Ha gondolkodsz, csak idő kérdése volt az első távcső feltalálása előtt. Az embereket évezredek óta lenyűgözik a kristályok. Sok kristály - például kvarc - teljesen átlátszó. Mások - rubinok - bizonyos fényfrekvenciákat elnyelnek, mások pedig átjutnak. A kristályok gömbökre történő formázása hasítással, megdörzsöléssel és polírozással történhet - ez eltávolítja az éles éleket és lekerekíti a felületet. A kristály boncolása azzal kezdődik, hogy hibát talál. A félgömb - vagy a kristályszegmens - létrehozásával két különböző felület alakul ki. A fényt a konvex elülső felület gyűjti össze, és a sík hátlap által a konvergencia pontja felé vetíti. Mivel a kristályszegmensek súlyos görbékkel rendelkeznek, a fókuszpont nagyon közel lehet magához a kristályhoz. A rövid fókusztávolságok miatt a kristályszegmensek jobb mikroszkópot hoznak létre, mint a távcsövek.
Nem a kristályszegmens - hanem az üveglencse - tette lehetővé a modern távcsöveket. A konvex lencsék az üveg talajáról jöttek ki a távollátás érdekében. Bár mind a szemüveg, mind a kristályszegmens domború, a távollátó lencsék kevésbé súlyos görbékkel rendelkeznek. A fénysugarak csak kissé vannak hajlítva a párhuzamostól. Emiatt a kép kialakulásának helye sokkal távolabb van az objektívtől. Ez elég nagy képméretet hoz létre a részletes emberi ellenőrzéshez.
A látás fokozására használt lencsék a 11. század Közel-Keletére vezethetők vissza. Egy arab szöveg (Opticae Thesaurus, Al-Hazen tudós-matematikus által írt) megjegyzi, hogy a kristálygömbök szegmensei felhasználhatók kis tárgyak nagyításához. A 13. század végén egy angol szerzetes (valószínűleg Roger Bacon 1267-es Perspectiva-jára hivatkozva) állította, hogy az első gyakorlati közel-szemüveg látványt készített a Biblia olvasásának elősegítésére. Csak 1440-ben volt, amikor Cusa Nicholas földelte az első lencsét, hogy korrigálja a közellátást -1. És még négy évszázaddal később lenne, ha a lencse alakjának hibáit (astigmatizmus) egy szemüvegkészlet segítené. (Ezt 1827-ben George Airy brit csillagász hajtotta végre, mintegy 220 évvel később - egy híres csillagász - Johann Kepler először pontosan leírta a lencsék fényre gyakorolt hatását.)
A legkorábbi távcsövek csak azután alakultak ki, hogy a szemüveg csiszolása jól megalapozott volt mind a myopia, mind az presbyopia kijavításának eszközeként. Mivel a távollátó lencsék domborúak, jó fényszórókat képeznek. A konvex lencse párhuzamos sugarakat vesz távolból és hajlítja őket egy közös fókuszponthoz. Ez létrehoz egy virtuális képet az űrben - egy, amelyet egy második lencsével jobban meg lehet vizsgálni. A gyűjtőlencse erénye kettős: egyesíti a fényt (növeli annak intenzitását) - és felerősíti a kép skáláját - egyaránt olyan nagy mértékben, amennyire potenciálisan jóval nagyobb, mint amennyire csak a szem képes.
A konkáv lencsék (a közellátás korrigálására szolgálnak) kifelé világítanak, és a dolgok a szem számára kisebbnek tűnnek. A konkáv lencse megnövelheti a szem fókusztávolságát, amikor a szem saját rendszere (rögzített szaruhártya és morphing lencsék) elmarad ahhoz, hogy egy képet a retinára fókuszáljon. A konkáv lencsék jó szemlencséket eredményeznek, mivel lehetővé teszik a szem számára, hogy alaposabban megvizsgálja a konvex lencse által leadott virtuális képet. Ez azért lehetséges, mert a gyűjtőlencséből származó konvergens sugarak konkáv lencsével törődnek a párhuzamos felé. Ennek hatására a közeli virtuális képet nagy távolságonként mutatják be. Az egyetlen konkáv lencse lehetővé teszi a szemlencse ellazulását, mintha a végtelenre fókuszálna.
A konvex és konkáv lencsék kombinálása csak idő kérdése. Elképzelhetjük a legelső alkalmat, amikor a gyermekek a lencsecsiszoló napi nehézségeivel játszottak - vagy esetleg akkor, amikor az optikus úgy érezte, hogy hívja meg, hogy az egyik lencsét egy másik segítségével vizsgálja meg. Egy ilyen élménynek szinte varázslatosnak kellett volna tűnnie: Egy távoli torony azonnal felrobbant, mintha egy hosszú séta végén közelednének; az felismerhetetlen alakok hirtelen közeli barátoknak tűnnek; a természetes határok - például csatornák vagy folyók - áthúzódnak, mintha Merkúr saját szárnyai a gyógyulásokhoz kapcsolódtak volna…
Amint a távcső létrejött, két új optikai probléma jelentkezett. A fénygyűjtő lencsék ívelt virtuális képeket hoznak létre. Ez a görbe kissé „tál alakú”, az alja a megfigyelő felé fordul. Ez természetesen éppen az ellenkezője annak, ahogy a szem maga látja a világot. Mert a szem úgy látja, hogy a dolgok olyan nagy gömbön vannak elrendezve, amelynek középpontja a retina fekszik. Tehát valamit meg kellett tenni a kerületi sugarak visszahúzásához a szem felé. Ezt a problémát részben megoldotta Christiaan Huygens csillagász az 1650-es években. Ezt úgy tette, hogy több lencsét egyesített egységenként. Két lencse használata révén a gyűjtő lencséből a perifériás sugarak nagyobb része a párhuzamos felé fordult. Huygen új szemlencséje hatékonyan elsimította a képet, és lehetővé tette a szemnek, hogy szélesebb látómezőben összpontosítson. De ez a mező a mai legtöbb megfigyelőben továbbra is klaustrofóbiát vált ki!
A végső probléma inkább megfoszthatatlan volt - a refraktív lencsék hullámhossz vagy frekvencia alapján hajlítják a fényt. Minél nagyobb a frekvencia, annál jobban hajlik a fény színe. Ezért a különböző színű (polikromatikus fény) fényt megjelenítő tárgyakat nem látják ugyanabban a fókuszpontban az elektromágneses spektrumban. A lencsék alapvetően a prizmákhoz hasonló módon viselkednek - eloszlatják a színeket, mindegyiknek megvan a saját egyedi fókuszpontja.
A Galileo első távcsője csak azt a problémát oldotta meg, hogy a szemét elég közel kell megközelíteni a virtuális kép nagyításához. Hangszere két lencséből áll, amelyeket ellenőrzött távolság választhat el a fókusz beállításához. A objektív lencséje kevésbé volt olyan görbe, hogy összegyűjtse a fényt, és a színfrekvenciától függően különböző fókuszpontokba hozza. A kisebb lencse - amelynek súlyosabb, rövidebb fókusztávolságú görbéje volt - lehetővé tette a Galileo megfigyelő szemének, hogy elég közel álljon a képhez, hogy nagyított részletet láthasson.
A Galileo hatókörét azonban csak az okulár látómezőjének közepe felé lehetne összpontosítani. A fókuszt csak az a domináns szín alapján lehetett beállítani, amelyet a Galileo akkoriban néz. A Galileo általában fényes tanulmányokat - például a Holdot, a Vénust és a Jupitort - figyelte egy rekesznyílás segítségével, és büszkén büszke arra, hogy felállt az ötlettel!
Christiaan Huygens a Galileo ideje után hozta létre az első - huygenian - szemlencsét. Ez a szemlencse két sík-konvex lencséből áll, amelyek a gyűjtő lencsével szemben vannak - nem egyetlen konkáv lencséről. A két lencse gyújtópontja az objektív és a szem lencse elemei között helyezkedik el. Két lencse használata elcsúsztatta a kép görbéjét, de csak körülbelül egy bizonyos fokú látómezőn keresztül. Huygen ideje óta a szemlencsék sokkal kifinomultabbá váltak. A sokszínűség eredeti koncepciójától kezdve a mai okulárok újabb fél tucat optikai elemet tudnak hozzáadni, mind alakjában, mind helyzetében. Az amatőr csillagászok most vásárolhatnak okulárokat a polcról, így ésszerűen sík mezõket mutatnak, amelyek látszólagos átmérõje 2-nél nagyobb, mint 80 fok.
A harmadik problémát - a kromatikusan árnyalatos többszínű képeket - a teleszkópiában nem oldották meg, amíg Sir Isaac Newton az 1670-es években nem dolgozott fel és épített egy működő reflektoros távcsövet. Ez a távcső teljes mértékben kiküszöbölte a gyűjtőlencsét - bár ennek ellenére tűzálló okulár használatát tette szükségessé (ami sokkal kevésbé járul hozzá a „hamis színhez”, mint az objektív).
Időközben a refraktor rögzítésének korai kísérletei egyszerűen meghosszabbították azokat. Kialakítottuk a 140 láb hosszú szélességeket. Egyiküknek sem volt különösebben túlzott lencseátmérője. Az ilyen orsós dynasaur-okhoz valóban kalandos megfigyelőt kellett igénybe venni - de „tompította” a színproblémát.
A színhiba kiküszöbölése ellenére a korai reflektorokkal is problémák merültek fel. Newton hatósugara gömb alakúan őrölt tükröt használt. A modern reflektor tükrök alumínium bevonásával összehasonlítva a spekulum gyenge teljesítményt nyújt. Az alumínium fénygyűjtő képességének körülbelül háromnegyedénél a spektrum körülbelül egy nagyságrendű veszítést vesz igénybe a könnyű megfogás során. Így a Newton által kidolgozott hat hüvelykes hangszer inkább egy kortárs 4 hüvelykes modellhez hasonlóan viselkedett. De nem ez az, ami miatt a Newton hangszerét nehéz eladni, egyszerűen nagyon rossz képminőséget nyújtott. És ennek oka a gömb alakúan földi elsődleges tükör használata volt.
Newton tükörje nem hozta az összes fénysugarat közös fókuszba. A hiba nem a spekulumra terjedt ki, hanem a tükör alakjára, amely - ha 360 fokkal meghosszabbítják - egy teljes kört képez. Egy ilyen tükör nem képes a központi fényszórókat ugyanabba a fókuszpontba hozni, mint a peremhöz közelebbiek. Alig 1740-ben, amikor skót John Short javította ezt a problémát (a tengelyes fényre) a tükör parabolálásával. Rövid idő alatt ezt nagyon praktikus módon hajtotta végre: Mivel a gömb alakú tükör közepén lévő párhuzamos sugarak túllépik a marginális sugarakat, miért nem mélyíti el a középpontot, és visszateszi őket?
Csak az 1850-es években az ezüst váltotta fel a spekulumot, mint a választott tükörfelületet. Természetesen a John Short által gyártott több mint 1000 parabolikus reflektornak speculum tükrök voltak. És az ezüst, mint a spekulum, idővel meglehetősen gyorsan veszíti a reflexiót az oxidációhoz. 1930-ra az első profi távcsöveket tartósabb és fényvisszaverő alumíniummal borították. E javulás ellenére a kis reflektorok kevesebb fényt hoznak a fókuszba, mint a hasonló rekeszű refraktorok.
Időközben a refraktorok is fejlődtek. John Short ideje alatt az optikusok kitaláltak valamit, amit Newtonnak nem volt - hogyan lehet a vörös és a zöld fényt összefésülni a közös fókuszpontba. Ezt először a Chester Moor Hall végezte 1725-ben, majd negyed évszázaddal később fedezte fel John Dolland. A Hall és a Dolland két különféle lencsét kombináltak - az egyik domború és a másik konkáv. Mindegyik különféle üvegtípusból (korona és tűzköves) állt, amely fényt különböztet meg (a törésmutató alapján). A koronaüveg domború lencséje azonnal elvégezte az összes szín fényének gyűjtését. Ez befelé hajlott fotonok. A negatív lencse kissé kifelé fordította a konvergáló sugárt. Ahol a pozitív lencsék miatt a vörös fény túllépte a fókuszt, a negatív lencsék miatt a vörös az alulvilágítás volt. Vörös és zöld keveredtek, és a szem sárga színűvé vált. Ennek eredményeként az akromatikus refraktor teleszkópot alkalmazták - ez a típus sok amatőr csillagász által kedvelt olcsó, kis rekesznyílású, széles térerősségű, de - rövidebb fókuszarányban - kevesebb mint az ideális képminőség.
Csak a tizenkilencedik század közepén sikerült az optikusoknak kék-lila színűvé válniuk, hogy a vörös és zöld fókuszba kerüljenek. Ez a fejlemény kezdetben az egzotikus anyagok felhasználásával (liszttel) történt, mint a nagyteljesítményű optikai mikroszkópok - és nem a távcsövek - dublett célkitűzéseinek egyik eleme. Három elemből álló teleszkópos formatervezésű szabványos üvegtípusok - hármasok - a negyven évvel később (közvetlenül a huszadik század előtt) megoldották a problémát.
A mai amatőr csillagászok széles körű választékot választhatnak a gyártmánytípusok és gyártók közül. Nincs egyetlen terület az égbolt, a szem és az égutatás számára. A terepsík (különösen a gyors newtoni távcsövek esetén) és a izmos optikai csövek (nagy refraktorokkal társítva) kérdéseivel az 1930-as években kifejlesztett új optikai konfigurációk foglalkoztak. Az olyan műszereket - mint például az SCT (Schmidt-Cassegrain távcső) és az MCT (Maksutov-Cassegrain távcső), valamint az newton-esque Schmidt és Maksutov változatokat és ferde reflektorokat - az USA-ban és az egész világon gyártják. Mindegyik hatókörtípust valamilyen érvényes aggodalomra okot fejlesztettek ki, vagy más, a hatókör méretével, nagyságrendjével, mező síkosságával, képminőségével, kontrasztjával, költségével és hordozhatóságával kapcsolatban.
Időközben a refraktorok középpontjában álltak az optofilek körében - az emberek, akik a lehető legmagasabb képminőséget akarják, függetlenül az egyéb korlátoktól. A teljesen apokromatikus (színkorrekcióval ellátott) refraktorok biztosítják az optikai, fényképészeti és CCD képalkotó célokra rendelkezésre álló legszebb képeket. Sajnos az ilyen modellek kisebb nyílásokra korlátozódnak, mivel az anyagok (egzotikus alacsony diszperziós kristályok és üveg) költségei, a gyártás (legfeljebb hat optikai felületet meg kell alakítani) és a nagyobb teherbírási követelmények (a nehéz üvegtárcsák miatt) ).
A mai változatosság típusainak mindegyike azzal a felfedezéssel kezdődött, hogy két egyenlőtlenségű lencsét tarthatunk a szem előtt, hogy az emberi érzékelés nagy távolságra szálljon. A sok nagy technológiai fejlődéshez hasonlóan a modern csillagászati távcső három alapvető összetevőből állt ki: a szükségesség, a képzelet és az energia és az anyag kölcsönhatásának növekvő megértése.
Tehát honnan származott a modern csillagászati távcső? A távcső természetesen folyamatos fejlesztésen ment keresztül. De talán, csak talán, a távcső lényegében maga az Univerzum ajándéka, amely mély csodálattal jár az emberi szem, szív és elme révén ...
-1 Kérdések merülnek fel arról, hogy ki készítette először a távoli és közeli látást javító szemüveget. Nem valószínű, hogy Abu Ali al-Hasan Ibn al-Haitham vagy Roger Bacon valaha is ilyen módon használt lencsét. A származási kérdés megzavarása a szemüveg valódi viselésének kérdése. Valószínű, hogy az első vizuális segédeszközt egyszerűen a szemébe tartották, mint egy monokulust - szükségszerűen átvette onnan. De vajon egy ilyen primitív módszert történelmileg úgy tekinthetnénk-e, mint a „látvány eredete”?
-2 Egy adott szemlencse azon képességét, hogy kompenzálja a szükségszerűen ívelt virtuális képet, alapvetően korlátozza a hatékony fókuszarány és a hatótávolságú régészet. Így azok a távcsövek, amelyek fókusztávolsága többszöröse a rekesznyílásnak, a pillanatnyi görbe kevesebb a „képsíkon”. Eközben az eredetileg fénytörő skálák (katadioptikumok és refraktorok) azzal az előnnyel járnak, hogy jobban kezelik a tengelyen kívüli fényt. Mindkét tényező növeli a kivetített kép görbületének sugarat, és egyszerűsíti a szemlencsének azt a feladatát, hogy egy sík mezőt jelenítsen a szemnek.
A szerzőről:
Az 1900 eleji remekmű: „Az ég a három, négy és öt hüvelykes távcsövekkel” ihlette, Jeff Barbour hét éves korában kezdte meg a csillagászatot és az űrkutatást. Jeff Jeff jelenleg nagy részét az ég megfigyelésére és az Astro.Geekjoy weboldal fenntartására fordítja.
