คุณสมบัติของกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสง

เป็นเรื่องปกติที่จะเรียกแผ่นสะท้อนแสง อุปกรณ์ใด ๆ ที่มีหน้าที่หลักในการสะท้อน... ดังนั้นกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงจึงถูกสร้างขึ้นโดยใช้ปรากฏการณ์ทางแสงนี้ แทนที่จะเป็นเลนส์ กระจกเว้าจะอยู่ในวัตถุประสงค์ของอุปกรณ์ ซึ่งสะท้อนแสงและนำลำแสงไปที่เลนส์ใกล้ตาเพื่อดูหรือถ่ายภาพ ลองพิจารณาลักษณะเด่นที่สำคัญของกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสง

กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงแตกต่างจากกล้องโทรทรรศน์การหักเหแสงประเภทอื่นตรงที่มีการติดตั้งกระจกเว้าที่ทำจากโลหะหรือแก้วแทนระบบเลนส์ อุปกรณ์ดังกล่าวมักเรียกกันว่า "กล้องส่องทางไกล"

มันค่อนข้างง่ายที่จะแยกแยะกล้องโทรทรรศน์สะท้อนกลับจากกล้องโทรทรรศน์วัสดุทนไฟ แม้จะไม่มีประสบการณ์ในด้านดาราศาสตร์ โครงร่างที่สองนั้นค่อนข้างง่าย นี่คือท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางซึ่งขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของเลนส์ใกล้วัตถุที่อยู่ปลายสุดที่หันไปทางวัตถุที่สังเกตพบ ที่ปลายอีกด้านของท่อจะมีช่องมองภาพ - เลนส์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าซึ่งทำการสังเกต ความยาวของท่อของอุปกรณ์ดังกล่าวพิจารณาจากความยาวโฟกัสของเลนส์และความแข็งแรงของวัสดุที่สามารถผลิตได้

กล้องโทรทรรศน์ที่มีกระจกเว้ามีลักษณะแตกต่างกัน เนื่องจากมีหลักการทำงานและโครงสร้างแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ปลายท่อที่หันไปทางท้องฟ้าโดยทั่วไปอุปกรณ์ดังกล่าวอาจไม่มีอะไรเนื่องจากกระจกได้รับการแก้ไขที่ปลายอีกด้านหนึ่งแต่แว่นสายตามักจะอยู่ด้านข้างที่ด้านบนของท่อ เส้นทางของรังสีซึ่งแตกต่างจากการหักเหของแสงคือระดับหนึ่งหรืออีกระดับหนึ่งถูกปิดกั้นโดยปริซึมหรือกระจกแบนที่ตั้งอยู่ตามแกนกลางของหลอดซึ่งแสงจะถูกรวบรวมเพื่อสะท้อนเข้าสู่เลนส์ใกล้ตา โครงสร้างของแผ่นสะท้อนแสงไม่จำเป็นต้องใช้ท่อบังคับ ดังนั้นจึงไร้ข้อจำกัดที่เกิดขึ้นในวัสดุหักเหของแสง... กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ที่ทันสมัยทั้งหมด รวมทั้งกล้องโทรทรรศน์อวกาศ จัดเรียงตามรูปแบบต่อไปนี้: ท่อในนั้นถูกแทนที่ด้วยโครงสร้างตาข่ายน้ำหนักเบาซึ่งมีจุดประสงค์เพื่อเก็บองค์ประกอบทั้งหมดของระบบออปติคัล

นักดาราศาสตร์สมัครเล่นประสบความสำเร็จในการใช้กล้องโทรทรรศน์ทั้งสองแบบ และทั้งคู่ก็มีข้อดีและข้อเสีย ซึ่งเกิดกรณีหนึ่งจากการหักเหของฟลักซ์แสงที่ผ่านเลนส์ในอีกกรณีหนึ่ง - จากการสะท้อนจากพื้นผิวซึ่งอาจมีความต่างกัน ความโค้ง สำหรับการสังเกตที่เกี่ยวข้องกับการเดินทางและการเคลื่อนไหวของอุปกรณ์ ควรใช้การหักเหของแสง การออกแบบจะแข็งแรงขึ้น การขนส่งของตัวสะท้อนแสงเป็นสิ่งที่ไม่พึงปรารถนา เนื่องจากอาจทำให้เกิดการเคลื่อนตัวขององค์ประกอบโครงสร้างที่สัมพันธ์กับเส้นกึ่งกลาง หลังจากนั้นจะต้องปรับตำแหน่งโดยใช้สกรู - การจัดตำแหน่ง กล้องโทรทรรศน์ดังกล่าวสามารถวางไว้ในหอดูดาวสมัครเล่นได้

การใช้กระจกเว้าเป็นเลนส์เป็นผลจากการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่มุ่งลดความผิดเพี้ยนที่เกิดจากเลนส์ (ความคลาดเคลื่อนสีและความคลาดเคลื่อนทรงกลม) การวิจัยในทิศทางนี้ดำเนินการในหลายประเทศในยุโรปนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษประสบความสำเร็จเป็นพิเศษ ในปี ค.ศ. 1663 เจมส์ เกรกอรีเป็นคนแรกที่เสนอให้ใช้กระจกเว้าสะท้อนแสงแทนเลนส์หักเหแสง (เห็นได้ชัดว่าเขาคิดค้นกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงตัวแรก) ในปี 1673 โรเบิร์ต ฮุกผู้โด่งดังได้รวบรวมระบบที่อธิบายไว้ของอุปกรณ์ออปติคัล

อย่างไรก็ตาม Isaac Newton ผู้ยิ่งใหญ่ได้สร้างกล้องโทรทรรศน์ที่ใช้งานได้กับเลนส์กระจกขึ้นเป็นครั้งแรกในปี 1668

เส้นทางของรีเฟลกเตอร์ไม่ใช่เรื่องง่าย อุปกรณ์เลนส์ ซึ่งได้รับการปรับปรุงพร้อมๆ กัน ทำให้ได้ภาพที่คมชัดและสว่างขึ้น นักวิทยาศาสตร์ของทวีปยุโรป (เยอรมัน ฝรั่งเศส อิตาลี) มีส่วนสำคัญในการพัฒนาของพวกเขา ดูเหมือนว่าตัวสะท้อนแสงจะยังคงอยู่ในระดับอุปกรณ์ทดลอง

การค้นหามุ่งไปสู่การปรับปรุงการเคลือบและการผลิตกระจกเงา ต่อจากนั้น เพื่อลดการบิดเบือน นวัตกรรมต่างๆ ถูกนำมาใช้ซ้ำแล้วซ้ำเล่าในระบบที่เสนอโดยนิวตัน ซึ่งทำให้กล้องดูดาวแบบรีเฟลกเตอร์มีรูปแบบที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน รวมถึงรุ่นไฮบริด เมื่อใช้เลนส์และกระจกในผลิตภัณฑ์เดียว การเกิดขึ้นของวัสดุและเทคโนโลยีใหม่ทำให้สามารถสร้างระบบที่สมบูรณ์แบบมากขึ้นเรื่อยๆ และไม่จำเป็นต้องใช้ท่อขนาดใหญ่ในการออกแบบกล้องโทรทรรศน์ทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของกล้องได้ทวีคูณ

รีเฟลกเตอร์ทั้งหมดมีสิ่งหนึ่งที่เหมือนกัน - การใช้กระจกเว้าเป็นเลนส์... แต่รังสีที่สะสมโดยกระจกต่อไปนั้นถูกเสนอให้พุ่งเข้าไปในเลนส์ใกล้ตาด้วยวิธีต่างๆ

ระบบสะท้อนแสงที่พัฒนาโดย Isaac Newton ถือว่าคลาสสิก กระจกหลักไม่มีรูและค่อนข้างง่ายในการผลิต กระจกแบนที่อยู่ใกล้จุดโฟกัสจะสะท้อนแสงฟลักซ์ในแนวตั้งฉากกับเส้นกึ่งกลาง ช่องมองภาพตั้งอยู่ด้านข้าง

โครงร่างของกล้องโทรทรรศน์ของนิวตันเป็นแบบที่ง่ายที่สุดในการดำเนินการ และใช้กันอย่างแพร่หลายในหมู่นักดาราศาสตร์สมัครเล่นที่สร้างอุปกรณ์สังเกตการณ์ของตนเอง และบริษัทที่ผลิตอุปกรณ์สำหรับนักดาราศาสตร์สมัครเล่นก็ผลิตอุปกรณ์ดังกล่าวในปริมาณมาก

โครงร่างของกล้องโทรทรรศน์กระจกที่เสนอในปี 1663 ประสบความสำเร็จอย่างมากตั้งแต่ ให้ภาพโดยตรงและสามารถใช้ได้ไม่เฉพาะสำหรับการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์เท่านั้น แต่ยังใช้ได้ในสภาพพื้นดินด้วย รูถูกสร้างขึ้นตรงกลางกระจกเว้า แสงที่สะท้อนจากมันจะถูกส่องเข้าไปในรูในเสี้ยววินาที เช่นเดียวกับกระจกเว้า เลนส์ใกล้ตาถูกวางไว้ตามแนวกึ่งกลางของกล้องโทรทรรศน์ เช่น ตัวหักเหแสงหรือกล้องโทรทรรศน์ปกติ

รูปแบบที่พัฒนาและดำเนินการโดย Laurent Cassegrain ในทศวรรษที่ 1770 คล้ายกับโครงการของ Gregory กระจกเว้ายังมีรูตรงกลาง อุปกรณ์ต่างกันในรูปทรงของกระจกเงาที่สอง - ในระบบที่พิจารณาว่าเป็นกระจกนูน กล้องโทรทรรศน์ที่สร้างขึ้นตามโครงการนี้ ซึ่งมีลักษณะคล้ายคลึงกับอุปกรณ์ของ Gregory จะสั้นกว่ามาก ระบบ Cassegrain ซึ่งได้รับการปรับปรุงโดยนักดาราศาสตร์โซเวียต Dmitry Maksutov ถูกใช้ทั่วโลกเพื่อสร้างแผ่นสะท้อนแสงสำหรับมือสมัครเล่น

การดัดแปลงกล้องโทรทรรศน์ Cassegrain อีกอย่างหนึ่งคือระบบ Ritchie-Chretien ที่พัฒนาขึ้นในปี ค.ศ. 1920 ต้องขอบคุณกระจกรูปแบบต่างๆ ที่ช่วยให้ได้มุมมองที่กว้างขึ้น ซึ่งสะดวกต่อการสังเกตวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ (ดาวเคราะห์น้อย ดาวหาง ดาวเคราะห์) และในระบบนี้ก็เป็นไปได้ที่จะลดการบิดเบือนบางส่วน

มีความพยายามหลายครั้งที่จะใช้กระจกเว้าโดยไม่มีตัวสะท้อนแสงที่ปิดกั้นฟลักซ์การส่องสว่าง ในช่วงต้นทศวรรษ 70 ของศตวรรษที่ 17 William Herschel ได้ออกแบบกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงซึ่งเลนส์ใกล้ตาไม่ได้บดบังกระจกหลักในทางใดทางหนึ่ง สิ่งนี้ทำให้สามารถเพิ่มพลังของอุปกรณ์ได้อย่างมาก แต่ก่อให้เกิดการบิดเบือนที่รุนแรงในรูปแบบของอาการโคม่า ในยุค 1760 การออกแบบที่คล้ายกันได้รับการพัฒนาและดำเนินการโดย M.V. Lomonosov ในปัจจุบัน อุปกรณ์ที่มีโครงร่างแสงดังกล่าวถูกใช้สำหรับการสังเกตพิเศษซึ่งไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลายในดาราศาสตร์สมัครเล่นเนื่องจากความซับซ้อนของอุปกรณ์และการปรับแต่ง

ระบบ Dietrich Korsch ได้รับการพัฒนาในปี 1970 มันโดดเด่นด้วยการมีอยู่ไม่ใช่สอง แต่มีสามกระจกซึ่งช่วยให้คุณแก้ไขการบิดเบือนส่วนใหญ่

อุปกรณ์ของระบบนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการผลิตอุปกรณ์เกี่ยวกับสายตาต่างๆ ตั้งแต่กล้องส่องทางไกลและกล้องส่องทางไกลไปจนถึงกล้องโทรทรรศน์มือสมัครเล่น ข้อได้เปรียบหลักของพวกเขาคือการลดความยาวของอุปกรณ์ลงอย่างมากในขณะที่รักษาความยาวโฟกัสไว้ กระจกอยู่ในตำแหน่งที่ทำมุมกับแกนแสงโดยไม่บังกัน

ระบบ Cassegrain ซึ่งพัฒนาขึ้นเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 โดย Bernhard Schmidt เริ่มแพร่หลาย นี่เป็นรูปแบบไฮบริดซึ่งนอกจากกระจกเว้าแล้วยังใช้วัตถุประสงค์ของเลนส์อีกด้วย

ในศตวรรษที่ 20 กล้องโทรทรรศน์แบบรีเฟลกเตอร์ได้ขจัดการหักเหของแสงออกจากหอสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ที่สำคัญทั้งหมด นอกจากการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตแล้ว เส้นผ่านศูนย์กลางของกระจกที่ติดตั้งในกล้องโทรทรรศน์ก็เริ่มเพิ่มขึ้นด้วย

ในปี 1917 กระจกสะท้อนแสงที่ใหญ่ที่สุดในโลกได้กลายเป็นหอดูดาวในสหรัฐอเมริกา (รัฐวอชิงตัน) กระจกของมันมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 100 นิ้ว (2.5 เมตร) หลังสงครามโลกครั้งที่สอง มีการผลิตอุปกรณ์ที่มีกระจกสูง 5 เมตร ติดตั้งในแคลิฟอร์เนียด้วย

กล้องโทรทรรศน์แอซิมัทที่ใหญ่ที่สุดในโลกเก่ายังคงเป็นกล้องโทรทรรศน์อาซิมุทขนาดใหญ่ ซึ่งสร้างขึ้นในสหภาพโซเวียตในช่วงกลางทศวรรษที่ 70 ของศตวรรษที่ผ่านมา ซึ่งติดตั้งในสาธารณรัฐคาราเชย์-เชอร์เคสที่หอดูดาวบนที่สูง

กล้องโทรทรรศน์สมัยใหม่ที่ใหญ่ที่สุดในโลกพร้อมกระจกทึบติดตั้งอยู่ในรัฐแอริโซนา ประเทศสหรัฐอเมริกา นี่คือกล้องโทรทรรศน์สองตาขนาดใหญ่ มีกระจกเงาเหมือนกันสองบานที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 8.4 เมตร อุปกรณ์ถูกสร้างขึ้นในปี 2548

อุปกรณ์ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในปัจจุบัน ได้แก่ กล้องส่องทางไกลแบบสำเร็จรูป ได้แก่ กล้องส่องทางไกลขนาดใหญ่ กล้องโทรทรรศน์แอฟริกาใต้ขนาดใหญ่ และกล้องโทรทรรศน์ Hobby-Eberley (สหรัฐอเมริกา)

การใช้กล้องโทรทรรศน์กระจกนั้นไม่ใช่เรื่องยาก อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ดังกล่าวต้องการการจัดการอย่างระมัดระวัง ซึ่งแตกต่างจากการหักเหของแสง เนื่องจากหลอดรีเฟลกเตอร์เปิดอยู่เสมอ ฝุ่นจึงเข้าไปได้ โดยการตกตะกอนบนพื้นผิวของกระจก มันลดการสะท้อนแสงอย่างเห็นได้ชัดมาก

การเคลื่อนตัวสะท้อนแสงก็เป็นปัญหาเช่นกัน เนื่องจากองค์ประกอบโครงสร้างมักจะเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของการสั่นสะเทือน ปกติแล้วการปรับด้วยกล้องโทรทรรศน์กระจกจะจบลงด้วยการปรับที่ลำบาก (การจัดตำแหน่ง) กล้องโทรทรรศน์สามารถปรับได้โดยใช้สกรูปรับ ซึ่งการหมุนของกระจกจะทำให้กระจกเคลื่อน เป็นไปไม่ได้ที่จะทำสิ่งนี้อย่างรวดเร็วหากไม่มีประสบการณ์ที่เหมาะสม