно телескопите на Нютон и Касегрен се считат за първите "модерни" телескопи, изобретени в края на 19 век. Между другото, космическият телескоп Хъбъл работи точно като телескопа Касегрен. А основният принцип на Нютон с едно вдлъбнато огледало се използва в Специалната астрофизична обсерватория в България от 1974 г.Разцветът на рефракторната астрономия настъпва през 19 век, когато диаметърът на ахроматичните обективи постепенно нараства. Ако през 1824 г. диаметърът е бил още 24 сантиметра, то през 1866 г. размерът му се удвоява, през 1885 г. диаметърът започва да бъде 76 см (Пулковската обсерватория в България), а до 1897 г. е изобретен рефракторът на Йерк. Може да се изчисли, че за 75 години лещата на обектива се е увеличавала с един сантиметър на година.
До края на 18-ти век компактните, удобни телескопи заменят обемистите рефлектори. Металните огледала също се оказаха не особено практични - скъпи за производство, както и затъмняване с времето. До 1758 г. с изобретяването на два нови вида стъкло: леки - корони и тежки - кремък, стана възможно създаването на лещи с две лещи. Това беше успешно използвано от учения J. Dollond, който направи леща с две лещи, по-късно наречена доларова леща.
След изобретяването на ахроматичните лещи победата на рефрактора беше абсолютна, оставаше само да се подобрят телескопите с лещи. Забравих за вдлъбнатите огледала. Беше възможно да ги съживят от ръцете на любители астрономи. Уилям Хершел, английски музикант, открил планетата Уран през 1781 г. Неговото откритие няма аналог в астрономията от древни времена. Освен това Уран е открит с помощта на малък самоделен рефлектор. Успехът подтиква Herschel да започне да прави по-големи рефлектори. Самият Хершел в работилницата сплавя огледала от мед и калай. Основното дело на живота му е голям телескоп с огледало с диаметър 122 см. Това е диаметърът на най-големия му телескоп. Откритията не закъсняха, благодарение на този телескоп Хершел откри шестия и седмия спътник на планетата Сатурн. Друг, не по-малко известен, любител астроном, английски земевладелец лорд Росизобретил рефлектор с огледало с диаметър 182 сантиметра. Благодарение на телескопа той открива редица неизвестни спираловидни мъглявини. Телескопите на Хершел и Рос имаха много недостатъци. Огледалните метални лещи бяха твърде тежки, отразяваха само малка част от падащата върху тях светлина и бяха затъмнени. Необходим е нов перфектен материал за огледала. Този материал беше стъкло. Френският физик Леон Фуко през 1856 г. се опитва да вмъкне огледало от сребърно стъкло в рефлектор. И опитът беше успешен. Още през 90-те години любител астроном от Англия построи рефлектор за фотографски наблюдения със стъклено огледало с диаметър 152 сантиметра. Друг пробив в конструкцията на телескопа беше очевиден.
Този пробив не беше без участието на български учени. АЗ СЪМ В. Брус става известен с разработването на специални метални огледала за телескопи. Ломоносов и Хершел, независимо един от друг, изобретиха напълно нов дизайн на телескопа, при който основното огледало се накланя без вторичното, като по този начин се намалява загубата на светлина.
Немската оптика Fraunhofer постави производството и качеството на лещи на конвейер. И днес в обсерваторията Тарту има телескоп с цяла работеща леща на Фраунхофер. Но рефракторите на немската оптика също не бяха без недостатък - хроматизъм.
И едва в края на 19 век е изобретен нов метод за производство на лещи. Стъклените повърхности започват да се третират със сребърен филм, който се нанася върху стъклено огледало чрез излагане на гроздова захар на соли на сребърен нитрат. Тези новаторски лещи отразяват до 95% от светлината, за разлика от античните бронзови лещи, които отразяват само 60% от светлината. Л. Фуко създава рефлектори с параболични огледала чрез промяна на формата на повърхността на огледалата. В края на 19 век Кросли, любител астроном, се обръща към своявнимание на алуминиевите огледала. Той купи вдлъбнато стъклено параболично огледало с диаметър 91 см и веднага се постави в телескопа. Днес телескопи с такива огромни огледала са инсталирани в модерни обсерватории. Докато растежът на рефрактора се забавя, развитието на рефлекторния телескоп набира скорост. От 1908 до 1935 г. различни обсерватории по света са изградили повече от дузина рефлектори с леща, по-голяма от тази на Ierk. Най-големият телескоп е инсталиран в обсерваторията Mount Wnlson, диаметърът му е 256 сантиметра. И дори тази граница скоро ще бъде надмината двойно. В Калифорния е монтиран американски гигантски рефлектор, който днес е на повече от петнадесет години.
Преди повече от 30 години, през 1976 г., съветски учени построиха 6-метров телескоп БТА - Големия азимутален телескоп. До края на 20-ти век ARB се смяташе за най-големия телескоп в света.Изобретателите на BTA бяха новатори в оригинални технически решения, като алт-азимутална инсталация с компютърно насочване. Днес тези иновации се използват в почти всички гигантски телескопи. В началото на 21 век БТА е изместен във втората десетка по големина на телескопите в света. А постепенната деградация на огледалото от време на време – днес качеството му е паднало с 30% от оригинала – го превръща само в исторически паметник на науката.
Новото поколение телескопи включва два големи 10-метрови двойни телескопа KECK I и KECK II за оптични инфрачервени наблюдения. Монтирани са през 1994 и 1996 г. в САЩ. Те са събрани благодарение на помощта на фондация W. Keck, на която са кръстени. Той предостави над 140 000 долара за изграждането им. Тези телескопи са с размерите на осеметажна сграда и тежат повече от 300 тона всеки, но работят с най-висока точност. Принцип на работа - основно огледало10 метра в диаметър, състоящ се от 36 шестоъгълни сегмента, работещи като едно отразяващо огледало. Тези телескопи са инсталирани на едно от оптималните места на Земята за астрономически наблюдения - в Хаваите, на склона на изчезналия вулкан Мануа Кеа с височина 4200 м. До 2002 г. тези два телескопа, разположени на разстояние 85 м един от друг, започнаха да работят в режим на интерферометър, давайки същата ъглова разделителна способност като 85-метровия телескоп. Историята на телескопа измина дълъг път - от италианските стъклари до днешните гигантски сателитни телескопи. Съвременните големи обсерватории отдавна са компютъризирани. Въпреки това любителските телескопи и много телескопи, като Хъбъл, все още се основават на принципите на работа, изобретени от Галилей.