Dacă vă gândiți, a fost doar o chestiune de timp înainte de a inventa primul telescop. Oamenii au fost fascinați de cristale de milenii. Multe cristale - de exemplu, cuarțul - sunt complet transparente. Altele - rubine - absorb unele frecvențe de lumină și trec altele. Formarea cristalelor în sfere se poate face prin clivare, rotire și lustruire - acest lucru îndepărtează marginile ascuțite și rotunjeste suprafața. Disecția unui cristal începe cu găsirea unui defect. Crearea unei jumătăți de sferă - sau segment de cristal - creează două suprafețe diferite. Lumina este adunată de fața convexă și proiectată spre un punct de convergență de către partea din spate plană. Deoarece segmentele de cristal au curbe severe, punctul de focalizare poate fi foarte aproape de cristalul însuși. Datorită distanțelor focale scurte, segmentele de cristal fac microscoape mai bune decât telescoapele.
Nu a fost posibil segmentul de cristal - ci lentila de sticlă - care a făcut posibile telescoapele moderne. Lentilele convexe au ieșit din pământul de sticlă, într-un mod de a corecta viziunea îndepărtată. Deși atât ochelarii, cât și segmentele de cristal sunt convexe, lentilele cu vedere îndepărtată au curbe mai puțin severe. Razele de lumină sunt doar ușor îndoite de paralel. Din această cauză, punctul în care imaginea ia formă este mult mai departe de obiectiv. Aceasta creează o scară a imaginii suficient de mare pentru o inspecție umană detaliată.
Prima utilizare a lentilelor pentru a mări vederea poate fi urmărită în Orientul Mijlociu al secolului al XI-lea. Un text arab (tezaurul Opticae scris de omul de știință-matematician Al-hazen) notează că segmente de bile de cristal ar putea fi folosite pentru a mări obiecte mici. La sfârșitul secolului al XIII-lea, se spune că un călugăr englez (care ar putea face referire la Perspectiva lui Roger Bacon din 1267) a creat primele ochelari practice aproape concentrate pentru a ajuta la citirea Bibliei. Abia în 1440, când Nicolae din Cusa a pus primul obiectiv care a corectat vederile apropiate -1. Și ar fi trecut încă patru secole înainte ca defectele din forma lentilelor în sine (astigmatismul) să fie ajutate de un set de ochelari. (Acest lucru a fost realizat de astronomul britanic George Airy în 1827 la aproximativ 220 de ani după altul - mai cunoscut astronom - Johann Kepler a descris pentru prima dată cu exactitate efectul lentilelor asupra luminii.)
Cele mai vechi telescoape s-au format imediat după măcinarea spectacolelor, care au devenit bine stabilite ca mijloc de a corecta atât miopia, cât și presbiopia. Deoarece lentilele cu viziune îndelungată sunt convexe, ele fac „colecționari” buni de lumină. O lentilă convexă preia fascicule paralele de la distanță și le îndoaie spre un punct comun de focalizare. Aceasta creează o imagine virtuală în spațiu - una care poate fi inspectată mai îndeaproape folosind un al doilea obiectiv. Virtutea unei lentile colectoare este dublă: combină lumina împreună (crescând intensitatea acesteia) și amplifică scara imaginii - atât într-un grad potențial mult mai mare decât este capabil de ochiul singur.
Lentilele concave (folosite pentru a corecta vederile apropiate) se aprind în exterior și fac ca lucrurile să pară mai mici pentru ochi. O lentilă concavă poate crește distanța focală a ochiului ori de câte ori propriul sistem al ochiului (cornee fixă și lentilă morfingă) se încadrează la focalizarea unei imagini pe retină. Lentilele concave fac oculare bună, deoarece permit ochiului să inspecteze mai atent imaginea virtuală aruncată de un obiectiv convex. Acest lucru este posibil deoarece razele convergente dintr-o lentilă colectoare sunt refractate spre paralel de către o lentilă concavă. Efectul este de a arăta o imagine virtuală din apropiere ca și cum ar fi la o distanță mare. O singură lentilă concavă permite lentilelor oculare să se relaxeze ca și cum ar fi concentrată pe infinit.
Combinarea lentilelor convexe și concave a fost doar o problemă de timp. Ne putem imagina chiar prima ocazie care au avut parte de copii jucându-se cu truda zilei-a râșniței lentile - sau, eventual, când opticianul s-a simțit chemat să inspecteze un obiectiv folosind altul. O astfel de experiență ar fi trebuit să pară aproape magică: un turn îndepărtat apare instantaneu ca și cum s-ar fi apropiat la capătul unei lungi plimbări; cifrele de nerecunoscut se văd brusc ca fiind prieteni apropiați; granițele naturale - cum ar fi canalele sau râurile - sunt saltate ca și cum propriile aripi ale lui Mercur erau atașate la vindecări ...
Odată ce telescopul a apărut, s-au prezentat două noi probleme optice. Lentilele colectoare de lumină creează imagini virtuale curbate. Acea curbă este ușor „în formă de bol”, cu partea de jos întoarsă spre observator. Desigur, acest lucru este exact opusul modului în care ochiul însuși vede lumea. Căci ochiul vede lucrurile ca și cum ar fi așezat pe o mare sferă al cărei centru se află pe retină. Deci, trebuia făcut ceva pentru a atrage razele perimetrale înapoi spre ochi. Această problemă a fost soluționată parțial de astronomul Christiaan Huygens în anii 1650. El a făcut acest lucru combinând mai multe lentile împreună ca unitate. Utilizarea a două lentile a adus mai multe raze periferice dintr-o lentilă colectoare spre paralel. Noul ocular din Huygen a aplatizat efectiv imaginea și a permis ochiului să obțină focalizarea pe un câmp vizual mai larg. Dar acel câmp ar induce încă claustrofobia în majoritatea observatorilor de astăzi!
Problema finală a fost mai dificilă - lentilele de refracție îndoiesc lumina pe baza lungimii de undă sau a frecvenței. Cu cât frecvența este mai mare, cu atât o culoare specială a luminii este îndoită. Din acest motiv, obiectele care afișează lumină de diferite culori (lumină policromatică) nu sunt văzute în același punct de focalizare în spectrul electromagnetic. Practic lentilele acționează în moduri similare cu prisme - creând o răspândire de culori, fiecare având propriul focal unic.
Primul telescop al lui Galileo a rezolvat doar problema obținerii unui ochi suficient de aproape pentru a mări imaginea virtuală. Instrumentul său era compus din două lentile separabile la o distanță controlată pentru a focaliza. Obiectivul obiectiv a avut o curbă mai puțin severă pentru a colecta lumina și a aduce-o în diverse puncte de focalizare, în funcție de frecvența culorii. Obiectivul mai mic - posedat de o curbă mai severă, cu o distanță focală mai scurtă - a permis ochiului observator al lui Galileo să se apropie suficient de mult de imagine pentru a vedea detalii mărite.
Dar domeniul de aplicare al lui Galileo nu poate fi atins decât aproape de mijlocul câmpului vizual. Iar focalizarea poate fi setată numai pe baza culorii dominante emise sau reflectate de ceea ce Galileo privea la acea vreme. De obicei, Galileo a observat studii strălucitoare - cum ar fi Luna, Venus și Jupiter - folosind un popas de deschidere și a luat mândrie că a venit cu ideea!
Christiaan Huygens a creat primul ochi - Huygenian - după vremea lui Galileo. Acest ocular constă din două lentile plan-convexe orientate spre lentila colectoare - nu dintr-o singură lentilă concavă. Planul focal al celor două lentile se situează între elementele obiective și obiectiv. Folosirea a două lentile a aplatizat curba imaginii - dar numai peste un punctaj sau aproximativ un nivel de câmp de vedere aparent. De pe vremea lui Huygen, ocularele au devenit mult mai sofisticate. Începând cu acest concept original al multiplicității, ocularele de astăzi pot adăuga alte jumătate de duzină sau atât de multe elemente optice rearanjate atât în formă, cât și în poziție. Astronomii amatori pot acum achiziționa ochelari de pe raft, oferind câmpuri rezonabil de plate care depășesc 80 de grade în diametru aparent-2.
A treia problemă - cea a imaginilor multicolore în nuanțe cromatice - nu a fost rezolvată la telescopie până când un telescop reflector de lucru a fost proiectat și construit de Sir Isaac Newton în anii 1670. Acest telescop a eliminat lentila colectoare cu totul - deși a necesitat în continuare utilizarea unui ocular refractar (care contribuie mult mai puțin la „culoarea falsă” decât obiectivul).
Între timp, primele încercări de a repara refractorul au fost pur și simplu să le facă mai lungi. Au fost concepute obiective cu lungimea de 140 de metri. Niciunul nu a avut diametrele exorbitante în special. Astfel de diurnauri spinoase au necesitat un observator cu adevărat aventuros pentru a-l folosi, dar au „tonificat” problema culorii.
În ciuda eliminării erorilor de culoare, reflectoarele timpurii au avut probleme. Domeniul de aplicare al lui Newton a folosit o oglindă speculativă la sol. Comparativ cu acoperirea din aluminiu a oglinzilor reflectoare moderne, speculul este un performant slab. La aproximativ trei sferturi din capacitatea de adunare a luminii din aluminiu, speculul pierde aproximativ o mărime din captarea luminii. Astfel, instrumentul de șase inci conceput de Newton s-a comportat mai mult ca un model contemporan de 4 inch. Dar acest lucru nu a făcut instrumentul lui Newton greu de vândut, ci a furnizat pur și simplu o calitate a imaginii foarte slabă. Și acest lucru s-a datorat folosirii acelei oglinzi primare sferice.
Oglinda lui Newton nu a adus toate razele de lumină în atenția comună. Vina nu a fost în concordanță - a fost în formă de oglindă, care - dacă este extinsă cu 360 de grade - ar face un cerc complet. O astfel de oglindă este incapabilă să aducă fascicule de lumină centrale în același punct de focalizare ca cele mai apropiate de margine. Abia în 1740, John Short din Scoția a corectat această problemă (pentru lumina de pe axa) prin parabolizarea oglinzii. Scurt a reușit acest lucru într-o manieră foarte practică: Deoarece razele paralele mai aproape de centrul unei oglinzi sferice depășesc razele marginale, de ce să nu adâncim centrul și să le reintroducem?
Abia în 1850, argintul a înlocuit speculul ca suprafață de oglindă la alegere. Desigur, cele peste 1000 de reflectoare parabolice fabricate de John Short aveau oglinzi speculative. Iar argintul, precum speculul, pierde reflectivitatea destul de repede în timp, până la oxidare. Până în 1930, primele telescoape profesionale erau acoperite cu aluminiu mai rezistent și reflectorizant. În ciuda acestei îmbunătățiri, reflectoarele mici aduc mai puțină lumină la focalizare decât refractoarele cu diafragmă comparabilă.
Între timp, și refractorii au evoluat. În timpul lui John Short, opticienii și-au dat seama de ceea ce Newton nu avea - cum să obțină lumina roșie și verde pentru a se contopi într-un punct comun de focalizare prin refracție. Aceasta a fost realizată pentru prima dată de Chester Moor Hall în 1725 și redescoperită un sfert de secol mai târziu de John Dolland. Hall și Dolland au combinat două lentile diferite - una convexă și alta concavă. Fiecare a constat dintr-un tip de sticlă diferit (coroană și sânge), care refractă diferit lumina (bazată pe indici de refracție). Obiectivul convex al sticlei cu coroană a făcut sarcina imediată de a colecta lumina de toate culorile. Aceasta a îndoit fotoni spre interior. Obiectivul negativ a înfășurat fasciculul convergent ușor spre exterior. În cazul în care obiectivul pozitiv a determinat ca lumina roșie să depășească focalizarea, obiectivul negativ a determinat dezactivarea roșie. Roșu și verde s-au amestecat și ochiul a văzut galben. Rezultatul a fost telescopul refractor achromatic - un tip favorizat de mulți astronomi amatori astăzi pentru o deschidere ieftină, mică, cu câmp larg, dar - în raporturi focale mai scurte - mai puțin decât utilizarea ideală a calității imaginii.
Abia la mijlocul secolului al XIX-lea, opticienii au reușit să obțină un albastru-violet să se alăture roșu și verde la focalizare. Această dezvoltare a ieșit inițial din utilizarea materialelor exotice (făină) ca element în obiectivele duble ale microscopelor optice cu putere mare - nu a telescoapelor. Trei designuri ale telescopului elementelor folosind tipuri de sticlă standard - triplete - au rezolvat și problema aproximativ patruzeci de ani mai târziu (chiar înainte de secolul XX).
Astronomii amatori de astăzi pot alege dintr-o gamă largă de tipuri și producători. Nu există un singur scop pentru toate cerurile, ochii și studiile cerești. Problemele legate de planeitatea câmpului (în special cu telescoapele newtoniene rapide) și tuburile optice grele (asociate cu refractorii mari) au fost abordate de noi configurații optice dezvoltate în anii 1930. Tipurile de instrumente - cum ar fi SCT (telescopul Schmidt-Cassegrain) și MCT (telescopul Maksutov-Cassegrain) plus variantele newton-esque Schmidt și Maksutov și reflectoarele oblice - sunt acum fabricate în SUA și în întreaga lume. Fiecare tip de domeniu dezvoltat pentru a aborda o problemă validă sau alta legată de dimensiunea domeniului de aplicare, vrac, planeitatea câmpului, calitatea imaginii, contrastul, costul și portabilitatea.
Între timp, refractorii au luat în centrul atenției optofile - oamenii care doresc cea mai înaltă calitate posibilă a imaginii, indiferent de alte constrângeri. Refractorii complet apocromatici (corectați prin culoare) oferă unele dintre cele mai uimitoare imagini disponibile pentru utilizare optică, fotografică și imagistică CCD. Dar, din păcate, astfel de modele sunt limitate la deschideri mai mici datorită costurilor semnificativ mai mari ale materialelor (cristale exotice de dispersie joasă și sticlă), fabricarea (până la șase suprafețe optice trebuie să fie modelate) și cerințe mai mari de purtare (datorită discurilor grele de sticlă ).
Toată varietatea de tipuri de obiecte de azi a început cu descoperirea că două lentile de curbură inegală ar putea fi ținute la vedere pentru a transporta percepția umană pe distanțe mari. Ca multe progrese tehnologice majore, telescopul astronomic modern a apărut din trei ingrediente fundamentale: necesitatea, imaginația și o înțelegere din ce în ce mai mare a modului în care interacționează energia și materia.
Deci de unde a venit telescopul astronomic modern? Cu siguranță telescopul a trecut printr-o perioadă lungă de îmbunătățiri constante. Dar poate, doar poate, telescopul este, în esență, un dar al Universului însuși care exultă profund admirația prin ochii, inimile și mințile umane ...
-1 Există întrebări cu privire la cine a creat pentru prima dată ochelari care corectează vazul îndepărtat și apropiat. Este puțin probabil ca Abu Ali al-Hasan Ibn al-Haitham sau Roger Bacon să fi folosit vreodată un obiectiv în acest fel. Confundarea problemei provenienței este întrebarea modului în care au fost purtate efectiv ochelarii. Este probabil ca primul ajutor vizual să fie pur și simplu ținut la ochi ca un monoclu - necesitate de a prelua de acolo. Dar o asemenea metodă primitivă ar fi relatată istoric ca „originea spectacolului”?
-2 Capacitatea unui anumit ocular de a compensa o imagine virtuală neapărat curbată este limitată fundamental de raportul focal efectiv și arhetectura de scop. Astfel, telescoapele a căror distanță focală este de multe ori deschiderea lor prezintă mai puțin de o curbă instantanee la „planul imaginii”. Între timp, scopurile care refractă lumina inițial (catadioptice, precum și refractoare) au avantajul unei mai bune manipulări a luminii de pe axe. Ambii factori cresc raza de curbură a imaginii proiectate și simplifică sarcina ocularului de a prezenta un câmp plat pentru ochi.
Despre autor:
Inspirat de capodopera de la începutul anului 1900: „Cerul prin trei, patru și cinci inci telescoape”, Jeff Barbour a început în astronomie și știința spațială la vârsta de șapte ani. În prezent, Jeff își dedică mare parte din timp pentru a observa cerurile și pentru a menține site-ul Astro.Geekjoy.
