Telescopul (din gr. tele = departe, skopein = a cerceta, a examina) este un instrument optic folosit în astronomie pentru observarea corpurilor ceresti.
Pentru sute de ani, telescoapele au fost singurele instrumente folosite pentru observarea planetelor si a galaxiilor. Chiar si azi navetele cosmice pot ajunge doar vecinii nostri apropiati din sistemul nostru solar, oamenii de stiinta continuând sa se bazeze pe telescop în studierea stelelor, nebuloaselor si galaxiilor aflate la mare distanta.
Telescopul optic
Majoritatea telescoapelor functioneaza colectând lumina emisa de stele sau reflectata de suprafata planetelor. Acestea se numesc telescoape optice.
Telescopul formeaza imagini ale cerului relativ apropiate si mareste luminozitatea aparenta a astrilor, permitând distingerea detaliilor si sa se observe mult mai multe stele decât cu ochiul liber
Lumina vizibila adunata de telescop e descompusa în radiatiile componente cu ajutorul unui spectroscop, în acest fel obtinându-se informatii despre temperatura obiectului, miscare, compozitie chimica sau prezenta unor câmpuri magnetice.
În esenta, telescopul optic este un instrument ce concentreaza o imagine din realitate într-un manunchi suficient de mic de raze astfel încât sa intre prin pupila ochiului uman. Ca un produs secundar al acestei operatii, lumina este intensificata, lumina slaba devenind usor vizibila.
Multe telescoape sunt construite în observatoare astronomice în jurul Pamântului dar numai undele radio, lumina vizibila si radiatia infrarosie pot penetra atmosfera Pamântului si pot ajunge la suprafata planetei. Pentru a depasi aceasta problema au fost lansate în spatiu telescoape care pot colecta unde din alte regiuni ale spectrului electromagnetic.
Obiectivul telescopului este constituit dintr-o oglinda (sau un sistem de oglinzi) de sticla metalizata de forma paraboloidala, care poate atinge chiar si 11 m în diametru. Cu ajutorul unei oglinzi plane sau curbe, imaginea data de obiectiv este îndreptata spre un ocular.
Telescopul optic poate fi utilizat atât pentru observarea directa, cât si pentru cercetari fotografice sau spectroscopice.
Tipuri de telescoape
Lumina este facuta din fotoni si telescoapele profesionale concentreaza lumina spre detectori electronici care colecteaza fotonii. Exista trei tipuri principale de telescoape optice in functie de tipul obiectivului colector de lumina: refractoare (dioptrii) care foloseste lentile, reflectoare (catoptrii) care foloseste oglinzi si sistemul care combina lentile cu oglinzi (cadioptrii).
Schema de baza este ca primul element care capteaza lumina, obiectivul (lentila (1) sau oglinda concava), focalizeaza lumina unui obiect aflat la departare (4) pe un plan focal unde formeaza o imagine reala (5). Aceasta imagine poate fi inregistrata, sau vazuta printr-un ocular care se comporta ca o lupa. Ochiul (3) vede o imagine virtuala marita (6) la o distanta mare.
Telescoapele care folosesc doua lentile convexe fac ca imaginea sa apara rasturnata. Versiuni terestre ale acestor telescoape si binocluri folosesc prisme sau se bazeaza pe lentile intre obiectiv si ocular pentru a inversa imaginea inca o data. Astfel, imaginea apare dreapta in ocular.
Multe tipuri de telescoape multiplica calea optica cu oglinzi duble sau triple. Acestea ar putea fi parti integrale ale designului optic, dar de asemenea servesc pentru a face telescopul mai compact si plasand ocularul sau detectorul intr-o pozitie mai convenabila. La telescoapele mai mari aceste oglinzi aditionale sunt adesea folosite pentru a produce o imagine de calitate mai buna pe o suprafata mai mare.
1. Telescoape refractoare
Telescopul refractor, cunoscut si sub numele de luneta, este primul model de telescop aparut (in Olanda in 1608).
Telescopul refractor este un tip de telescop optic care refracta lumina. Aceasta refractie face ca razele paralele de lumina sa convearga intr-un punct focal. Din aceasta cauza utilizatorul poate vedea un obiect mai clar, luminos si aproape. Este asemanator din punct de vedere al constructiei cu microscopul. Un refractor tipic are 2 lentile, lentila obiectiv si ocularul. Obiectivul este format din doua bucati de sticla cu dispersii diferite. Fiecare parte a acestor bucati de sticla este finisata pe o parte si pe alta. Lentila este convexa iar puterea de a aduna razele de lumina a unui astfel de telescop este proportionala cu marimea obiectivului.
Aceste telescoape sunt împiedicate de erori cromatice care cauzeaza venirea fiecarei culori într-un focar diferit pentru ca fiecare culoare are propriul sau unghi de refractie. Aberatia cromatica face ca imaginea unei stele sau planete sa fie înconjurata de cercuri de diferite culori.
O alta limitare fundamentala a acestor telescoape este faptul ca lentilele cu diametre mai mari de 1 metru sunt impractice deoarece cântaresc mai mult de jumatate de tona si se prabusesc sub propria lor greutate. Acestea nu pot fi sprijinite de dedesupt ca oglinzile.
Pe de alta parte, telescopul refractor isi mentine foarte bine alinierea opticii si este utilizabil atat la observatii astronomice cat si terestre.
Designul facut de Galileo este numit telescopul galilean. Folosea lentila obiectiv convexa si lentila oculara concava. Prin telescopul galilean imaginea nu se vedea rasturnata, dar avea un camp vizual foarte mic, aberatie cromatica si sferica si focalizare slaba.
2. Telescoape reflectoare
Isaac Newton este cunoscut ca fiind primul care a construit un telescop reflector practic, dupa propriul sau design in jurul anului 1670. Telescopul avea un obiectiv concav si o oglinda diagonala mai mica, pentru a rezolva problema erorii cromatice.
Telescopul reflector, cunoscut si sub numele de telescop newtonian, este cel mai simplu. Acesta foloseste o oglinda concava pentru a aduna razele de lumina si formeaza imaginea într-un focar aflat deasupra oglinzii.
Telescoapele reflectatoare sunt în special folositoare pentru a aduna lumina de la obiecte intunecate. Sensibilitatea luminii unui astfel de telescop creste cu patratul diametrului oglinzii telescopului. Deci daca se dubleaza diametrul oglinzii puterea de a aduna razele de lumina creste de 4 ori.
Oglinda telescopului este facuta dintr-o sticla speciala care nu se contracta si mareste la diferite temperaturi. Oglinda e polizata cu ajutorul calculatorului pentru ca diferentele de grosime de pe suprafata trebuie sa fie mai mici decât o fracsiune din grosimea unui fir de par. Pentru a crea un strat reflectator se acopera suprafata oglinzii cu un strat subtire de aluminiu, protejat la exterior cu un strat de protectie în general din SiO2
Principalul dezavantaj al acestor oglinzi este greutatea. Telescopul Hale de pe muntele Palomar din California cântareste 14 tone. La unele telescoape construite dupa 1990 greutatea oglinzii a fost redusa prin punerea între o oglinda concava subtire si a unei placi a unui strat de nervuri de sticla.
3. Telescoape catadioptrice
In tuburile catadioptrice se afla oglinda principala, oglinda secundara si lentila de corectie. Cele mai frecvent utilizate telescoape catadioptrice sunt de tip Makszutov-Cassegrain si Schmidt-Cassegrain.
Makszutov-Cassegrain
Foloseste lentile subtiri cu o puternica curbura pentru corectarea imaginii. Oglinda secundara este ceva mai mica decat la Schmidt si ofera o mai buna rezolutie pentru observatiile planetare. Acest tip de telescop este ceva mai greu decat cel de tip Schmidt. Sistemul optic al acestuia este mai simplu de construit dar necesita mai mult material pentru lentilele corectoare.
Schmidt-Cassegrain
Lumina intra printr-o lentila subtire si asferica de tip Schmidt, apoi loveste prima oglinda sferica si se reflecta inapoi in tub fiind interceptata de o a doua oglinda mai mica care reflecta lumina intr-o deschizatura unde se afla ocularul.
Acest telescop are cel mai bun design si combina avantajele folosirii lentilelor si oglinzilor impreuna. Este excellent in observarea obiectelor indepartate sau in astrofotografie. Tubul inchis reduce degradarea imaginii si are cea mai buna focalizare dintre toate tipurile de telescoape. Dezavantajul este pierdere de lumina din cauza folosirii celei de-a doua oglinzi.
Notiuni de optica
Distanta focala: este distanta de la obiectiv la punctul focal. Distanta focala a unui obiectiv poate fi modificata cel mai simplu prin folosirea unei lentile Barlow care mareste distanta focala de un numar determinat de ori. Distanta focala efectiva poate sa nu fie egala cu distanta focala fizica (distanta de la obiectiv la ocular) în cazul telescoapelor catadioptrice, acestea îndoind razele de lumina de doua ori în interiorul tubului si marind prin intermediul oglizii secundare distanta focala.
Punct focal: este punctul în care se întâlnesc toate razele de lumina care vin la ocular.
Luminozitatea (f ratio): este raportul dintre distanta focala si diametrul obiectivului. Cu cât acest raport este mai mic cu atât instrumentul este mai luminos. Din punct de vedere fotografic, un instrument cu o luminozitate mare necesita o deschidere scurta a obturatorului, de aceea aceste obiective/telescoape sunt numite rapide (fast, eng.); un instrument cu un raport mare al distantei focale si obiectivului va necesita expuneri fotografice mai lungi si va fi numit obiectiv/telescop încet (slow, eng.).
Grosismentul (puterea de marire): este raportul dintre distanta focala a obiectivului si distanta focala a ocularului. În general se recomanda utilizarea unei mariri de maxim 50X-60X diametrul obiectivului exprimat în inchi sau de 2X diametrul obiectivului masurat în milimetri.
Aberatia de sfericitate: apare atunci când razele de lumina nu sunt reflectate într-un acelasi punct. Este specifica oglinzilor sferice si poate fi corectata prin parabolizarea oglinzii principale, prin intermediul unor lentile corectoare (asa cum se întâmpla în cazul sistemelor Schmidt-Cassegrain sau Maksutov-Cassegrain, de exemplu) sau printr-o distanta focala fizica foarte lunga în cazul oglinzilor de dimensiuni sub 150mm. În cazul telescoapelor newtoniene de dimensiuni peste 150mm se recurge la parabolizarea oglinzilor pentru a anula aberatia de sfericitate.
Coma: este o aberatie datorata formei oglinzii si apare în cazul oglinzilor foarte rapide (raportul dintre distanta focala si diametrul obiectivului este sub f/6) pentru punctele de lumina care nu sunt paralele cu axa optica a oglinzii sau a instrumentului (nu se afla în centrul imaginii). În timp ce razele reflectate de partile centrale ale oglinzii au punctul focal (se întretaie) aproape de axa optica a instrumentului, razele reflectate de partile marginale nu sunt reflectate în acelasi punct, formând o imagine alungita sub forma de “V”. Coma poate fi corectata fie folosind lentile corective, fie utilizând oglinzi cu distanta focala mare.
Aberatia cromatica: este specifica doar lentilelor (deci refractoarelor) si apare când diferitele lungimi de unda ale spectrului vizibil nu sunt focalizate în acelasi plan focal. Aceasta se datoreaza indicelui de refractie al materialului din care este confectionata lentila în functie de lungimea de unda a radiatiilor care compun lumina. Corectarea acestei aberatii se face folosind un obiectiv alcatuit din doua/trei/patru lentile cu indici de refractie diferiti pentru a anula efectele produse de fiecare dintre ele separat sau prin utilizarea unui element din sticla speciala ED sau cu fluorit in componenta obiectivului. Obiectivele acromate sau semi-apocromate reduc aberatia cromatica, însa obiectivele apocromate o elimina total.
Astigmatismul: este specific lentilelor si apare pentru imaginile aflate la marginea câmpului vizual când razele ce trec prin lentila formând un unghi oblic fata de axa optica sunt focalizate diferit fata de razele paraxiale. În functie de unghiul de incidenta al razelor ce intra în lentila, planul de refractie este orientat fie tangential, fie sagital, astfel ca imaginea ce rezulta depinde de locatia planului focal si este caracterizata prin imagini încetosate mai mult sau mai putin alungite si a caror intensitate si contrast scad pe masura ce distanta fata de centru creste. Când astigmatismul este corectat imaginile tangentiale si sagitale coincid pe o suprafata curba a lentilei numita suprafata Petzval.
Bibliografie
• Dictionar enciclopedic roman, editura Politica, Bucuresti, 1966
• http://en.wikipedia.org
• http://telescoape.3x.ro
Referat trimis de: Mihai Tudor
NOTA IMPORTANTA: ARTICOLELE PUBLICATE IN PAGINA DE REFERATE AU SCOP DIDACTIC SI SUNT ELABORATE IN URMA UNEI DOCUMENTARI SUSTINUTE. ESTE STRICT INTERZISA PRELUAREA ARTICOLELOR DE PE SITE SI PREZENTAREA LOR LA ORELE DE CURS. Referatele din aceasta sectiune sunt trimise de diferiti colaboratori ai proiectului nostru. Referatele va sunt prezentate pentru COMPLETAREA STUDIULUI INDIVIDUAL, si va incurajam si sustinem sa faceti si voi altele noi bazate pe cercetari proprii.
