Астрономические инструменты
Вы будете перенаправлены на Автор24
Астрономические инструменты — это приборы и аппараты которые используются в ходе астрономических наблюдений за небесными объектами.
Первыми в истории подобными инструментами были гномоны, позже появились такие инструменты как астролябия, квадрант и секстант.
В Новое время, в XVII веке, в Европе появились в телескопы. Первый телескоп был создан знаменитым итальянским астрономом Галилео Галилеем. В ХХ веке на вооружении астрономов появились более совершенные приборы. Это были радиотелескопы, рентгеновские, нейтринные, а также гравитационные телескопы.
Гномон и астролябия
Гномон – из всех астрономических инструментов он является наиболее древним. Он представляет собою поставленный вертикально столбик. Таким предметом может быть обелиск или колонна, например. Используя его, древние могли узнавать по наименьшей его тени в полдень угловую высоту Солнца. В результате, полуденная кратчайшая тень указывала и направление истинного меридиана.
Готовые работы на аналогичную тему
Рисунок 1. Гномон. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Считается, что его изобрел древнегреческий философ Анаксимандр, из древнегреческого города Милет, расположенного в Малой Азии, на берегу Эгейского моря.
Кроме того, гномоном называли ещё и часть солнечных часов. В них по направлению его тени можно определить время.
С помощью гномонов можно определить следующие астрономические величины:
- астрономический полдень. Астрономическим полднем считается момент, когда длина тени гномона становится наименьшей.
- направление на географический полюс – такое направление можно выяснить по направлению тени гномона в астрономический полдень.
- широта места – её определяют по длине тени, которую можно наблюдать в астрономический полдень.
Чем выше сам гномон, тем выше его точность.
Астролябия.Этот астрономический инструмент также является одним из древнейших в мире. Он использовался для измерения горизонтальных углов и определения широты и долготы тех или иных небесных тел. Само слово астролябия происходит от древнегреческого слова, означающего «берущий звезды». Астролябия работала по принципу стереографической проекции, которая переводила окружность на сфере в окружность на плоскости.
Рисунок 2. Астролябия. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Этот прибор использовался для определения времени и продолжительности дня, математических вычислений и астрологических предсказаний.
Впервые астролябия появилась во времена Древней Греции. Её изобретателем считается Аполлоний Пергский, живший в третьем веке до нашей эры.
Начиная с восемнадцатого века, астролябия стала использоваться при межевании земель, чтобы измерить горизонтальные углы при работе. В настоящее время астролябия вытеснена теодолитом.
Квадрант и секстант
Квадрант является ранним прототипом другого астрономического прибора секстанта и предназначен для определения высот небесных объектов и угловых расстояний между светилами.
Квадрант устроен из пластины с лимбом в четверть окружности, для того чтобы иметь возможность отсчитывать углы. Также у квадранта есть планка для телескопа
Рисунок 3. Квадрант. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Использовались большие стенные квадранты, которые прикреплялись к стенам астрономических обсерваторий. К концу семнадцатого века квадрант вышел из употребления.
Секстант. Это измерительный навигационный прибор, который используется для измерения высоты Солнца и иных небесных объектов над горизонтом. Целью таких измерений является определение географических координат той точки, в которой, собственно, и производится измерения.
Рисунок 4. Секстант. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Под горизонтом, в основном, понимается горизонт моря. А под точкой измерения понимается судно, с которого и производится операция.
Использование секстанта позволяет узнать широту того места, в котором располагается наблюдатель. Для этого нужно узнать высоту Солнца, а также дату, в которой и производилось измерение.
Также с помощью секстанта можно проводить измерение горизонтального угла, который расположен между направлениями на разные объекты.
Секстант был изобретен независимо друг от друга в 1730 году английским математиком Джоном Хэдли и американским изобретателем Томасом Годфри
Секстант основан на принципе совмещения изображений при использовании двойного отражения одного из них. Такой метод был придуман ещё Исааком Ньютоном в 1699 году, однако, не был опубликован.
Телескопы
Телескоп — это прибор, с помощью которого люди могут проводить визуальные наблюдения отдалённых небесных объектов.
Изобретателем телескопа считается Галилео Галилей который в 1609 году создал телескоп с восьмикратным увеличением, имевшим длину около полуметра. Само, название, «телескоп» было предложено в 1611 году греческим математиком Иоаннисом Димисианосом.
Различают несколько видов телескопов.
Оптический телескоп – телескоп, который собирает и фокусирует электромагнитное излучение оптического диапазона. С помощью оптического телескопа происходит увеличение наблюдаемого объекта, и его становится возможным наблюдать или фотографировать.
Рисунок 5. Оптический телескоп. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Оптические телескопы в основном делятся на следующие типы:
- Линзовые телескопы – в них в качестве объектива используется линза либо система линз.
- Зеркальные телескопы, они же рефлекторы, в них в роли объектива выступает вогнутое зеркало.
- Зеркально-линзовые телескопы – в таких телескопах объективом выступает в основном сферическое главное зеркало.. В качестве компенсации его аберраций используются линзы.
Радиотелескопы. Они применяются при изучении космических объектов в радиодиапазоне.
Рисунок 6. Радиотелескопы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Радиотелескоп состоит из таких основных элементов как принимающая антенна, принимающая аппаратура и радиометр, являющийся чувствительным радиоприемником, который перестраивается по частоте.
Так как радиодиапазон является больше оптического, то для отслеживания и регистрации радиоизлучения специалисты используют радиотелескопы той конструкции, которая подходит для того или иного радиодиапазона.
Для регистрации радиоизлучения в длинноволновой области телескопы составляются из большого числа от десятков до тысяч элементарных приемников, в основном диполей.
Если нужен радиодиапазон коротких волн, то специалистами используется полу- или полноповоротные параболические антенны.
Радиоинтреферометрия — радиотелескопы, расположенные в разных частях земного шара и объединенные в одну сеть.
Рентгеновский телескоп – такой телескоп используется при наблюдении объектов в рентгеновском спектре. Поскольку атмосфера Земли не является прозрачной для рентгеновских лучей, то такие телескопы используют на искусственных спутниках или высотных ракетах.
Гравитационно-волновой телескоп или детектор гравитационных волн используется для поиска и регистрации гравитационных волн.
Детектор гравитационных волн (гравитационно-волновой телескоп) техническое устройство, предназначенное для регистрации гравитационных волн. Такие волны могут образовываться в результате процесса слияния двух черных дыр.
Впервые такие волны были непосредственно обнаружены в 2015 году. Таким образом, было подтверждено одно из утверждений общей теории относительности Альберта Эйнштейна.
Источник
Как выбрать телескоп
Далекие неизведанные миры и яркие звезды, загадочные небесные тела и бесконечная Вселенная… Что может быть интереснее? И разве легко найти более интригующую тему? Звездное небо – зрелище всегда завораживающее, способное увлечь и пытливый детский ум, и пылких юных романтиков, и людей постарше. А потому неудивительно, что почти каждый из нас порой обращает взор ввысь, пусть даже неосознанно пытаясь проникнуть в тайны мироздания. И лучшим помощником в таком исследовании может стать телескоп.
Что мы обычно представляем при упоминании подобного устройства? Как правило, на ум приходит образ эдакой подзорной трубы увеличенного размера, поставленной для устойчивости на специальную треногу. При этом с помощью термина «телескоп» обозначают целый класс разнообразных технических средств, предназначенных для исследования космоса. И многие из них далеки от привычного стереотипа.
В основе конструкции многих телескопов лежат линзы и зеркала различного размера, а также всевозможные варианты их комбинирования. Это так называемые оптические телескопы. Линзы и зеркала необходимы им для сбора света и увеличения изображения таким образом, чтобы его можно было рассмотреть в окуляр. Именно на оптических телескопах, которые можно использовать в домашних условиях или взять с собой за город, мы и остановимся подробнее. Они предназначены для тех, кто увлекается астрономией, и позволяют начать знакомство со звездным небом или оттачивать отдельные навыки изучения небесных объектов, светил и явлений.
ВИДЫ ТЕЛЕСКОПОВ. ИХ ОСОБЕННОСТИ
Оптические телескопы можно разделить на несколько групп:
— линзовые телескопы (рефракторы);
— зеркальные телескопы (рефлекторы);
— зеркально-линзовые телескопы (катадиоптрики).
Рефракторы отличает классическая конструкция. Они больше всего похожи на подзорную трубу. Изображение в таких телескопах строится с помощью двух линз. Рефракторы предпочтительнее использовать для наблюдения ярких небесных объектов (например, Луны, планет Солнечной системы, двойных звезд), а также для дневных земных наблюдений. Заглянуть в глубины космоса с помощью таких телескопов более проблематично, так как они не умеют концентрировать слабое свечение от удаленных небесных объектов. Преимущества рефракторов: качество изображения (благодаря высокой контрастности), простота эксплуатации (нет необходимости в частом техническом обслуживании), терпимость к смене температуры (это важно при использовании устройства как в помещениях, так и на улице). Недостатки: «окрашивание» рассматриваемых объектов (при наблюдении может быть заметно синее или фиолетовое окаймление ярких объектов), высокая цена для моделей с диаметром объектива более 100 мм. Ниже приведен пример изображения в телескоп-рефрактор (явно заметна синяя кайма по кромке объекта).
Рефлекторы строят изображение при помощи вогнутого и диагонального зеркал (в более дорогих моделях используется параболическое зеркало). Производство таких телескопов обходится дешевле, что связано с особенностями конструкции. Именно поэтому за сопоставимую сумму можно приобрести рефлектор с большей апертурой (диаметром объектива), чем у рефракторов. Это влияет на производительность устройства. В частности, рефлекторы с большой апертурой хорошо концентрируют свет, поэтому часто предпочтительнее рефракторов при наблюдении небесных объектов и явлений за пределами Солнечной системы, испускающих слабое свечение. Кроме стоимости к достоинствам таких телескопов можно отнести их компактность, отсутствие дефектов изображения, устойчивость. Особенности конструкции можно считать и относительным недостатком. Телескоп такого типа массивнее рефрактора. В него необходимо смотреть под углом, что может быть непривычно для начинающих астрономов. Еще один недостаток — относительно низкая контрастность изображения. Ниже приведены примеры изображений Туманности Андромеды (слева), Звездного скопления Плеяды (по центру) и Туманности Ориона (справа) в телескоп-рефлектор.
Катадиоптрики сочетают особенности конструкции как рефлекторов, так и рефракторов, а также преимущества и недостатки моделей этих типов. Катадиоптрики, как правило, отличаются относительной компактностью. Еще одно преимущество зеркально-линзовых телескопов — качество изображения (без искажений, свойственных рефлекторам, и «окрашиваний», как у рефракторов). Модели подобного типа не нуждаются в частом техническом обслуживании. Недостатки: низкая контрастность изображения (по сравнению с рефракторами), достаточно высокая стоимость. Ниже приведено изображение Луны в телескоп-катадиоптрик.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Выбор телескопа зависит не только от предполагаемого бюджета покупки, но и от планируемых сценариев наблюдения. При этом важно учитывать не только принадлежность телескопа к одной из групп, но и отдельные технические характеристики каждой модели. При покупке телескопа часто возникают дилеммы. На какие характеристики следует обращать внимание в первую очередь? Учитывать возможности устройства концентрировать свет от далеких небесных объектов или увеличивать эти объекты? Казалось бы, ответ на поверхности: всего и побольше. Впрочем, на практике такое сочетание не всегда возможно, чему преградой в том числе ценовые ограничения.
Рассмотрим основные технические характеристики телескопов подробнее.
Диаметр объектива (апертура) — важнейший параметр, влияющий на возможности телескопа. От него зависят уровень концентрации света устройством, что в свою очередь влияет на способность телескопа показывать тонкие детали объектов, а также минимальное и максимальное полезное увеличение. Кстати, именно на возможности телескопа концентрировать свет мы рекомендуем обращать особое внимание. Логика проста: чтобы рассмотреть кошку в темной комнате, человеку нужен скорее фонарь, чем лупа. Такой подход справедлив и в случае изучения звездного неба. Многие небесные объекты имеют значительные размеры, позволяющие созерцать их без дополнительного увеличения. В этом случае важна именно функция концентрации тусклого света от этих объектов. Именно поэтому телескоп с увеличенной апертурой, хорошо концентрирующей слабый свет, теоретически позволяет детальнее рассмотреть звездное небо, отдельные объекты и явления на нем (в частности тусклые объекты). Именно поэтому справедливо правило, согласно которому при прочих равных характеристиках оправдан вариант покупки телескопа с большей апертурой. При этом важно иметь ввиду, что увеличение главного зеркала или объектива неизбежно влечет увеличение габаритов всего устройства, что одновременно сокращает количество сценариев его использования. Слишком большой телескоп сложнее взять с собой. А ведь именно на природе, вдали от городских огней, открываются дополнительные возможности для изучения звездного неба. Поэтому при покупке любительского или полупрофессионального оптического телескопа оптимальным представляется вариант выбора моделей с апертурой от 70 до 130 мм.
Фокусное расстояние объектива — это расстояние, на котором линзы или зеркало объектива строят изображение изучаемого объекта. От фокусного расстояния объектива зависит максимальное полезное увеличение и светосила объектива. Светосила, в свою очередь, определяет возможности устройства концентрировать свет, позволяет разглядеть в телескоп тусклые небесные объекты. Важно учитывать, что при увеличении фокусного расстояния увеличивается максимальное полезное увеличение, а одновременно падает светосила. Здесь важен баланс характеристик.
Максимальное полезное увеличение. Безусловно, этот параметр играет серьезную роль. Увеличение важно при изучении любых объектов и явлений звездного неба, но первостепенно при условии их достаточной яркости. Например, при изучении планет Солнечной системы можно рассмотреть большее число деталей этих объектов, используя значительное увеличение. Впрочем, ограничивать себя только пределами нашей системы, пожалуй, нелогично. Именно поэтому обращать внимание исключительно на максимальное полезное увеличение неправильно. Важно учитывать, что чрезмерное увеличение еще и накладывает дополнительные ограничения на использование телескопа. В этом случае становится ощутима вибрация трубы при прикосновении к ней, становятся заметны искажения, вызванные турбулентностью атмосферы, и др. Использование телескопа – это всегда умение найти оптимальное увеличение рассматриваемого объекта или явления с целью минимизации искажений.
Тип монтировки телескопа – особенности его установки на поверхности для направления на небесные объекты и явления с целью их изучения. Подобные манипуляции обусловлены вращением Земли и перемещением небесных объектов. То есть при длительном наблюдении за одним и тем же объектом требуется постоянная подстройка с учетом его текущего расположения. Выделяют азимутальные и экваториальные монтировки. Первая позволяет поворачивать телескоп в двух направлениях: по вертикальной и горизонтальной осям (схоже с поворотом камеры на штативе). Особенности конструкции монтировки второго типа подразумевают необходимость поворота телескопа вокруг лишь одной оси, что удобно при наведении телескопа по координатам объекта на звездном небе. Заметим, что вне зависимости от типа монтировки крайне важны ее вес, прочность и надежность. Неустойчивый телескоп, вибрирующий от малейшего прикосновения или дуновения, бесполезен. Кстати, существуют и так называемые моторизованные монтировки, позволяющие автоматически осуществлять подстройку устройства.
Другие параметры телескопов, по сути, являются производными от указанных выше. К ним относятся, например:
— диаметр и максимальное увеличение окуляров;
— относительное отверстие (показывает светосилу объектива);
— предельная звездная величина (характеризует оптическую мощь телескопа, его возможности показать звезду определенной величины в случае оптимальных условий наблюдения) и др.
КРИТЕРИИ ВЫБОРА
Подведем итоги. При покупке оптического телескопа важно определиться не только с бюджетом покупки, но и с целью приобретения. При этом нужно учитывать, что грамотно выбранный телескоп способен прослужить долгие годы. Этот вид устройств, по сути, не устаревает. Даже несмотря на то, что технологии не стоят на месте, и современные исследователи звездного неба могут использовать телескопы с такими дополнительными функциями, как моторизованная монтировка или аудиосопровождение (что, безусловно позволяет наблюдать небесные объекты и явления подчас с большим интересом), с не меньшим успехом долгие годы можно пользоваться и моделями без дополнительных «наворотов». Хороший телескоп часто покупается один раз и на всю жизнь. Именно поэтому к его покупке нужно подойти с должной серьезностью, не ограничивать выбор минимальным бюджетом. Вместе с тем, справедлив и другой подход: составить корректное мнение о возможностях телескопа и сделать оптимальный выбор часто можно ли самостоятельно опробовав возможности данных устройств. И именно поэтому не всегда целесообразна покупка сразу дорогой модели.
Такой выбор позволит без чрезмерной переплаты увлечь ребенка темой изучения звездного неба, а взрослому любителю астрономии определиться с требуемым функционалом телескопа.
Желающим заглянуть в глубины космоса и не ограничивающим себя лишь пределами Солнечной системы подойдут модели среднего ценового диапазона (от 10 до 20 тыс. руб.), использующие оптическую схему типа «рефлектор» с диаметром апертуры 110-120 мм и азимутальной или экваториальной монтировкой. Такой телескоп сможет стать надежным другом для астронома-любителя во многих ситуациях, связанных с его хобби, и позволит развить навыки изучения звездного неба.
Наконец, исследователи космоса, желающие получить устройство с дополнительными возможностями, могут рассмотреть варианты покупки телескопа-катадиоптрика (в значительной степени подходит любителям выезжать за город или даже путешествовать с телескопом),
а также телескопов рефракторного и рефлекторного типа с диаметром апертуры 90-130 мм (в том числе с моторизованной монтировкой) в верхнем ценовом диапазоне (более 20 тыс. руб.).
Источник