Особенности телескопов-рефлекторов

Рефлектором принято называть любое приспособление, основной функцией которого является отражение. Таким образом, телескоп-рефлектор создан с использованием этого оптического явления. Вместо линзы в объективе прибора располагается вогнутое зеркало, отражающее и направляющее световые лучи в окуляр для наблюдения или фотографирования изображения. Рассмотрим основные отличительные характеристики телескопа-рефлектора.

Телескоп-рефлектор отличается от другой разновидности телескопов-рефракторов тем, что в нем вместо системы линз устанавливается изготовленное из металла или стекла вогнутое зеркало. Часто такие приборы так и называют – «зеркальный» телескоп.

Отличить рефлекторный телескоп от рефракторного довольно просто, даже не имея опыта в астрономии. Схема второго довольно проста. Это труба, диаметр которой зависит от диаметра линз объектива, находящегося на том конце, что обращен к наблюдаемому объекту. На другом конце трубы расположен окуляр – линза меньшего диаметра, через которую и осуществляется наблюдение. Дина трубы такого прибора определяется фокусным расстоянием объектива и прочностью материала, из которого она может быть изготовлена.

Телескоп с вогнутым зеркалом выглядит иначе, так как у него совсем иные принцип работы и устройство. На конце трубы, обращенном к небу, у такого прибора, вообще, может ничего не быть, так как зеркало закрепляется с другого конца. А вот окуляр, как правило, оказывается сбоку в верхней части трубы. Ход лучей в отличие от рефрактора в той или иной степени перекрывается расположенной по центральной оси трубы призмой или плоским зеркалом, в которых собирается свет, чтобы быть отраженным в окуляр. Строение рефлектора не требует обязательного использования трубы, а потому лишено тех ограничений, что возникают у рефракторов. Все современные большие телескопы, в том числе и космические, устроены по такой схеме: труба в них заменена облегченной сетчатой конструкцией, назначение которой – удерживать все элементы оптической системы.

Астрономы-любители с успехом используют обе разновидности телескопов, и та и другая имеет свои достоинства и недостатки, вызванные в одном случае преломлением светового потока, проходящего через линзу, в другом – его отражением от поверхности, которая может иметь различную кривизну. Для наблюдений, связанных с поездками и перемещением прибора, лучше использовать рефрактор, его конструкция прочнее. Перевозка рефлектора нежелательна, так как может вызвать смещение элементов конструкции относительно осевой линии, после чего потребуется регулировка их положения с помощью винтов – юстировка. Такой телескоп можно разместить в самодеятельной обсерватории.

Использование в качестве объектива вогнутого зеркала стало итогом научных поисков, направленных на снижение искажений, вызванных линзами (хроматической и сферической аберраций). Исследования в этом направлении велись во многих европейских странах, особо преуспели в них английские ученые. Первым в 1663 году предложил использовать вместо преломляющей линзы отражающее вогнутое зеркало Джеймс Грегори (по-видимому, он и изобрел первый телескоп-рефлектор), в 1673 г. описанную систему оптического прибора воплотил знаменитый Роберт Гук.

Однако впервые создал действующий телескоп с объективом-зеркалом великий Исаак Ньютон в 1668 году.

Путь рефлекторов не был простым, линзовые приборы, совершенствуемые в то же время, давали более четкое и яркое изображение. Значительный вклад в их развитие внесли ученые континентальной Европы (немцы, французы, итальянцы). Казалось, что рефлектор, так и останется на уровне экспериментального прибора.

Поиски шли в направлении совершенствования покрытия и изготовления зеркал. В дальнейшем в целях снижения искажений в предложенную Ньютоном систему неоднократно вносились разного рода инновации, что привело к появлению принципиально иных схем телескопов-рефлекторов, в том числе и гибридных вариантов, когда линзы и зеркала были применены в одном изделии. Появление новых материалов и технологий позволило создавать все белее совершенные системы, а отсутствие необходимости громоздкой трубы в конструкции телескопа позволило многократно увеличить его эффективность.

Все рефлекторы объединяет одно – использование вогнутого зеркала в качестве объектива. А вот дальнейший ход собранных зеркалом лучей предлагалось направлять в окуляр различными способами.

Система рефлектора, разработанная Исааком Ньютоном, считается классической. Главное зеркало не имеет отверстий и относительно просто в изготовлении. Расположенное вблизи его фокуса плоское зеркало отражает световой поток перпендикулярно осевой линии. Окуляр располагается сбоку.

Схема телескопа Ньютона наиболее проста в исполнении и получила широчайшее распространение среди астрономов-любителей, изготавливающих самостоятельно свои средства наблюдения. Да и компании, производящие аппаратуру для любительской астрономии, производят подобные приборы в большом количестве.

Предложенная в 1663 году схема зеркального телескопа оказалась весьма удачной, так как дает прямое изображение и может использоваться не только для астрономических наблюдений, но и в земных условиях. По центру вогнутого зеркала проделывается отверстие, свет, отраженный от него направляется в отверстие вторым, тоже вогнутым зеркалом, окуляр размещается по осевой линии телескопа, как и у рефрактора или обычной подзорной трубы.

Схема, разработанная и воплощенная Лораном Кассегреном в 70-х годах XVII века, напоминает схему Грегори. Вогнутое зеркало тоже имеет отверстие в центральной части. Отличаются приборы формой второго зеркала – в рассматриваемой системе оно выпуклое. Телескопы, построенные по этой схеме, при схожих с приборами Грегори характеристиках значительно короче. Усовершенствованная советским астрономом Дмитрием Максутовым система Кассегрена сейчас используется во всем мире для создания любительских рефлекторов.

Еще одной модификацией телескопа Кассегрена стала разработанная в 1920-х годах система Ричи-Кретьена. Благодаря иной форме зеркал удалось получить большее поле зрения, что оказалось удобным для наблюдения движущихся объектов (астероиды, кометы, планеты). А также в этой системе удалось снизить некоторые искажения.

Попытки использовать вогнутое зеркало без перекрывающего световой поток отражателя предпринимались неоднократно. В начале 70-х годов XVII века Уильям Гершель сконструировал такой телескоп-рефлектор, окуляр которого никак не загораживал главное зеркало. Это позволило значительно увеличить мощность прибора, но породило сильные искажения в виде комы. В 1760-х годах сходную конструкцию разработал и воплотил М. В. Ломоносов. В настоящее время приборы по такой оптической схеме применяются для специальных наблюдений, в любительской астрономии большого распространения не получили, ввиду сложности устройства и регулировки.

Система Дитриха Корша была разработана в 1970-х годах. Она отличается присутствием не двух, а трех зеркал, что позволяет исправлять большинство искажений.

Приборы данной системы широко применяются для изготовления разнообразных оптических приборов – от биноклей и монокуляров до любительских телескопов. Главное их достоинство – значительное уменьшение длины прибора при сохранении фокусного расстояния. Зеркала располагаются под углом к оптической оси, не загораживая друг друга.

Усовершенствованная в начале XX века Бернхардом Шмидтом система Кассегрена получила широкое распространение. Это гибридная схема, в которой, кроме вогнутого зеркала, применен линзовый объектив.

В XX веке телескопы-рефлекторы прочно вытеснили рефракторы из всех значимых астрономических обсерваторий. Вместе с развитием технологий изготовления стал расти и диаметр устанавливаемых в телескопы зеркал.

В 1917 году самым большим в мире стал рефлектор обсерватории в США (штат Вашингтон), его зеркало достигало 100 дюймов в диаметре (2,5 метра). После Второй мировой войны был изготовлен прибор с 5-метровым зеркалом, установленный тоже в Калифорнии.

Самым большим в Старом Свете остается Большой телескоп азимутальный, созданный в СССР в середине 70-х годов прошлого века, смонтированный в Карачаево-Черкесской республике на высокогорной обсерватории.

Самый большой в мире современный телескоп с цельным зеркалом установлен в штате Аризона в США. Это Большой бинокулярный телескоп. Он оснащен двумя одинаковыми зеркалами диаметром по 8,4 метра. Построен аппарат был в 2005 году.

Крупнейшими на сегодняшний день являются аппараты со сборными сегментными зеркалами: Большой Канарский телескоп, Большой Южноафриканский телескоп, Телескоп Хобби-Эберли (США).

Пользоваться зеркальным телескопом не так уж и сложно. Однако в отличие от рефрактора такой прибор требует весьма бережного обращения. Так как труба рефлектора всегда открыта, в него может попадать пыль. Оседая на поверхности зеркала, она весьма заметно снижает его отражающую способность.

Перемещение рефлектора также проблематичное занятие, так как элементы конструкции имеют обыкновение смещаться под действием вибраций. Обычно манипуляции с зеркальными телескопами заканчиваются трудоемкой настройкой (юстировкой). Настроить телескоп можно при помощи юстировочных винтов, повороты которых вызывают смещение зеркала, сделать это быстро без соответствующего опыта невозможно.