Đặc điểm của kính thiên văn phản xạ

Theo thông lệ, người ta gọi một tấm gương phản chiếu bất kỳ thiết bị nào có chức năng chính là phản ánh... Vì vậy, một kính thiên văn phản xạ đã được tạo ra bằng cách sử dụng hiện tượng quang học này. Thay vì thấu kính, một gương cầu lõm nằm trong vật kính của thiết bị, gương này phản xạ và hướng chùm ánh sáng vào thị kính để xem hoặc chụp ảnh. Hãy xem xét các đặc điểm phân biệt chính của kính thiên văn phản xạ.

Kính thiên văn phản xạ khác với một loại kính thiên văn khúc xạ khác ở chỗ một gương lõm làm bằng kim loại hoặc thủy tinh được lắp vào đó thay vì một hệ thống thấu kính. Thường thì những thiết bị như vậy được gọi là kính thiên văn “gương”.

Khá dễ dàng để phân biệt kính thiên văn phản xạ với kính thiên văn chịu lửa, ngay cả khi không có kinh nghiệm về thiên văn học. Đề án của thứ hai là khá đơn giản. Đây là một ống, đường kính của ống này phụ thuộc vào đường kính của vật kính nằm ở cuối hướng về phía vật quan sát. Ở đầu kia của ống có một thị kính - một thấu kính có đường kính nhỏ hơn, qua đó việc quan sát được thực hiện. Chiều dài của ống của một thiết bị như vậy được xác định bởi tiêu cự của thấu kính và độ bền của vật liệu chế tạo nó.

Kính thiên văn có gương cầu lõm trông sẽ khác, vì nó có nguyên lý hoạt động và cấu tạo hoàn toàn khác. Ở phần cuối của đường ống hướng lên bầu trời, một thiết bị như vậy, nói chung, có thể không có bất cứ thứ gì, vì gương được cố định ở đầu kia.Nhưng thị kính, theo quy luật, nằm ở phía trên đầu ống. Đường đi của tia, ngược lại với khúc xạ, bị chặn bởi lăng kính hoặc gương phẳng nằm dọc theo trục trung tâm của ống, trong đó ánh sáng được thu lại để phản xạ vào thị kính. Cấu trúc của tấm phản xạ không yêu cầu bắt buộc phải sử dụng ống dẫn, và do đó không có những hạn chế nảy sinh trong vật liệu khúc xạ.... Tất cả các kính thiên văn lớn hiện đại, bao gồm cả kính viễn vọng không gian, được sắp xếp theo sơ đồ sau: ống trong chúng được thay thế bằng cấu trúc lưới nhẹ, mục đích là giữ tất cả các phần tử của hệ thống quang học.

Các nhà thiên văn nghiệp dư đã sử dụng thành công cả hai loại kính thiên văn, và cả hai loại kính thiên văn này đều có những ưu điểm và nhược điểm của chúng, trong một trường hợp gây ra bởi sự khúc xạ của thông lượng ánh sáng đi qua thấu kính, mặt khác - bởi sự phản xạ của nó từ bề mặt, có thể khác nhau độ cong. Đối với các quan sát liên quan đến du lịch và chuyển động của thiết bị, tốt hơn là sử dụng một khúc xạ, thiết kế của nó mạnh mẽ hơn. Việc vận chuyển gương phản xạ là không mong muốn, vì nó có thể gây ra sự dịch chuyển của các phần tử kết cấu so với đường tâm, sau đó cần phải điều chỉnh vị trí của chúng bằng cách sử dụng vít - căn chỉnh. Một kính thiên văn như vậy có thể được đặt trong một đài quan sát nghiệp dư.

Việc sử dụng gương cầu lõm làm thấu kính là kết quả của nghiên cứu khoa học nhằm giảm sự biến dạng do thấu kính gây ra (quang sai màu và cầu). Nghiên cứu theo hướng này đã được thực hiện ở nhiều nước châu Âu, các nhà khoa học Anh đã đặc biệt thành công trong việc nghiên cứu đó. Năm 1663, James Gregory là người đầu tiên đề xuất sử dụng gương lõm phản xạ thay vì thấu kính khúc xạ (dường như, ông đã phát minh ra kính thiên văn phản xạ đầu tiên), năm 1673 Robert Hooke nổi tiếng là hiện thân của hệ thống được mô tả của một thiết bị quang học.

Tuy nhiên, Isaac Newton vĩ đại lần đầu tiên tạo ra một kính thiên văn hoạt động với một thấu kính gương vào năm 1668.

Đường đi của các tấm phản xạ không hề dễ dàng; các thiết bị thấu kính, đồng thời được cải tiến, cho hình ảnh rõ ràng và sáng hơn. Các nhà khoa học của lục địa Châu Âu (người Đức, người Pháp, người Ý) đã đóng góp đáng kể vào sự phát triển của họ. Có vẻ như gương phản xạ sẽ vẫn ở mức của một thiết bị thí nghiệm.

Việc tìm kiếm đã đi theo hướng cải tiến lớp phủ và sản xuất gương. Sau đó, để giảm thiểu sự biến dạng, nhiều cải tiến khác nhau đã được đưa vào hệ thống do Newton đề xuất nhiều lần, dẫn đến sự xuất hiện của các sơ đồ khác nhau về cơ bản của kính thiên văn phản xạ, bao gồm cả các phiên bản kết hợp, khi thấu kính và gương được sử dụng trong một sản phẩm. Sự xuất hiện của các vật liệu và công nghệ mới giúp chúng ta có thể tạo ra ngày càng nhiều hệ thống hoàn hảo hơn và việc không cần đến một ống cồng kềnh trong thiết kế của kính thiên văn đã giúp nó có thể nhân rộng hiệu quả của nó.

Tất cả các gương phản xạ đều có một điểm chung - việc sử dụng gương cầu lõm làm thấu kính... Nhưng hướng đi xa hơn của các tia được gương thu thập được đề xuất hướng vào thị kính theo nhiều cách khác nhau.

Hệ thống phản xạ, được phát triển bởi Isaac Newton, được coi là cổ điển. Gương chính không có lỗ và tương đối dễ sản xuất. Một gương phẳng đặt gần tiêu điểm của nó phản xạ thông lượng ánh sáng vuông góc với đường tâm. Thị kính được đặt ở bên cạnh.

Sơ đồ của kính thiên văn Newton là đơn giản nhất trong quá trình thực hiện và được sử dụng rộng rãi trong giới thiên văn nghiệp dư, những người tự chế tạo thiết bị quan sát. Và các công ty sản xuất thiết bị cho thiên văn nghiệp dư sản xuất các thiết bị như vậy với số lượng lớn.

Đề án của một kính thiên văn gương được đề xuất vào năm 1663 hóa ra rất thành công, kể từ cho hình ảnh trực tiếp và có thể được sử dụng không chỉ cho các quan sát thiên văn mà còn trong các điều kiện trên mặt đất. Một lỗ được tạo ở tâm của gương cầu lõm, ánh sáng phản xạ từ nó hướng vào lỗ một giây, cũng là gương cầu lõm, thị kính được đặt dọc theo đường tâm của kính thiên văn, giống như khúc xạ hoặc kính thiên văn thông thường.

Đề án do Laurent Cassegrain phát triển và thực hiện vào những năm 1770, giống với đề án của Gregory. Gương cầu lõm cũng có một lỗ ở phần trung tâm. Các thiết bị khác nhau về hình dạng của gương thứ hai - trong hệ thống đang xem xét, nó là gương cầu lồi. Các kính thiên văn được chế tạo theo sơ đồ này, với các đặc điểm tương tự như các thiết bị của Gregory, ngắn hơn nhiều. Hệ thống Cassegrain, được cải tiến bởi nhà thiên văn học Liên Xô Dmitry Maksutov, hiện được sử dụng trên toàn thế giới để tạo ra các gương phản xạ nghiệp dư.

Một sửa đổi khác của kính thiên văn Cassegrain là hệ thống Ritchie-Chretien được phát triển vào những năm 1920. Nhờ hình dạng khác nhau của gương, người ta có thể thu được trường quan sát lớn hơn, điều này hóa ra lại thuận tiện cho việc quan sát các vật thể chuyển động (tiểu hành tinh, sao chổi, hành tinh). Và cũng trong hệ thống này, nó có thể giảm một số biến dạng.

Một số nỗ lực đã được thực hiện để sử dụng một gương lõm không có gương phản xạ chặn quang thông. Vào đầu những năm 70 của thế kỷ 17, William Herschel đã thiết kế một kính thiên văn phản xạ như vậy, thị kính của nó không che khuất gương chính theo bất kỳ cách nào. Điều này làm cho nó có thể tăng đáng kể sức mạnh của thiết bị, nhưng làm phát sinh biến dạng mạnh ở dạng hôn mê. Vào những năm 1760, một thiết kế tương tự đã được phát triển và thực hiện bởi M.V. Lomonosov. Hiện tại, các thiết bị có sơ đồ quang học như vậy được sử dụng cho các quan sát đặc biệt; chúng không được sử dụng rộng rãi trong thiên văn nghiệp dư, do sự phức tạp của thiết bị và sự điều chỉnh.

Hệ thống Dietrich Korsch được phát triển vào những năm 1970. Nó được phân biệt bởi sự hiện diện của không phải hai mà là ba gương, cho phép bạn sửa hầu hết các biến dạng.

Các thiết bị của hệ thống này được sử dụng rộng rãi để sản xuất các thiết bị quang học khác nhau - từ ống nhòm và ống nhòm cho đến kính thiên văn nghiệp dư. Ưu điểm chính của chúng là giảm đáng kể chiều dài của thiết bị trong khi vẫn giữ nguyên tiêu cự. Các gương được đặt nghiêng một góc so với trục quang học mà không cản nhau.

Hệ thống Cassegrain, được cải tiến vào đầu thế kỷ 20 bởi Bernhard Schmidt, đã trở nên phổ biến. Đây là một sơ đồ lai, trong đó, ngoài một gương cầu lõm, một vật kính được sử dụng.

Trong thế kỷ 20, kính thiên văn phản xạ đã loại bỏ hoàn toàn vật liệu khúc xạ khỏi tất cả các đài quan sát thiên văn quan trọng. Cùng với sự phát triển của công nghệ chế tạo, đường kính của những chiếc gương được lắp trong kính thiên văn bắt đầu lớn hơn.

Năm 1917, gương phản xạ lớn nhất thế giới trở thành đài thiên văn ở Hoa Kỳ (bang Washington), gương của nó có đường kính 100 inch (2,5 mét). Sau Chiến tranh thế giới thứ hai, một thiết bị có gương 5 mét đã được sản xuất, cũng được lắp đặt ở California.

Kính thiên văn góc phương vị lớn nhất ở Thế giới cũ vẫn là Kính viễn vọng phương vị lớn, được tạo ra ở Liên Xô vào giữa những năm 70 của thế kỷ trước, được gắn ở Cộng hòa Karachay-Cherkess tại một đài quan sát độ cao.

Kính thiên văn hiện đại lớn nhất thế giới với gương đặc được lắp đặt tại bang Arizona, Mỹ. Đây là một Kính viễn vọng Hai mắt Lớn. Nó được trang bị hai gương giống hệt nhau với đường kính 8,4 mét. Thiết bị được sản xuất vào năm 2005.

Lớn nhất hiện nay là các thiết bị có gương phân đoạn đúc sẵn: Kính viễn vọng Canary Lớn, Kính viễn vọng Nam Phi Lớn và Kính viễn vọng Hobby-Eberley (Hoa Kỳ).

Sử dụng kính thiên văn gương không khó lắm. Tuy nhiên, không giống như một máy đo khúc xạ, một thiết bị như vậy đòi hỏi phải được xử lý rất cẩn thận. Vì ống phản xạ luôn mở nên bụi có thể xâm nhập vào ống. Bằng cách lắng đọng trên bề mặt của gương, nó làm giảm đáng kể khả năng phản xạ của nó.

Di chuyển gương phản xạ cũng là một vấn đề, vì các phần tử cấu trúc có xu hướng di chuyển dưới ảnh hưởng của rung động. Thông thường, các thao tác với kính thiên văn gương kết thúc bằng việc điều chỉnh (căn chỉnh) tốn nhiều công sức. Kính thiên văn có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng các vít điều chỉnh, các điểm quay của chúng khiến gương dịch chuyển; không thể thực hiện điều này nhanh chóng nếu không có kinh nghiệm thích hợp.