Рентгенівський телескоп, Оптична схема, Історія - Будова телескопа
Рентгенівський телескоп - телескоп, призначений для спостереження віддалених об'єктів в рентгенівському спектрі. Для таких телескопів зазвичай потрібно підняти їх над атмосферою Землі, непрозорої для рентгенівських променів. Тому телескопи розміщують на висотних ракетах чи ШСЗ.
Оптична схема
Через велику енергію рентгенівські кванти практично не заломлюються в речовині (отже, важко виготовити лінзи) і не відбиваються при будь-яких кутах падіння, крім самих пологих (близько 90 градусів).
Рентгенівські телескопи можуть використовувати кілька методів фокусування променів. Найчастіше використовуються телескопи Вольтера (з дзеркалами ковзного падіння), кодування апертури і модуляційні коліматори.
Обмежені можливості рентгенівської оптики призводять до більш вузького поля зору порівняно з телескопами, що працюють у діапазонах УФ та видимого світла.
Часто винахід першого телескопа приписують Гансу Ліппершлею з Голландії, 1570-1619 роки, проте майже, напевно, він не був першовідкривачем. Швидше за все, його заслуга в тому, що він перший зробив новий пристрій телескоп популярним і затребуваним. А також саме він подав у 1608 заявку на патент на пару лінз, розміщений у трубці. Він назвав пристрій підзорною трубою. Однак його патент був відхилений, оскільки його пристрій здався надто простим.
Задовго до нього Томас Діггес, астроном, в 1450 спробував збільшити зірки за допомогою опуклої лінзи і увігнутого дзеркала. Однак у нього не вистачило терпіння доопрацювати пристрій, і напів-винахід незабаром був забутий. Сьогодні Діггеса пам'ятають за опис геліоцентричної системи.
Сьогоднішній людині телескоп Галілео неЗдається особливим, будь-яка десятирічна дитина може легко зібрати набагато кращий прилад з використанням сучасних лінз. Але телескоп Галілео був єдиним реальним працездатним телескопом того дня з 20-кртним збільшенням, але з маленьким полем зору, трохи розмитим зображенням та іншими недоліками. Саме Галілео відкрив вік рефрактора в астрономії – 17 століття.
Час та розвиток науки дозволяло створювати потужніші телескопи, які давали бачити набагато більше. Астрономи почали використовувати об'єктиви з великою фокусною відстанню. Самі телескопи перетворилися на великі непідйомні труби за розміром і, звісно, були зручні у використанні. Тоді їм винайшли штативи. Телескопи поступово покращували, доопрацьовували. Однак його максимальний діаметр не перевищував кількох сантиметрів – не вдавалося виготовляти лінзи великого розміру.
До 1656 Христиан Гюйенс зробив телескоп, що збільшує в 100 разів спостережувані об'єкти, розмір його був понад 7 метрів, апертура близько 150 мм. Цей телескоп вже відносять до рівня сучасних аматорських телескопів для початківців. До 1670-х років було збудовано вже 45-метровий телескоп, який ще більше збільшував об'єкти і давав більший кут зору.
Але навіть звичайний вітер міг бути перешкодою для отримання чіткого та якісного зображення. Телескоп став зростати у довжину. Першовідкривачі, намагаючись вичавити максимум із цього приладу, спиралися на відкритий ними оптичний закон – зменшення хроматичної аберації лінзи відбувається зі збільшенням її фокусної відстані. Щоб усунути хроматичні перешкоди, дослідники робили телескопи неймовірної довжини. Ці труби, які назвали тоді телескопами, досягали 70 метрів у довжину і завдавали безліч незручностей у роботі з ними та налаштуванні їх. Недолікирефракторів змусили великі уми шукати рішення поліпшення телескопів. Відповідь і новий спосіб було знайдено: збирання та фокусування променів стала проводиться за допомогою увігнутого дзеркала. Рефрактор переродився на рефлектор, що повністю звільнився від хроматизму.
Заслуга ця повністю належить Ісааку Ньютону, саме він зумів дати нове життя телескопам за допомогою дзеркала. Його перший рефлектор мав діаметр лише чотири сантиметри. А перше дзеркало для телескопа діаметром 30 мм він зробив зі сплаву міді, олова та миш'яку у 1704 році. Зображення стало чітким. До речі, його перший телескоп бережно зберігається в астрономічному музеї Лондона.
Але ще довгий час оптикам не вдавалося робити повноцінні дзеркала для рефлекторів. Роком народження нового типу телескопа прийнято вважати 1720, коли англійці побудували перший функціональний рефлектор діаметром в 15 сантиметрів. То був прорив. У Європі з'явився попит на зручні, майже компактні телескопи в два метри завдовжки. Про 40-метрові труби рефракторів почали забувати.
18 століття цілком могло вважатися століттям рефлектора, якби не відкриття англійських оптиків: чарівна комбінація двох лінз із крона та флінту.
Дводзеркальна система у телескопі запропонована французом Кассегреном. Реалізувати свою ідею повною мірою Кассегрен не зміг через відсутність технічної можливості винаходу потрібних дзеркал, але його креслення реалізовані. Саме телескопи Ньютона та Кассегрена вважаються першими "сучасними" телескопами, винайденими наприкінці 19 століття. До речі, космічний телескоп Хаббл працює саме за принципом телескопа Кассегрена. А фундаментальний принцип Ньютона із застосуванням одного увігнутого дзеркала використовувався у Спеціальній астрофізичній обсерваторії в Україні з 1974 року.Розквіт рефракторної астрономії стався у 19 столітті, тоді діаметр ахроматичних об'єктивів поступово зростав. Якщо в 1824 діаметр був ще 24 сантиметри, то в 1866 його розмір зріс вдвічі, в 1885 діаметр став становити 76 сантиметрів (Пулковська обсерваторія в Україні), в 1897 винайдений ієркський рефрактор. Можна вважати, що за 75 років лінзовий об'єктив збільшувався зі швидкістю одного сантиметра на рік.
До кінця 18 століття компактні зручні телескопи прийшли на заміну громіздким рефлекторам. Металеві дзеркала теж виявилися не надто практичні - дорогі у виробництві, а також тьмяніють від часу. До 1758 з винаходом двох нових сортів скла: легкого - крон і важкого - флінта, з'явилася можливість створення дволінзових об'єктивів. Чим благополучно і скористався вчений Дж. Доллонд, який виготовив дволінзовий об'єктив, згодом названий доллондовим.
Після винаходу ахроматичних об'єктивів перемога рефрактора була абсолютна, залишалося лише покращувати лінзові телескопи. Про увігнуті дзеркала забули. Відродити їх до життя вдалося руками астрономів-аматорів. Вільям Гершель, англійський музикант, який у 1781 році відкрив планету Уран. Його відкриття був рівним в астрономії з давнину. Причому Уран було відкрито за допомогою невеликого саморобного рефлектора. Успіх спонукав Гершеля розпочати виготовлення рефлекторів більшого розміру. Гершель власноруч у майстерні сплавляв дзеркала з міді та олова. Головна праця його життя – великий телескоп із дзеркалом діаметром 122 см. Це діаметр його найбільшого телескопа. Відкриття не змусили на себе чекати, завдяки цьому телескопу, Гершель відкрив шостий і сьомий супутники планети Сатурн. Інший, астроном-аматор, що став не менш відомим, англійський землевласник лорд Росвинайшов рефлектор із дзеркалом з діаметром 182 сантиметри. Завдяки телескопу він відкрив низку невідомих спіральних туманностей. Телескопи Гершеля і Росса мали безліч недоліків. Об'єктиви з дзеркального металу виявилися надто важкими, відбивали лише малу частину світла, що падає на них, і тьмяніли. Був потрібен новий досконалий матеріал для дзеркал. Цим матеріалом виявилося скло. Французький фізик Леон Фуко в 1856 спробував вставити в рефлектор дзеркалом зі срібного скла. І досвід удався. Вже в 90-х роках астроном-аматор з Англії побудував рефлектор для фотографічних спостережень зі скляним дзеркалом 152 сантиметри в діаметрі. Черговий прорив у телескопобудуванні був очевидним.
Цей прорив не обійшовся без участі українських вчених. Я В. Брюс уславився розробкою спеціальних металевих дзеркал для телескопів. Ломоносов і Гершель, незалежно друг від друга, винайшли зовсім нову конструкцію телескопа, у якій головне дзеркало нахиляється без вторинного, зменшуючи втрати світла.
Німецький оптик Фраунгофер поставив на конвеєр виробництво та якість лінз. І сьогодні в Тартуській обсерваторії стоїть телескоп із цілою лінзою Фраунгофера. Але рефрактори німецького оптика також були не без вади – хроматизму.
І лише до кінця 19 століття винайшли новий спосіб виробництва лінз. Скляні поверхні почали обробляти срібною плівкою, яку наносили на скляне дзеркало шляхом дії виноградного цукру на солі азотнокислого срібла. Ці принципово нові лінзи відбивали до 95% світла, на відміну старовинних бронзових лінз, що відбивали всього 60% світла. Л. Фуко створив рефлектори з параболічним дзеркалом, змінюючи форму поверхні дзеркал. Наприкінці 19 століття Кросслей, астроном-аматор, навернув своєувагу на алюмінієві дзеркала. Куплене ним увігнуте скляне параболічне дзеркало діаметром 91 см одразу було вставлене у телескоп. Сьогодні телескопи з подібними величезними дзеркалами встановлюються у сучасних обсерваторіях. Коли зростання рефрактора сповільнилося, розробка дзеркального телескопа набирала обертів. З 1908 по 1935 роки різні обсерваторії світу спорудили понад півтора десятка рефлекторів з об'єктивом, що перевищує ієркську. Найбільший телескоп встановлений в обсерваторії Моунт-Внльсон, діаметр 256 сантиметрів. І навіть ця межа сучасно скоро перевищена вдвічі. У Каліфорнії змонтовано американський рефлектор-гігант, на сьогодні його вік понад п'ятнадцять років.
Понад 30 років тому 1976 року вчені СРСР побудували 6-метровий телескоп БТА - Великий Азімутальний Телескоп. До кінця 20 століття БРА вважався найбільшим у світі телескопом. Винахідники БТА були новаторами в оригінальних технічних рішеннях, таких як альт-азимутальна установка з комп'ютерним веденням. Сьогодні це нововведення застосовуються практично у всіх телескопах-гігантах. На початку 21 століття БТА відтіснили до другого десятка великих телескопів світу. А поступова деградація дзеркала від часу – на сьогодні його якість впала на 30% від первісного – перетворює його лише на історичну пам'ятку науці.
До нового покоління телескопів відносяться два великі телескопи 10-метрових близнюків KECK I та KECK II для оптичних інфрачервоних спостережень. Вони були встановлені в 1994 та 1996 році в США. Їх зібрали завдяки допомозі фонду У. Кека, на честь якого вони названі. Він надав понад 140 000 доларів на їхнє будівництво. Ці телескопи розміром з восьмиповерховий будинок та вагою понад 300 тонн кожен, але працюють вони з найвищою точністю. Принцип роботи – головне дзеркалодіаметром 10 метрів, що складається з 36 шестикутних сегментів, що працюють як одне відбивне дзеркало. Встановлено ці телескопи в одному з оптимальних на Землі місць для астрономічних спостережень - на Гаваях, на схилі згаслого вулкана Мануа Кеа заввишки 4 200 м. До 2002 ці два телескопи, розташованих на відстані 85 м один від одного, почали працювати в режимі інтерферометра, даючи такий самий кутовий дозвіл, як 85-метровий телескоп. Історія телескопа пройшла довгий шлях – від італійських склярів до сучасних гігантських телескопів-супутників. Сучасні великі обсерваторії давно комп'ютеризовано. Проте аматорські телескопи та багато апаратів, типу Хаббл, все ще базуються на принципах роботи, винайдених Галілеєм.