Ньютоновский телескоп - Newtonian telescope

Телескоп Ньютона
NewtonsTelescopeReplica.jpg
Реплика второго телескопа-рефлектора Ньютона, который он подарил Королевское общество в 1672 г.[1]
Названный в честьИсаак Ньютон  Отредактируйте это в Викиданных
Страница общин Связанные СМИ на Викискладе?
[редактировать в Викиданных ]
«Телескоп Ньютона» перенаправляется сюда. Об обсерватории на Канарских островах см. Телескоп Исаака Ньютона.

Ньютоновский телескоп

В Ньютоновский телескоп, также называемый Ньютоновский отражатель или просто Ньютоновский, это тип отражающий телескоп изобретен английским ученым Сэр Исаак Ньютон (1642–1727), используя вогнутый главное зеркало и плоская диагональ вторичное зеркало. Ньютона первый телескоп-рефлектор был завершен в 1668 году и является самым ранним из известных функциональных телескопов-рефлекторов.[2] Простая конструкция ньютоновского телескопа сделала его очень популярным среди любительские производители телескопов.[3]

История

Смотрите также: История телескопа

Идея Ньютона для телескопа-рефлектора не была новой. Галилео Галилей и Джованни Франческо Сагредо обсуждали использование зеркала как формирующего изображение цель вскоре после изобретения преломляющего телескопа,[4] и другие, такие как Никколо Цукки, утверждал, что экспериментировал с этой идеей еще в 1616 году.[5] Ньютон, возможно, даже читал Джеймс Грегори 1663 книга Optica Promota в котором описаны конструкции телескопов-отражателей с использованием параболические зеркала[6] (телескоп, который Грегори безуспешно пытался построить).[7]

Ньютон построил свой телескоп-отражатель, потому что подозревал, что это может подтвердить его теорию о том, что белый свет состоит из спектр цветов.[8] Искажение цвета (Хроматическая аберрация ) был основной ошибкой преломляющие телескопы эпохи Ньютона, и существовало множество теорий относительно того, что вызвало это. В середине 1660-х годов с его работой над теория цвета, Ньютон пришел к выводу, что этот дефект был вызван тем, что линза преломляющего телескопа ведет себя так же, как призмы он экспериментировал, разбивая белый свет на радугу цветов вокруг ярких астрономические объекты.[9][10] Если бы это было правдой, то хроматическую аберрацию можно было бы устранить, построив телескоп, в котором не использовалась линза - телескоп-рефлектор.

В конце 1668 года Исаак Ньютон построил свой первый телескоп-рефлектор. Он выбрал сплав (зеркало металлическое ) из банка и медь как наиболее подходящий материал для его цель зеркало. Позже он изобрел средства для придания формы и шлифовки зеркала и, возможно, был первым, кто использовал питча[11] для полировки оптической поверхности. Он выбрал сферическую форму для своего зеркала вместо параболы, чтобы упростить конструкцию; даже если это представит сферическая аберрация, это все равно исправит хроматическую аберрацию. Он добавил к своему отражателю то, что является отличительной чертой конструкции ньютоновского телескопа, вторичное зеркало, установленное по диагонали рядом с фокусом главного зеркала, чтобы отражать изображение под углом 90 ° к окуляр установлен сбоку телескопа. Это уникальное дополнение позволило просматривать изображение с минимальными препятствиями для зеркала объектива. Еще он сделал трубку, устанавливать, и фурнитура. Первая версия Ньютона имела диаметр главного зеркала 1,3 дюйма (33 мм) и фокусное отношение из f / 5.[12] Он обнаружил, что телескоп работает без искажения цвета и что он может видеть четыре Галилеевы луны из Юпитер и серповидная фаза планеты Венера с этим. Друг Ньютона Исаак Барроу показал второй телескоп небольшой группе из Лондонское королевское общество в конце 1671 года. Они были настолько впечатлены им, что продемонстрировали его Карл II в январе 1672 г. Ньютон был принят в члены общества в том же году.

Как и Грегори до него, Ньютону было трудно создать эффективный отражатель. Заточить металл зеркала до правильной кривизны было сложно. Поверхность также потускневший быстро; в результате низкая отражательная способность зеркала, а также его малые размеры означали, что обзор через телескоп был очень тусклым по сравнению с современными рефракторами. Из-за этих трудностей в конструкции ньютоновский телескоп-рефлектор изначально не получил широкого распространения. В 1721 г. Джон Хэдли показал значительно улучшенную модель Королевскому обществу.[13] Хэдли решил многие проблемы создания параболический зеркало. Его Newtonian с диаметром зеркала 6 дюймов (150 мм) выгодно отличался от большого воздушные преломляющие телескопы дня.[14] Впоследствии размеры отражающих телескопов быстро росли, и диаметр главного зеркала удваивался примерно каждые 50 лет.[15]

Преимущества ньютоновского дизайна

Ньютоновская оптическая сборка, показывающая трубка (1), главное зеркало (2), а вторичное диагональное зеркало поддержка (также называемая "поддержка паука") (3).
  • Они свободны от Хроматическая аберрация встречается в преломляющих телескопах.
  • Ньютоновские телескопы обычно дешевле для любого заданного диаметра объектива (или отверстие ) по сравнению с телескопами аналогичного качества других типов.
  • Поскольку существует только одна поверхность, которую нужно отшлифовать и отполировать до сложной формы, изготовление в целом намного проще, чем другие конструкции телескопов (Григорианцы, кассегрены, а ранние рефракторы имели две поверхности, которые требовали вычисление. Потом ахроматический рефракторные объективы имели четыре поверхности, которые нужно было нарисовать).
  • Короткое фокусное отношение легче получить, что приведет к более широкому поле зрения.
  • Окуляр расположен в верхнем конце телескопа. В сочетании с короткими ф-соотношения это может позволить получить гораздо более компактную систему крепления, снизить стоимость и повысить портативность.

Недостатки ньютоновской конструкции

  • Ньютонианцы, как и другие конструкции телескопов-отражателей, использующие параболические зеркала, страдают от кома, внеосевая аберрация, которая вызывает вспышку изображения внутрь и к оптической оси (звезды по направлению к краю поля зрения принимают форму, напоминающую комету). Этот блик равен нулю на оси и составляет линейный с увеличением угол поля зрения и обратно пропорциональна площади зеркала фокусное отношение (зеркало фокусное расстояние деленное на диаметр зеркала). Формула третьего порядка тангенциальная кома составляет 3θ / 16F², где θ - угол отклонения от оси изображения в радианы и F - фокусное отношение. Ньютонианцы с фокусное отношение f / 6 или ниже (например, f / 5) считаются коматозными для визуального или фотографического использования.[16] Первичные зеркала с низким фокусным расстоянием можно комбинировать с линзами, корректирующими кому, для увеличения резкости изображения по всему полю.[17]
Большой ньютоновский отражатель 1873 года со структурой для доступа к окуляр.
  • У ньютонианцев есть центральное препятствие из-за вторичного зеркала на пути света. Это препятствие, а также дифракционные пики вызванная несущей конструкцией (так называемые паук) вторичного зеркала уменьшают контраст. Визуально эти эффекты можно уменьшить, если использовать двух- или трехногий изогнутый паук. Это уменьшает дифракцию боковой лепесток интенсивность примерно в четыре раза и помогает улучшить контраст изображения с потенциальным штрафом, заключающимся в том, что круглые пауки более подвержены вибрации, вызываемой ветром.
  • Для портативных ньютонианцев коллимация может быть проблема. Первичный и вторичный могут потерять согласованность из-за ударов, связанных с транспортировкой и погрузочно-разгрузочными работами. Это означает, что телескоп может потребоваться повторная юстировка (коллимация) каждый раз при установке. Другие конструкции, такие как рефракторы и катадиоптрики (в частности, Максутовские запеканки ) имеют фиксированную коллимацию.
  • Фокальная плоскость находится в асимметричной точке и наверху узла оптической трубки. Для визуального наблюдения, особенно на экваториальные крепления телескопов,[18] ориентация трубки может поставить окуляр в очень плохом положении для обзора, а для больших телескопов требуется лестницы или поддерживающие структуры для доступа к нему.[19] В некоторых конструкциях предусмотрены механизмы для поворота крепления окуляра или всего тубуса в более удобное положение. Для исследовательских телескопов необходимо учитывать уравновешивание очень тяжелых инструментов, установленных в этом фокусе.

Вариация

Джонс-Берд

Телескоп-рефлектор Джонс-Берд (иногда его называют Берд-Джонс) представляет собой зеркальную линзу (катадиоптрический ) вариант традиционной ньютоновской конструкции, продаваемый на рынке любительских телескопов. В конструкции используется сферическое главное зеркало вместо параболического, при этом сферические аберрации исправляются субапертурный корректор линза[20] обычно устанавливается внутри фокусирующей трубки или перед вторичным зеркалом. Эта конструкция уменьшает размер и стоимость телескопа за счет более короткой общей длины трубки телескопа (с корректором, увеличивающим фокусное расстояние на дюймтелефото "типовой макет") в сочетании с менее дорогостоящим сферическим зеркалом. Было отмечено, что коммерчески выпускаемые версии этой конструкции имеют оптические недостатки из-за сложности изготовления субапертурного корректора правильной формы в телескопе, ориентированном на недорогой конец рынка телескопов .[21]

Галерея

  • Ньютоновский отражатель

  • На очень большом прицепе установлен Ньютон и его лестница.

  • Ньютона (труба-труба Добсониан )

  • Крепление окуляра Ньютона

  • 150-мм ньютоновский телескоп любительской постройки

  • Астроскан, коммерческий широкопольный ньютоновский отражатель

  • Схема коммерческого ньютоновского отражателя

  • Любительская коммерческая диаграмма Ньютона

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Генри К. Кинг (1955). История телескопа. Курьерская корпорация. п. 74. ISBN  978-0-486-43265-6.
  2. ^ Холл, А. Руперт (1992). Исаак Ньютон: авантюрист в мыслях. Издательство Кембриджского университета. п. 67. ISBN  9780521566698.
  3. ^ Ингаллс, Альберт Г., изд. (1935). Изготовление любительских телескопов (4-е изд.). Munn and Co., Inc. [1]
  4. ^ Фред Уотсон (2007). Звездочет: жизнь и времена телескопа. Аллен и Анвин. п. 108. ISBN  978-1-74176-392-8.
  5. ^ Проект Галилео> Наука> Цукки, Никколо
  6. ^ Дерек Гьертсен (1986). Справочник Ньютона. Рутледж и Кеган Пол. п. 562. ISBN  978-0-7102-0279-6.
  7. ^ Майкл Уайт (1999). Исаак Ньютон: Последний чародей. Основные книги. п. 169. ISBN  978-0-7382-0143-6.
  8. ^ Майкл Уайт (1999). Исаак Ньютон: Последний чародей. Основные книги. п. 170. ISBN  978-0-7382-0143-6.
  9. ^ Ньютон думал, что мало что можно сделать для исправления аберрации, кроме как сделать линзы, которые f / 50 или больше."Объектив любого телескопа не может собрать все лучи, исходящие из одной точки объекта, так что они собираются в фокусе в меньшем пространстве, чем в круглом пространстве, диаметр которого составляет 50-ю часть диаметра его отверстие”
  10. ^ Стивен Паркинсон (1870). Трактат по оптике. Макмиллан. п.112.
  11. ^ Раймонд Н. Уилсон (2007). Отражающая оптика телескопа I: базовая теория конструкции и ее историческое развитие. Springer Science & Business Media. п. 9. ISBN  978-3-540-40106-3.
  12. ^ telescope-optics.net Отражающие телескопы: ньютоновские, двух- и трехзеркальные системы
  13. ^ amazing-space.stsci.edu - Отражатель Хэдли
  14. ^ Полный Астроном-любитель - Отражатель Джона Хэдли
  15. ^ Расин, Рене (2004). «Исторический рост апертуры телескопа». Публикации Тихоокеанского астрономического общества. 116 (815): 77–83. Bibcode:2004PASP..116 ... 77R. Дои:10.1086/380955.
  16. ^ Сацек, Владимир (14.07.2006). «8.1.1. Ньютоновские внеосевые аберрации». Получено 2009-09-29. внеосевые характеристики параболоидального зеркала так быстро падают с увеличением относительной апертуры выше ~ / 6
  17. ^ Knisely, Дэвид (2004). "Корректор комы Tele Vue Paracor для ньютонианцев" (PDF). Обзор телескопа облачных ночей. Получено 29 ноябрь 2010.
  18. ^ Алекс Хебра (2010). Физика метрологии: все об инструментах: от колес до атомных часов. Springer Science & Business Media. С. 258–259. ISBN  978-3-211-78381-8.
  19. ^ Энтони Кук (2009). Найдите время для звезд: приспособьте астрономию к своей деловой жизни. Springer Science & Business Media. п. 14. ISBN  978-0-387-89341-9.
  20. ^ 10.1.2. Примеры субапертурных корректоров: системы с одним зеркалом - Jones-Bird
  21. ^ ТЕЛЕСКОПЫ - ОБЗОР И ТИПЫ ТЕЛЕСКОПОВ, КАТАДИОПТИЧЕСКИЙ НЬЮТОНИАН

Рекомендации

  • Смит, Уоррен Дж., Современная оптическая инженерия, McGraw-Hill Inc., 1966, стр. 400