2. Астрономічні спостереження та телескопи
2. Астрономічні спостереження та телескопи
1. Телескопи
Основним астрономічним приладом єтелескоп.
Призначення телескопа - зібрати якнайбільше світла від об'єкта, що досліджується, і (при візуальних спостереженнях) збільшити його видимі кутові розміри.
Основною оптичною частиною телескопа єоб'єктив, який збирає світло і створює зображення джерела.
Якщо об'єктив телескопа є лінзою або системою лінз, то телескоп називаютьрефрактором(рис. 2), а якщо увігнуте дзеркало - торефлектором(рис. 3).
Світлова енергія, що збирається телескопом, залежить від розмірів об'єктива. Чим більше площа його поверхні, тим більш слабкі об'єкти, що світяться, можна спостерігати в телескоп.
У рефракторі промені, пройшовши через об'єктив, заломлюються та утворюють зображення об'єкта у фокальній площині (рис. 4, а). У рефлекторі промені від увігнутого дзеркала відбиваються і потім також збираються у фокальній площині (рис. 4, б). Зображення небесного об'єкта, побудоване об'єктивом, можна розглядати через лінзу, звану окуляром, або фотографувати.
При виготовленні об'єктива телескопа прагнуть звести до мінімуму всі спотворення, якими неминуче має зображення об'єктів. Проста лінза сильно спотворює та забарвлює краї зображення. Для зменшення цих недоліків об'єктив виготовляють із кількох лінз з різною кривизною поверхонь та з різних сортів скла. Поверхні увігнутого скляного дзеркала, що срібляться абоалюмінується, надають зменшення спотворення не сферичну, а параболическую форму.
Радянський оптик Д. Д. Максутов розробив систему телескопа, яку називають менісковою. Вона поєднує в собі переваги рефрактора та рефлектора. За цією системою влаштовано одну з моделей шкільного телескопа. Тонке опукло-увігнуте скло – меніск – виправляє спотворення, що даються великим сферичним дзеркалом. Промені, що відбилися від дзеркала, потім відбиваються від посрібленого майданчика на внутрішній поверхні меніска і йдуть в окуляр (рис. 4, в), роль якого виконує короткофокусна лінза. Існують інші телескопічні системи.
Телескоп збільшує видимі кутові розміри Сонця, Місяця, планет і деталей на них, а також видимі кутові відстані між світилами, але зірки в будь-який телескоп через величезну віддаленість видно лише як точки, що світяться.
У телескопі зазвичай виходить перевернене зображення, але це не має ніякого значення при спостереженні космічних об'єктів. Введення додаткових лінз в окуляр робить телескоп підзорною трубою, що дає прямі зображення, але при цьому втрачається частина світла.
При спостереженнях телескоп рідко використовуються збільшення понад 500 разів. Причина цього - повітряні течії, що викликають спотворення зображення, що тим помітніше, що більше збільшення телескопа.
Найбільший рефрактор має об'єктив діаметром близько 1 м. Діаметр увігнутого дзеркала найбільшого у світі рефлектора – 6 м. Цей телескоп виготовлений у СРСР та встановлений у горах Кавказу. Він дозволяє спостерігати зірки, у десятки мільйонів разів слабші, ніж видимі неозброєним оком.
2. Особливості астрономічних спостережень
В основі астрономії лежать спостереження, що виробляються із Землі і лише з 60-х років нашого століття виконувані також зкосмосу - з автоматичних та пілотованих станцій. Спостереження в астрономії, граючи таку ж роль, як досліди у фізиці та хімії, мають низку особливостей.
Перша особливістьполягає в тому, що астрономічні спостереження в більшості випадків пасивні по відношенню до об'єктів, що вивчаються. Ми не можемо активно впливати на небесні тіла, ставити досліди (за винятком поодиноких випадків), як це роблять в інших природничих науках. Лише використання космічних апаратів дало можливість проводити безпосередні дослідження на Місяці та найближчих планетах.
Крім того, багато небесних явищ протікають настільки повільно, що спостереження їх потребують величезних термінів; так, наприклад, зміна нахилу земної осі до площини її орбіти стає добре помітним лише через сотні років. Тому для нас не втратили свого значення деякі спостереження, які відбувалися тисячі років тому, хоча вони й були, за сучасними поняттями, дуже неточними.
Друга особливість. Ми спостерігаємо становище небесних тіл і їхній рух із Землі, яка сама знаходиться в русі - обертається навколо своєї осі і обертається навколо Сонця. Однак ми, описуючи рух небесних тіл до земного спостерігача, нерідко вважаємо його нерухомим. Наприклад, говоримо про схід і захід світил, хоча відомо, що це відбувається внаслідок обертання Землі, про річний рух Сонця сузір'ями, хоча воно є наслідком звернення Землі навколо Сонця. Крім того, через рух Землі вид неба для земного спостерігача протягом року змінюється. Він залежить не тільки від того, де Землі знаходиться спостерігач, а й від того, в який час доби і року він спостерігає. Наприклад, коли у нас зимовий день, у Південній Америці літня ніч, і навпаки. Є зірки, видимі лише влітку чи взимку.
Третя особливістьастрономічних спостережень пов'язана з тим, що всі світила знаходяться від нас дуже далеко, так далеко, що ні на око, ні в телескоп не можна вирішити, яке ближче, яке далі. Усі вони здаються нам однаково далекими. Тому відстань між об'єктами на небі (наприклад, між зірками) вимірюють кутом, утвореним променями, що йдуть до об'єктів з точки спостереження (рис. 5). Така відстань називається кутовим і виражається у градусах та її частках. При цьому вважається, що дві зірки знаходяться недалеко одна від одної на небі, якщо близькі напрямки, за якими ми їх бачимо (наприклад, зірки А та І В, див. рис. 5). Можливо, що третя зірка С, на небі більш далека від C, у просторі А ближче, ніж зірка В.
Кутова відстань світила від горизонту h (див. рис. 5) називається висотою світила над горизонтом.
Висота світил відлічується від 0 ° (світило знаходиться на горизонті) до 90 ° (світило над головою). Положення світила щодо сторін горизонту (країн світла) вказується за допомогою другого кута, який називається азимутом і змінюється в межах від 0 до 360 ° (відлік ведеться від півдня протягом годинної стрілки).
Вимірювання висоти світила та його азимуту виконують спеціальними кутомірними оптичними інструментами -теодолітами.
Для наближеної оцінки кутових відстаней на небі корисно знати, що кутова відстань між двома зірками "ковша" (α і β, див. рис. 7) Великої Ведмедиці дорівнює приблизно 5 °.
Видимі розміри небесних об'єктів також можна виразити у кутових одиницях. Наприклад, діаметри Сонця та Місяця у кутовій мірі приблизно дорівнюють 0,5°.
Про те, як визначають на підставі кутових вимірювань лінійні відстані донебесних тіл та їх лінійні розміри ви дізнаєтеся з § 12.
3. Ваші спостереження. Для кращого засвоєння астрономії ви повинні якомога раніше розпочати спостереження небесних явищ і світил. Детальні вказівки до спостережень та використання рухомої карти зоряного неба, що є у підручнику, дано у додатках VI та VII.