МОУ Озёрская СОШ
Реферат
«История создания телескопа»
Исполнитель: Плохотнюк Алёна,
учащаяся 10 класс
Учитель-консультант: Фомичёва Е. В.
2009 -2010 уч. Год
Содержание:
1. Введение……………………………………………………………..3стр.
2. История первых телескопов:
2.1. Открытие детей мастера Липперсгея………………………3-4стр.
2.2. «Телескопическая лихорадка»………………………………..4стр.
2.3. Телескопы братьев Гюйгенс………………………………….5стр.
2.4. Телескопы Галилея…………………………………………5-6стр.
3. Назначение телескопов…………………………………………..6-7стр.
4. Виды телескопов:
4.1. Телескоп-рефрактор………………………………………….7стр.
4.2. Телескоп-рефлектор………………………………………….7стр.
4.3. Менисковый телескоп. ………...…………………………….7стр.
5. Возможности современных телескопов:
5.1. Телескоп без глаза…………………………………………....8стр.
5.2. Радиотелескопы……………………………………………8-9стр.
5.3. Инфракрасные телескопы……………………………………9стр.
5.4. Ультрафиолетовые телескопы…………………………….....9стр.
5.5. Рентгеновский телескоп………………………………………9стр.
5.6. Гамма-телескопы…………………………………………….10стр.
6. Примеры телескопов…………………………………………..10-11стр.
7. Космический телескоп………………………………………...11-12стр.
8. Заключение……………………………………………………..…12стр.
9. Приложение……………………………………………………13-14стр.
10. Список используемой литературы……………………………..15стр.
“Унося наши чувства далеко за границы воображения
наших предков, эти замечательные инструменты,
телескопы, открывают путь к более глубокому
и более прекрасному пониманию природы” Рене Декарт, 1637г.
1. Введение
Небо существует только для человека и только в его мыслях. Ведь небо есть не что иное, как картина космоса, наблюдаемая человеком с его крохотного обиталища – Земли. Представления людей о звёздном мире меняются из года в год. О космосе невозможно сказать, что он уже познан, ведь в нем столько тайн, столько самых невероятных событий…
Иногда, глядя в небо, я задумывалась над тем, как же могли еще в старину, глядя на, казалось бы, не подвижное, почти не меняющееся небо, делать открытия, находить новые планеты, определять траектории движения планет, одним словом, «разгадывать» тайны Вселенной. Ведь далеко не все можно увидеть невооруженным глазом. Заинтересовавшись этой проблемой, я выяснила, что первым астрономическим прибором был телескоп. За прошедшие века он совершенствовался и изменялся. Какой восторг вызвал у обывателей и учёных мужей первый телескоп! Какие невероятные открытия за этим последовали! Но с годами телескоп не утратил своей значимости. Именно поэтому мне захотелось узнать, каким же был первый телескоп, кто был его первооткрывателем и какими возможностями обладает современный телескоп? И вот какие «открытия» я для себя сделала…
2. История первых телескопов:
2.1. Открытие детей мастера Липперсгея
В самом начале XVII столетия жил в голландском городе Миддельбурге оптик Липперсгей. (Приложение №1) Обыкновенный ремесленник, мастер по изготовлению очковых стекол. Однажды сынишка Липперсгея сидел дома. Чтобы развлечься, мальчуган вытащил на подоконник целый ворох отшлифованных испорченных очковых стекол и стал складывать их, заглядывая поочередно в получившиеся сочетания. Он рассматривал мух. Зажимая линзы в кулаках, подносил их к глазам. Потом он взял в каждую руку по стеклу и приставил оба кулака к одному глазу одновременно,… Что тут произошло! Мальчик закричал, бросил стекла, закрыл глаза руками и убежал в глубину комнаты. Ему показалось, что башня ратуши, на которую он посмотрел через две линзы, шагнула ему на встречу. Это было похоже на колдовство.
Прошло несколько дней – Липперсгей явился магистрат. В руках у мастера была свинцовая трубка со вставленными в неё линзами. Этот удивительный снаряд позволял созерцать отдаленные предметы так, как если бы они находились совсем рядом. Липперсгей предложил продать городским властям «свое изобретение». Миддельбургские купцы охотно глядели в трубку, размахивали широкими рукавами, но признать автором изобретения Липперсгея отказывались. Липперсгей много раз пытался запатентовать и продать трубку то голландским Генеральным штатам, то принцу Морицу Оранскому. Однако патента так и не получил. Скоро в соседних городах объявились и другие оптики, претендующие на честь изобретения зрительной трубки. Слухи о голландском изобретении покатилось по всей Европе, обрастая невероятными подробностями и искажениями.
2.2. «Телескопическая лихорадка»
В середине XVII века «телескопическая лихорадка» захватила всех. В городах линзы шлифовали в домах ремесленников и купцов, дворян и вельмож. Изготовление телескопов стало модным. А наблюдение неба – просто необходимым занятием каждого более или менее образованного человека. Теперь люди могли не просто следить за перемещением по небу блуждающих звезд, но и рассматривать подробности строения Луны, наблюдать планеты вместе со спутниками. Правда, первое время такие исследования требовали от наблюдателя массы усилий. Плохое качество шлифованных линз давало вместо светящейся точки мутное расплывчатое пятно, окруженное вдобавок цветным ореолом. (Приложения №2-7)
2.3. Телескопы братьев Гюйгенс
Главной задачей стало получение телескопов с большим увеличением. В середине XVII столетия шлифовкой линз и устройством телескопов увлекся сын богатого голландца Христиан Гюйгенс. Будучи совсем молодым человеком, он теоретически нашел наилучшую форму линз. Получалось, что для уменьшения искажений кривизна поверхности одной линзы должна быть в шесть раз меньше, чем у другой. Но вот беда: оптика в то время ещё не научились шлифовать линзы с заданной кривизной.
Выход оставался один: собирать телескопы из большого количества слабых, но дающих хорошее изображение линз. Так появились первые длинные телескопы.
Первый инструмент, который построил Христиан Гюйгенс вместе с братом, имел 12 футов в длину. Это примерно три с половиной метра. А отверстие его было всего 57 миллиметров. То есть в шестьдесят раз меньше длины.
Гюйгенс с его помощью открывает спутник Сатурна. Кроме того, он смутно видит у планеты те же странные выступы по бокам. Чтобы разглядеть загадочные образования у Сатурна, братья Гюйгенсы берутся за постройку еще более длиннофокусного телескопа. Его размеры должны быть 23 фута. Такую длинную трубу уже трудно подвешивать к столбам, ещё труднее её поворачивать и наводить. На Гюйгенс не сдаётся и в конце концов открывает кольцо Сатурна. Скоро, чтобы облегчить конструкцию телескопа, вместо труб стали делать легкие рамы из деревянных планок. На рамках укрепляли объектив и окуляр, а в промежутке ставили диафрагмы.
Длина телескопа продолжается расти. Она достигла сначала 20, потом 30, даже 40 и более метров. Пришлось отказаться от рам. Объектив в небольшой оправе укрепляли на крыше здания или на специальной вышке. Наблюдатель же, с окуляром в руках, старался расположиться так, чтобы желаемое светило оказалось в створе с объективом и окуляром.
2.4. Телескопы Галилея.
В 1609, узнав об изобретении голландскими оптиками зрительной трубы, Галилей (Приложение №8) самостоятельно изготовил телескоп с плосковыпуклым объективом и плосковогнутым окуляром, который давал трехкратное увеличение. Через некоторое время им были изготовлены телескопы с 8- и 30-кратным увеличением.(приложение №4) В 1609, начав наблюдения с помощью телескопа, Галилей обнаружил на Луне темные пятна, названные им морями, горы и горные цепи. 7 января 1610 открыл четыре спутника планеты Юпитер, установил, что Млечный Путь является скоплением звезд.
После того как утихли первые восторги по поводу новых возможностей, открытых телескопами, наблюдатели всерьёз задумались над качеством изображения. Все открытия, «лежавшие на поверхности», были уже сделаны, и люди видели, люди понимали, что для дальнейшего проникновения в тайны неба Земли нужно улучшать инструменты.
Первым приемником изображений в телескопе, изобретенным Галилеем в 1609 году, был глаз наблюдателя. С тех пор не только увеличились размеры телескопов, но и принципиально изменились приемники изображения. В начале ХХ века в астрономии стали употребляться фотопластинки, чувствительные в различных областях спектра. Затем были изобретены фотоэлектронные умножители (ФЭУ), электронно-оптические преобразователи (ЭОП). (Приложения №9-10) 3. Назначение телескопов
Какими бы ни были конструкции телескопов, у них есть общие черты. Назначение всех телескопов заключатся в увеличении угла зрения, под которым видны небесные тела. Телескоп собирает во много раз больше света, приходящего от небесного светила, чем глаз человека. Благодаря этому в телескоп можно рассматривать не видимые невооруженным глазом детали поверхности ближайших в Земле небесных тел и увидеть множество слабых звезд.
Основная задача телескопа, как и любого оптического прибора, максимально четко и детально передать наблюдателю то, что он хочет увидеть. Само слово телескоп, имеет греческое происхождение, что в дословном переводе означает "далеко видеть".
Эволюция параметров оптических телескопов:
| Год изготовления |
Диаметр D, мм |
Угловое разрешение δ" |
Приемник излучения |
| 1610 |
50 |
15 |
Глаз |
| 1800 |
1200 |
4 |
Глаз |
| 1920 |
2500 |
1,5 |
Фотопластинка |
| 1960 |
5000 |
1,0 |
Фотопластинка |
| 1980 |
6000 |
1,0 |
ПЗС
>
|
| 2000 |
10000 |
0,02 |
ПЗС |
4. Виды телескопов:
Существует несколько типов оптических телескопов: телескоп-рефрактор, телескоп-рефлектор, менисковые телескопы.
4.1. Телескоп-рефрактор
Рефракция - это преломление лучей света. Самая простая схема телескопа-рефрактора, представляет собой 2 линзы, одна - объектив, вторая - окуляр. Принцип работы телескопа, основан на преломлении лучей света и сведении их в одной точке, которая называется фокусом (F). В этой точке строится изображение объекта, который можно рассмотреть потом с помощью окуляра.
4.2. Телескоп-рефлектор
Рефлекс - это отражение. В основе данного типа телескопа, лежит способность лучей отражаться от поверхности объектива (вогнутого зеркала в виде сферы или параболоида) и фокусироваться, на определенном расстоянии. (Приложение №11)
4.3. Менисковый телескоп
Менисковые (зеркально-линзовые) телескопы, благодаря своей простоте, получили большее распространение, чем рефракторные системы, так как они представляют собой гибрид двух предыдущих систем (для того чтобы управлять ходом лучей в них используются и линзы, и зеркала). Практически все крупные обсерватории используют именно эту технологию.
5. Возможности современных телескопов:
Прошли десятилетия. Конструкции телескопов претерпевали большие изменения. Росла их сложность, но в тоже время возрастали и их возможности. Что же можно сказать о современных телескопах? Какими возможностями они обладают?
5.1. Телескоп без глаза
Одной из самых ненадежных деталей телескопа всегда был глаз наблюдателя. Поэтому, как только стало возможным, астрономы стали заменять глаз приборами. Если подсоединить вместо окуляра фотоаппарат, то изображение, получаемое объективом можно запечатлеть на фотопластине или фотопленке. Фотопластина способна накапливать световое излучение, и в этом ее неоспоримое и важное преимущество перед человеческим глазом. Фотографии с большой выдержкой способны отобразить несравненно больше, чем под силу рассмотреть человеку в тот же самый телескоп. Ну и конечно, фотография останется как документ, к которому неоднократно можно будет в последствии обратиться.
5.2. Радиотелескопы
В качестве объектива радиотелескопа чаще всего выступает металлическая чаша параболоидной формы. Собранный ею сигнал принимается антенной, находящейся в фокусе объектива. Антенна связана с ЭВМ, которая обычно и обрабатывает всю информацию, строя изображения в условных цветах. Радиотелескоп, как и радиоприемник, способен одновременно принимать только какую-то длину волны. Чтобы собрать приемлемое количество информации о светилах в радиолучах, астрономы строят огромные по размерам телескопы. Сотни метров – вот тот не столь уже удивительный рубеж для диаметров объективов, который достигнут современной наукой. Кроме сбора излучаемой небесными телами энергии, радиотелескопам доступно «подсвечивание» поверхности тел Солнечной системы радиолучами. Сигнал, посланный, скажем с Земли на Луну, отразится от поверхности нашего спутника и будет принят тем же телескопом, что и посылал сигнал. Этот метод исследований называется радиолокацией. Самый грандиозный пример таких исследований – полное картографирование поверхности Венеры, проведенное АМС «Магеллан» на стыке 80-х и 90-х годов. Теперь мы знаем о рельефе Венеры лучше, чем о рельефе Земли (!), ведь на Земле покрывало океанов мешает проводить изучение большей части твердой поверхности нашей планеты. (Приложение №12)
5.3. Инфракрасные телескопы
Инфракрасные волны – это тепло. Такие телескопы не обладают способностью оптических воспринимать сразу все длины волн диапазона. Устройство, обычно, делается чувствительным к некоторым узким участкам спектра. В этом инфракрасные телескопы похожи на радиотелескопы, принимающие сигнал только на одной длине волны. Похоже и построение изображения объекта в невидимых глазу лучах в условных цветах. Часто на инфракрасных фотографиях используют оттенки красного цвета для характеристики интенсивности излучения той или иной части изображения. Во многом, конструкция самих инфракрасных телескопов схожа с конструкцией оптических зеркальных телескопов. Большая часть тепловых лучей поддается отражению обычным телескопическим объективом и фокусированию в одной точке, где и размещается прибор, измеряющий тепло.
5.4. Ультрафиолетовые телескопы
Фотографическая пленка, особенно если она специально для этого сделана, способна засвечиваться и ультрафиолетовыми лучами. Поэтому принципиальной проблемы в фотографировании ультрафиолетовых изображений не стоит. Кроме того, в значительной части ультрафиолетового диапазона удается принимать системы с зеркальным объективом и регистрирующим устройством. Ультрафиолетовые телескопы схожи по своей конструкции с инфракрасными или оптическими. Применение фильтров позволяет выделять излучение определенных участков диапазона.
5.5. Рентгеновский телескоп
Фотоны с высокими энергиями, к которым относятся и фотоны рентгеновских волн, уже пробивают всевозможные системы зеркальных объективов. Регистрация таких волн по силам счетчикам элементарных частиц, таким, как счетчик Гейгера. Попадающая в такое устройство частица вызывает кратковременный импульс тока, который и регистрируется.
5.6. Гамма-телескопы
Гамма-фотоны еще более энергичны, чем фотоны рентгеновского излучения. Их тоже регистрируют специальные устройства-счетчики, только иной конструкции. Увы, разрешение гамма-телескопов не превосходит двух-трех градусов. Гамма-телескопы сегодня регистрируют само наличие и примерное направление на так называемые гамма-вспышки – мощные всплески гамма-излучения, причин которых еще не нашли. Более или менее точно указать место вспышки позволяет одновременное наблюдение вспышки двумя-тремя гамма-телескопами. Совместное использование гамма-телескопов и телескопов, принимающих другие типы излучения, в последние годы помогло отождествлять некоторые гамма-вспышки с тем или иным видимым объектом.
6. Примеры телескопов
Приведу несколько примеров современных телескопов и обсерваторий.
На Паломарской обсерватории
при помощи зеркально-линзового телескопа системы Шмидта был проведен обзор, состоящий из тысячи карт, запечатлевших в двух цветах объекты неба до 21-й звездной величины. Пятиметровый телескоп Паломарской обсерватории является самым старым из крупнейших телескопов мира. (Приложение №13) На 10-метровом зеркале телескопа «Кек-1»
на Гавайских островах при помощи сегментирования получено разрешение 0,02". Там же на высоте 4150 м над уровнем моря расположен телескоп «Кек-2».
(Приложение №14) Телескоп VLT
(Very Large Telescope) (приложение № ), который находится на севере Чили на вершине горы Паранал в пустыне Атакама на высоте 2635м над уровнем моря, состоит из четырех идентичных телескопов, размеры каждого из которых 8,2м. Все четыре телескопа смогут работать в режиме интерферометра со сверхдлинной базой и получать изображения, как на телескопе с 200–метровым зеркалом. В настоящее время производится отладка всей системы в гигантский оптический интерферометр. (Приложение №15)
7. Космический телескоп
Особое значение в наш космический век придается орбитальным обсерваториям. Наиболее известная из них – космический телескоп им. Хаббла
– запущен в апреле 1990 года и имеет диаметр 2,4м. После установки в 1993 году корректирующего блока телескоп регистрирует объекты вплоть до 30-й звездной величины, а его угловое увеличение – лучше 0,1" (под таким углом видна горошина с расстояния в несколько десятков километров). С помощью телескопа удалось получить снимки далеких объектов Солнечной системы, наблюдать падение кометы Шумейкеров – Леви на Юпитер и извержение Ио, изучить цефеиды и квазары, получить снимки предельно слабых галактик. Исследования с орбиты проводятся не только в оптическом, но и во всех других диапазонах электромагнитного излучения. Астрономические данные, полученных на различных современных телескопах, накапливаются на специальных компьютерах. Обычно результаты наблюдений в течение года считаются собственностью получившего их ученого. Затем данные переходят в общее пользование. В настоящее время создаются виртуальные обсерватории, в которых будут доступны данные наблюдений с обсерваторий VLT, Космического телескопа им. Хаббла и других.
Находясь над поверхностью Земли на расстоянии свыше 600км, космический телескоп имени Хаббла внёс неоценимый вклад в астрономию. Благодаря ему мы многое поняли о процессе рождения и смерти звезд, эволюции галактик, возникновении и развитии Вселенной, благодаря ему, черные дыры из разряда теоретических гипотез перешли в разряд реальных объектов. Этот телескоп – наш глаз, которым мы рассматриваем Вселенную. Когда телескоп направлен на какой-нибудь звёздный объект, его бортовые компьютеры преобразуют показания приборов в длинные ряды чисел, которые передаются на Землю через спутники связи. Затем эти данные преобразуются в текстовую и видеоинформацию, над которой и работают учёные. На телескопе есть спектрографы и камеры, работающие в области УФ-, видимого и ИК-областей спектра.
Своё имя телескоп получил в честь астронома Эдвина П. Хаббла. После того, как в 1929 году он обнаружил, что все галактики удаляются от Земли, Хаббл выдвинул гипотезу расширения вселенной. Это было самое впечатляющее наблюдение в астрономии XX в., вызвавшее появление теории Большого Взрыва, которая объясняет, как возникла и эволюционирует наша Вселенная.
Приведу некоторые параметры данного телескопа.
Длина телескопа……..13,3 м
Диаметр……………..…4,2 м
Масса…………….....11 100 м
Высота орбиты………612 км
Конструкция телескопа позволяет астронавтам легко снимать с него приборы и другие элементы во время сеансов орбитального техобслуживания и заменять их более совершенными. Гарантия безотказной работы приборов – 20 лет. (Приложение №16)
8. Заключение
Я думаю, что совершенствование телескопов будет продолжаться и в дальнейшем, ведь их роль в познании Вселенной неоценима. Возможно, что моим детям в школе будут рассказывать о телескопах, которые бороздят просторы Вселенной и передают на Землю информацию с далеких звездных систем, о других галактиках. А кто-то из моих будущих внуков когда-нибудь о телескопе Хаббла будет писать в своём научном исследовании как об ушедшем в историю, но, всё же, знаменитом телескопе.
10. Список используемой литературы
1. Учебник «Астрономия»-11класс; Е.П. Левитан, Москва, «Просвещение», 2003.
2. «Небо земли»; А.Н. Томилин, Ленинград, «Детская литература», 1974.
3. Издательский дом 1сентября; «Физика», №3, 2005.
4. Интернет ресурсы: www.astrolab.ru/…/manager2.cgi?id=19&num=1076