ATM

-Teleskopi

TELESKOPI

NAMJENA TELESKOPA

Teleskopi su glavno oruđe u astronomiji. Oni prvenstveno služe da sakupljaju svjetlo vrlo udaljenih objekata u svemiru koje pada na njihov objektiv i tako omogućuju pogled dublje u svemir. Oni zatim povećavaju sliku promatranog objekta i tako nam omogućuju detaljno promatranje vrlo udaljenih objekata.

OSNOVNI DIJELOVI TELESKOPA

Osnovni dijelovi teleskopa su okular i objektiv. Objektiv sve zrake svjetlosti što dolaze na njega paralelno sa optičkom osi skuplja u jednu točku, fokus. Tu nastaje realna, umanjena i obrnuta sličica promatranog objekta. Na tu se sličicu nadovezuje okular koji je uvećava to više što mu je manja njegova žarišna duljina. Sva svjetlost što polazi iz jedne točke na nekom objektu mora se prolazeći kroz leću sastaviti s druge strane u jednu točku. I tako sa svih točaka tog objekta koje su na jednakoj udaljenosti od leće. One točke bliže leći fokusirat će se dalje od nje, a one dalje od leće bliže njoj. Drugim riječima leća u svom fokusu stvara virtualnu, trodimenzionalnu obrnutu sličicu objekta.

PRINCIP RADA TELESKOPA

Prije nego počnemo govoriti o izradi teleskopa, moramo malo pojasniti osnovne pojmove optike. Osnovna karakteristika teleskopa je promjer objektiva D. Što je on veći to bolje jer daje svjetliju sliku (veću svjetlosnu moć) i veću moć razlučivanja što će reći da većim objektivom možemo gurati do većih povećanja. Pravilo je da objektiv dvostruko većeg promjera ima ne dva nego četiri puta veću svjetlosnu moć. Slijedeći pojmovi su žarišna duljina objektiva F i odnos žarišne duljine i promjera objektiva, tzv. f - broj. F – broj nam govori koliko je žarišna duljina objektiva veća od njegovog promjera.

f = F/D

Slijedeći pojam je granično povećanje teleskopa. Ono se računa prema promjeru objektiva i iznosi dvostruki promjer objektiva izražen u milimetrima. Dakle ako nam teleskop ima promjer objektiva D = 300 mm, granično povećanje je 600 puta. Povećanje samog teleskopa dobije se kada fokus objektiva podijelimo sa fokusom okulara.

P = F(objektiv) / F(okular)

F(objektiv) = 1200mm, F(okular) = 4mm

P = 300 puta

Sljedeći pojam je izlazna pupila. To je sličica objektiva koju tvori okular u svom vanjskom fokusu stoga je u njoj skoncentrirana sva svjetlost koju sakuplja objektiv teleskopa. Njena veličina u fokusu određenog okulara ovisi o f – broju teleskopa i o žarišnoj duljini okulara. Što je f-broj teleskopa manji, izlazna pupila je veća i obrnuto. Ako je ona veća od promjera zjenice oka (6 mm u mraku), tada oko ne prima svu svjetlost koju daje objektiv. To je kao da promatramo teleskopom manjeg promjera objektiva.

OSNOVNE VRSTE TELESKOPA

Teleskope dijelimo na tri osnovne skupine: refraktore, reflektore i katadioptrijske.

Refraktori imaju leće i rade na principu loma svjetlosti koja prolazi kroz njih i skupljaju je u jednu točku ili fokus. Obična leća ne može skupljati sve boje spektra u jedan fokus pa imamo obojenu i mutnu sliku. Greška se naziva kromatska aberacija. Crveno svjetlo se fokusira najdalje od leće, a ljubičasto najbliže leći. Zato je potrebno leće objektiva raditi od stakla različitog indeksa loma svjetlosti - recimo krunsko (BK7) i flintsko (F2). Refraktore dijelimo na tri grupe: -akromate, semiapokromate i apokromate. Akromatski refraktor ima objektiv od dvije ili više leća načinjenih samo od krunskog i flintskog stakla. Dizajnirani su da dovedu barem dvije boje u jedan fokus i to obično plavu i crvenu. Zelena se fokusira malo bliže leći. Akromatski objektivi se rade od dvije, tri ili četiri leće. Od dvoelementnih ću spomenuti Fraunhofera kojemu je prednja sabirna leća od krunskog, a zadnja rasipna od flintskog stakla. Flintsko staklo jače lomi svjetlost, a budući da je jakost zadnje leće manja od prednje, cijeli taj sistem se ponaša kao blago sabirna leća duge žarišne daljine, a obje leće gotovo sasvim poništavaju jedna drugoj kromatsku aberaciju. Slika nije sasvim bezbojna, objektiv izoštrava sliku u zelenoj boji, a okolo te slike, naročito Mjeseca, planeta i sjajnih zvijezda vidi se slabašni ljubičasti halo. Fraunhofer ima prednju i zadnju plohu krunske leće ispupčenu, prednju plohu flintskog stakla udubljenu, a zadnju blago ispupčenu. Steinheil objektiv je naopako posložen, ima sprijeda flintsku rasipnu leću. Littrow je sličan Fraunhoferu, ali ima zadnju plohu rasipne leće ravnu, a prve tri su jednake zakrivljenosti. Troelementni su Cooke triplet i Zeiss "B" APO. Četveroelementni su Petzval i Zeiss-Tessar. Četveroelementni Petzval ima dva simetrična akromata okrenuta flintskom lećom jedan drugome, a taj dizajn je napravljen poglavito zbog korekcije vanosnih aberacija poput kome i astigmatizma i za postizanje ravnog vidnog polja. Oni služe za astrofotografiju. Apokromati imaju umjesto flintskog stakla ED ili fluoritna (CaF2 - kalcij fluorit) stakla koja su obično skupa i egzotična. Imaju jako mali indeks loma i od njih se dobivaju vrlo kvalitetni objektivi. Apokromati se rade kao dvoelementni i troelementni objektivi. Dvoelementni se rade dizajnom sličnim Fraunhoferu, a troelementni tako da je sabirna leća u sredini, a rasipne sprijeda i straga. Može biti i obrnuto. Četveroelementni se obično rade u Petzval izvedbi kao recimo TeleVue teleskopi. Semi-apokromat ne postoji. ED objektivi se ponašaju kao ti semi-apokromati, ali se zapravo vode pod "APO" i zato su najjeftinija verzija današnjeg APO refraktora. Posebno bi se među njima dalo pohvaliti SkyWatcher Evostar 120/900mm ED APO. Patka semi-apokromat koja ustvari znači "polu-apokromat" je stvorena kako bi proizvođači teleskopa digli cijenu, a radi se samo o malo poboljšanom akromatu. Taj su naziv, točnije "Halbapochromat" koristili njemački optičari u Zeissu kada su izrađivali objektive spomenutog obrnutog slijeda leća - u Steinheil verziji u kojoj je dakle flint bio sprijeda, a crown unutra. Taj flint nije bio običan flint već Kurz flint, short flint ili kratki flint, oznake KzFN2 koji je bolji od običnog flinta jer daje kromatsku korekciju objektiva koja je nešto između akromata i apokromata. Ti objektivi su nazvani "Astrospezialobjektive" ili skraćeno"AS". Rađena je čitava serija "AS" objektiva raznih promjera i žarišnih duljina:

AS63/840

AS80/840

AS80/1200

AS110/1650

AS130/1950 koji je na zagrebačkoj zvjezdarnici

AS150/2250

i AS200/3000

Zeiss je radio objektive raznih izvedbi koje su označavane slovima:

A, AS, B, C, D, E i F

Poznati Telementor i Telemator imali su "C" objektiv i to C63/840 - crown/flint akromat (BK7/SF2), no bio je vrhunski. Njegov prethodnik bio je AS63/840 semi-apo.

Formule objektiva raznih izvedbi:

Zeiss AS objektivi (KzFN2/BK7)

Fraunhofer akromat (BK7/F2)

Zeiss "B" APO (BK7/KzFN2/BK7)

TMB APO triplet (K7/FPL53/K7)

Koja god vrsta stakla da se koristi uvijek je potrebno od stakla manjeg indeksa loma izraditi pozitivnu leću, a od stakla većeg indeksa loma negativnu. U slučaju akromata to su pozitivna od krunskog, a negativna od flintskog stakla. Kada se koristi fluoritno staklo ono tada dolazi na mjesto krunskog za pozitivnu leću, a negativna se tada radi od krunskog stakla jer fluorit ima manji indeks loma ne samo od flintskog već i od krunskog stakla.

Teleskopi reflektori imaju udubljena zrcala koja odbijaju svijetlost od svoje prednje udubljene plohe i opet je skupljaju u jednu točku ili fokus. Za razliku od refraktorskih leća, zrcala reflektora ne moraju zadovoljavati kriterije u pogledu vrste stakla pa ih je jeftinije i jednostavnije izraditi.

Otkrićem Schmidtovog i Maksutovljevog korektora nastala

je i treća vrsta teleskopa – katadioptrijski teleskopi koji su

kombinacija leća i zrcala.

Schmidt-Cassegrain teleskop - optička shema

Maksutov-Cassegrain teleskop - optička shema

Razlika među ove dvije vrste Cassegrain teleskopa je u korekcijskoj ploči. Korekcijska ploča služi za ispravljanje sferne aberacije glavnog zrcala jer ovi teleskopi koriste sferno glavno zrcalo. Osim toga korekcijska ploča ispravlja i zakrivljenost žarišne ravnine čime se povećava iskoristivost vidnog polja teleskopa. Korekcijska ploča kod Schmidt- Cassegrain teleskopa jest asferičnog oblika, dok je kod Masutov-Cassegraina jest meniskus koji je teži od Schmidtove korekcijske ploče. Način na koji funkcioniraju je slijedeći: -Sferno zrcalo ne može fokusirati u isti fokus sve paralelne zrake što padaju na njegovu površinu, već zrake sa ruba sfernog zrcala imaju kraću žarišnu duljinu od zraka iz centra što uzrokuje da zvijezde u žarištu takvog zrcala izgledaju kao mutni kružići umjesto oštrih točkica. Schmidtova ploča skraćuje fokus zraka iz centra, produžuje fokus onih zraka sa ruba zrcala, dok fokus zraka iz zone zrcala koji odgovara 0.707 polumjera zrcala ostavlja nepromijenjenim. Maksutovljev meniskus ostavlja nepromijenjen fokus zraka iz centra dok fokuse zraka sa ostatka zrcala produljuje i to sve više kako idemo od središta prema rubu.

teleskop refraktor

teleskop reflektor

Schmidt-Cassegrain teleskop

Maksutov-Cassegrain teleskop

Teleskop je u sedamnaestom stoljeću izumio nizozemski optičar Hans Lippershey. Galileo Galilei je čuo tu vijest i izradio sebi jedan. On je tako postao prvi ATM-ovac. Njegov teleskop imao je objektiv leću promjera 4 cm i fokusnu dužinu od 1666 mm i svoju prvu primjenu odmah je našao u astronomiji. Okular mu je bio rasipna leća pa je davao uspravnu sliku. Za naše pojmove davao je vrlo lošu sliku, ali Galileo je njime napravio prva važna otkrića u astronomiji i udario temelje moderne astronomije. Otkrio je četiri najveća Jupiterova mjeseca, vidio faze Venere, nazreo Saturnove prstenove, otkrio Sunčeve pjege, otkrio da se Mliječni put sastoji od velikih nakupina zvijezda i vidio pravi izgled Mjesečeve površine.

galilejev teleskop

Teleskopi refraktori tog doba imali su jedan spomenuti veliki nedostatak; davali su slike obojenih rubova zbog kromatske aberacije. Ta se greška jednostavno ne može izbjeći kod objektiva od jedne leće zbog razlike u indeksu loma pojedinih boja. Međutim ta se greška kod objektiva od jedne leće mogla umanjiti tako da se naprave objektivi što većeg fokusa. Zbog toga su astronomi toga doba gradili iznimno duge i tanke instrumente. Najpoznatiji od njih bio je poljski astronom Johannes Hevelius. On je napravio teleskop promjera objektiva 10 cm, ali fokusa čak 30 m! Kako bi astronomi napravili praktičnije instrumente, astronom Chester Moor Hall lijepi dvije leće od različite vrste stakla da bi dobio objektiv smanjene kromatske aberacije. Kasnije astronom John Dollond usavršava tu tehniku izradom posebnog objektiva lijepljenjem pozitivne leće od krunskog stakla (crown) i negativne leće od flintskog stakla. Krunsko je alkalno, a flintsko olovno staklo. Te dvije leće od različite vrste stakla međusobno jedna drugoj poništavaju rasap bijele svjetlosti na dugine boje. Takvi objektivi koriste se još i danas za manje teleskope refraktore (vidi sl.1.2.) i nazivaju se akromatski dubleti ili akromati. No ni kod njih kromatska aberacija nije sasvim uklonjena; akromatski objektiv fokusira samo crvenu i plavu boju u isti fokus dok se zelena fokusira malo bliže leći. Taj nepotpuni rasap bijele svjetlosti je poznat kao sekundarni spektar ili sekundarna kromatska aberacija.

sekundarni spektar kod akromatskog objektiva

Zbog toga se vrlo sjajne zvijezde i planeti vide opasani slabim tamnoljubičastim sjajem. Međutim dok se razvijala tehnika uklanjanja kromatske aberacije, drugi astronomi pribjegavaju izradi posve druge vrste teleskopa. Isaac Newton pravi teleskop s konkavnim (udubljenim) zrcalom i takav teleskop se zove reflektor. To je zato jer radi na principu odbijanja svjetlosti. Zrcalo je mnogo lakše izraditi jer nije toliko bitna vrsta stakla od koje se izrađuje i može čak imati u sebi mjehuriće. Zatim treba brusiti samo jednu plohu (prednju) a ne četiri ili više kao kod refraktora. Ali jedna najvažnija prednost jest da zakoni refleksije ne dopuštaju rasap bijele svjetlosti na dugine boje, što će reći da zrcalo za teleskop nema kromatsku aberaciju. Svjetlost koja padne na zrcalnu plohu pod jednakim se kutom reflektira bez obzira na valnu duljinu pojedinih boja. Sve ove prednosti omogućavaju raširenost teleskopa reflektora među astronomima amaterima i ATM-ovcima (graditeljima teleskopa).

Teleskop reflektor Williama Herschela

s metalnim zrcalom promjera 120cm

Bezbojni rubovi slike u teleskopu reflektoru

HOME

Skoči na vrh stranice