Относительное отверстие A.

S S a a S’ S’ S’ C Рисунок 1.

Важнейшей величиной, характеризующей объектив, является отношение диаметра входного отверстия объектива к его фокусному расстоянию, которое называется относительным отверстием.

A=D/F.

Количество света, собранное объективом от звезды (точечного источника), будет зависеть только от входного отверстия ( ~ D² ). Иначе обстоит дело с объектами, имеющими заметные угловые размеры, например, с планетами. В этом случае видимая яркость изображения будет уменьшаться, в то время как при наблюдении точечных объектов - увеличивается ~ D². В самом деле, при увеличении фокусного расстояния F пропорционально увеличиваются и линейные размеры изображения такого светила. При этом количество света, собираемое объективом при неизменном D, остается прежним. Одно и то же количество света распределяется, следовательно, на большую площадь изображения, которое растет ~ F². Таким образом, при увеличении F (или, что то же: при уменьшении A) вдвое, площадь изображения увеличивается вчетверо. Количество света на единицу площади, которое определяет яркость изображения, уменьшается в том же отношении. Поэтому изображение будет тускнеть при уменьшении относительного отверстия.

Совершенно такое же действие окажет и окулярное увеличение, понижающее яркость изображения в том же отношении, что и уменьшение относительного отверстия A объектива.

Поэтому для наблюдения самых протяженных объектов (туманностей, комет) предпочтительно слабое увеличение, но, конечно, не ниже наименьшего полезного. Оно может быть значительно повышено при наблюдении ярких планет, и в особенности Луны.

Увеличение телескопа.Если обозначить фокусное расстояние объектива через F и фокусное расстояние окуляра через f, то увеличение M определится формулой:

M = F/f.

Наибольшее допускаемое увеличение при спокойном состоянии атмосферы не превышает 2D, где D - диаметр входного отверстия.

Диаметр выходного зрачка.Наблюдаемый предмет виден в телескоп отчетливо лишь в том случае, если окуляр установлен на строго определенном расстоянии от фокуса объектива. Это такое положение, при котором фокальная плоскость окуляра совмещена с фокальной плоскостью объектива. Приведение окуляра в такое положение называется наводкой на фокус или фокусировкой. Когда телескоп наведен на фокус, то лучи от каждой точки предмета выходят из окуляра параллельными (для нормального глаза). Световые лучи от изображений звезд, образованные фокальной плоскости объектива, превращаются окуляром в параллельные пучки.

f F D d

Площадка, где пересекаются световые пучки звёзд называется выходным зрачком. Наведя телескоп на светлое небо мы легко можем увидеть выходной зрачок, поднеся к окуляру экран из кусочка белой бумаги. Приближая и удаляя этот экран, мы найдем такое положение, при котором светлый кружочек имеет наименьшие размеры и в то же время наиболее отчетлив. Легко понять, что выходной зрачок есть не что иное, как изображение входного отверстия объектива, образованное окуляром. Из рисунка 2. видно, что

Последнее отношение позволяет определить увеличение, даваемое телескопом, если не известны ни фокусное расстояние объектива, ни фокусное расстояние окуляра.

В выходном зрачке концентрируется весь свет, собираемый объективом. Поэтому заслоняя часть выходного зрачка, мы как бы заслоняем часть объектива. Отсюда вытекает одно из важнейших правил: выходной зрачок не должен быть больше зрачка глаза наблюдателя, иначе часть света, собранная объективом, будет потеряна.

Из определения выходного зрачка следует, что величина его тем меньше и он тем ближе к окуляру, чем короче фокусное расстояние окуляра (чем "сильнее" окуляр), и наоборот.

Определим увеличение, которое дает окуляр, образующий выходной зрачок, равный зрачку глаза (наименьшее полезное или равнозрачковое увеличение m):

m = D/d,

где d - диаметр зрачка глаза или

Величина поля зрения.Угол, под которым диафрагма окуляра видна наблюдателю, называется угловым полем зрения окуляра, в отличие от углового поля зрения телескопа, представляющего угловой поперечник видимого в телескоп кружка на небе.

Величина поля зрения телескопа равна величине поля зрения окуляра, деленной на увеличение.

Разрешающая способность телескопа.Из-за явления дифракции на краях объектива звезды видны в телескоп в виде дифракционных дисков, окруженных несколькими кольцами убывающей интенсивности. Угловой диаметр дифракционного диска:

Q = l/D,

где l - длина световой волны и D - диаметр объектива. Два точечных объекта с видимым угловым расстоянием Q находятся на пределе раздельной видимости, что определяет теоретическую разрешающую способность телескопа. Атмосферное дрожание снижает разрешающую способность телескопа до:

Q = 1.22 l /D.

Разрешающая способность определяет способность различить два смежных объекта на небе. Телескоп с большей разрешающей способностью позволяет лучше увидеть два близко расположенных друг к другу объекта, например, компоненты двойной звезды. Лучше также можно увидеть детали любого одиночного объекта.

Когда угловая разрешающая способность мала, объекты выглядят как одиночное размытое пятно. С увеличением разрешающей способности два источника света станут различимыми как отдельные объекты.

Радиотелескопы.

В 1931 году Карл Янски заметил, что на волне 14,7 метров существуют постоянные помехи радиопередачам с периодичностью, равной звёздным суткам, т.е. обороту Земли вокруг оси. Было обнаружено, что помехи исходят из созвездия Стрельца, где находится направление на центр Галактики.

Вторая мировая война способствовала развитию радиотехники и радиоастрономии.

Радиоастрономия использует сейчас самые чувствительные приёмные устройства и самые большие антенные системы. Человеческий глаз принимает волны, длина которых лежит в пределах от 400 до 760 нм.

Радиоволны имеют большую длину.

Всякое нагретое тело излучает радиоволны. Однако, земная атмосфера пропускает не все радиоволны. Существуют полосы поглощения и отражения, так волны длиннее 30 метров отражаются ионосферой. Те же волны, которые проходят через атмосферу изучаются с помощью радиотелескопов.

Радиотелескопы устроены наподобие рефлекторов. Излучение собирает металлическое зеркало, сплошное или решетчатое. Форма зеркала - параболическая. Принимает излучение высокочувствительный радиоприёмник. Волны, падая на облучатель, возбуждают электрический ток. ток передаётся по волноводам на приёмное устройство и исследуется. К приёмнику присоединяется самопишущий прибор, который регистрирует поток радиоволн определённой длины.

Зеркала радиотелескопов значительно больше. чем у оптических. Один из самых больших подвижных телескопов имеет размер 76 метров.

Неподвижное зеркало в Аресибо имеет диаметр 300 метров.

В России самый большой радиотелескоп имеет диаметр 600 метров и состоит из кольца, составленного из 895 подвижных алюминиевых отражателей. Этот телескоп рассчитан на приём радиоволн с длиной от 8 мм до 30 см.

В радиотелескопах, рассчитанных на приём волн в несколько метров зеркала делаются сетчатыми. Если размеры ячеек малы по сравнению с длиной волны, то зеркало работает как сплошное.

Меняя облучатель, можно настраивать телескоп на разные длины волн.

Прогресс в развитии радиоастрономии во многом связан с успехами теоретического объяснения радиоизлучения космических объектов. Было доказано, что причиной “нетеплового” радиоизлучения являются космические лучи (электроны высоких энергий). Эти электроны, двигаясь в слабых магнитных полях, генерируют радиоволны различных частот.

Было объяснено, что протяжённые компаненты радиоизлучения источников, связанных с радиогалактиками, это намагниченные облака разреженного газа, наполненные космическими лучами.

большей или меньшей степени радиоизлучательной способностью обладают все галактики.

В активных радиогалактиках основной причиной радиоизлучения является мощная генерация релятивистских частиц в области ядер этих галактик. Выделяется два источника радиоизлучения - точечный в ядре галактики и протяжённый.

Радиоизлучение галактики Лебедь-А, находящейся на расстоянии 750 млн. св. лет сравнимо с солнечным, при удалении Солнца от нас на расстояние 8 св. мин. мощность источника Лебедь-А в 10²⁸ раз превосходит солнечное радиоизлучение.