Tänapäeval tähistame 400. aastapäeva optilise teleskoobi loomisest – kõige lihtsama ja tõhusama teadusliku instrumendi loomisest, mis avas inimkonnale ukse universumisse. Esimeste teleskoopide loomise au kuulub õigustatult Galileole.

Nagu teate, alustas Galileo Galilei objektiividega katsetamist 1609. aasta keskel pärast seda, kui ta sai teada, et Hollandis leiutati navigatsiooni vajadusteks teleskoop. Selle valmistasid 1608. aastal võib-olla iseseisvalt Hollandi optikud Hans Lippershey, Jacob Metius ja Zacharias Jansen. Vaid kuue kuuga suutis Galileo seda leiutist oluliselt täiustada, luua selle põhimõttel põhineva võimsa astronoomilise instrumendi ja teha mitmeid hämmastavaid avastusi.

Galileo edu teleskoobi täiustamisel ei saa pidada juhuslikuks. Itaalia klaasimeistrid olid selleks ajaks juba põhjalikult tuntuks saanud: juba 13. sajandil. nad leiutasid prillid. Ja just Itaalias oli teoreetiline optika parim. Leonardo da Vinci teoste kaudu muutus see geomeetria osast praktiliseks teaduseks. "Tehke oma silmadele prillid, et kuud suurelt näha," kirjutas ta 15. sajandi lõpus. Ehkki selle kohta pole otseseid tõendeid, õnnestus Leonardol rakendada teleskoopsüsteem.

Algupärased optikauuringud viidi läbi 16. sajandi keskel. Itaallane Francesco Mavrolik (1494-1575). Tema kaasmaalane Giovanni Battista de la Porta (1535-1615) pühendas optikale kaks suurepärast teost: "Loodusmaagia" ja "Refraktsioonist". Viimases annab ta isegi teleskoobi optilise skeemi ja väidab, et suutis näha väikeseid objekte väga kaugelt. Aastal 1609 üritab ta kaitsta teleskoobi leiutamise prioriteeti, kuid tegelikest tõenditest selle kohta ei piisanud. Olgu kuidas on, Galileo töö selles valdkonnas algas hästi ettevalmistatud pinnal. Kuid austades Galileo eelkäijaid, pidage meeles, et just tema tegi naljakast mänguasjast toimiva astronoomilise instrumendi.

Galileo alustas katseid positiivse läätse kui objektiivi ja negatiivse läätse kui okulaari lihtsa kombinatsiooniga, andes kolmekordse suurenduse. Nüüd nimetatakse seda disaini teatri binokliks. See on prillide järel kõige populaarsem optiline seade. Muidugi kasutatakse kaasaegses teatribinoklis objektiivi ja okulaarina kvaliteetseid kattega läätsi, mõnikord isegi keerukaid, mis koosnevad mitmest klaasist. Need annavad laia vaatevälja ja suurepärase pildikvaliteedi. Galileo kasutas nii objektiivi kui ka okulaari jaoks lihtsaid läätsi. Tema teleskoobid kannatasid kõige tugevamate kromaatiliste ja sfääriliste aberratsioonide all, s.o. andis pildi, mis oli servadest udune ja erinevates värvides fookusest väljas.

Kuid Galileo ei peatunud, nagu Hollandi meistrid, "teatri binokli" juures, vaid jätkas katseid objektiividega ja oli 1610. aasta jaanuariks loonud mitu instrumenti suurendusega 20-33 korda. Just nende abiga tegi ta oma tähelepanuväärsed avastused: avastas Jupiteri satelliidid, Kuu mäed ja kraatrid, Linnuteel hulgaliselt tähti jne. Juba 1610. aasta märtsi keskel Veneetsias ladina keeles ilmus 550 eksemplari Avaldati Galileo teos "The Starry Messenger", kus kirjeldati neid esimesi teleskoopastronoomia avastusi. Septembris 1610 avastab teadlane Veenuse faasid ja novembris Saturni lähedalt rõnga märgid, kuigi ta ei mõista oma avastuse tegelikku tähendust ("Ma jälgisin kõrgeimat planeeti kolmikuna," kirjutab ta anagramm, püüdes tagada avastamise prioriteeti). Võib-olla ei andnud ükski järgnevate sajandite teleskoop teadusele sellist panust kui Galileo esimene teleskoop.

Need astronoomiasõbrad, kes aga proovisid prilliprillidest teleskoope kokku panna, on sageli üllatunud nende disainide vähesest võimekusest, mis jääb "vaatlusvõimaluste" poolest selgelt alla Galileo käsitööteleskoobile. Tihti ei suuda tänapäevane "Galilea" tuvastada isegi Jupiteri satelliite, Veenuse faasidest rääkimata.

Firenzes teadusajaloo muuseumis (kuulsa Uffizi pildigalerii kõrval) on kaks esimest Galileo ehitatud teleskoopi. Samuti on katkine kolmanda teleskoobi objektiiv. Seda objektiivi kasutas Galileo paljudeks vaatlusteks aastatel 1609–1610. ja kinkis ta suurvürst Ferdinand II-le. Objektiiv läks hiljem kogemata katki. Pärast Galileo surma (1642) hoidis seda objektiivi prints Leopold Medici ja pärast tema surma (1675) lisati see Uffizi galerii Medici kollektsiooni. 1793. aastal anti kollektsioon üle Teadusajaloo Muuseumile.

Väga huvitav on graveerija Vittorio Krosteni Galilei objektiivi jaoks valmistatud dekoratiivne figuurne elevandiluust raam. Rikkalik ja veider lillornament on segatud teadusinstrumentide kujutistega; mitmed ladinakeelsed pealdised on orgaaniliselt mustrisse integreeritud. Ülaosas oli varem kadunud lint, millel oli kiri "MEDICEA SIDERA" ("Medici tähed"). Kompositsiooni keskosa kroonib Jupiteri kujutis koos 4 satelliidi orbiitidega, mida ümbritseb tekst "CLARA DEUM SOBOLES MAGNUM IOVIS INCREMENTUM" ("Kuulsusrikas [noor] jumalate põlvkond, Jupiteri suur järglane") . Vasak ja parem - Päikese ja Kuu allegoorilised näod. Objektiivi ümber pärga põimival lindil on kiri: "HIC ET PRIMUS RETEXIT MACULAS PHEBI ET IOVIS ASTRA" ("Ta oli esimene, kes avastas nii Phoebuse (s.o Päikese) laigud kui ka Jupiteri tähed"). Alloleval kartššil tekst: "COELUM LINCEAE GALILEI MENTI APERTUM VITREA PRIMA HAC MOLE NON DUM VISA OSTENDIT SYDERA MEDICEA IURE AB INVENTORE DICTA SAPIENS NEMPE DOMINATUR ET ASTRIS" seni nähtamatu, keda nende tarkade poolt õigustatult kutsutakse ka meedikuteks. tähed.

Infot eksponaadi kohta saab Teadusajaloo Muuseumi kodulehelt: link nr 100101; viite nr 404001.

20. sajandi alguses uuriti Firenze muuseumis talletatud Galileo teleskoope (vt tabel). Nendega tehti isegi astronoomilisi vaatlusi.

Galilei teleskoopide esimeste objektiivide ja okulaaride optilised omadused (mõõtmed millimeetrites)

Selgus, et esimese toru eraldusvõime oli 20" ja vaateväli 15". Ja teine, vastavalt 10 "ja 15". Esimese toru kasv oli 14-kordne ja teine ​​20-kordne. Kolmanda toru katkine lääts koos kahe esimese toru okulaaridega annaks 18- ja 35-kordse suurenduse. Niisiis, kas Galileo oleks võinud teha oma hämmastavad avastused selliste ebatäiuslike tööriistadega?

ajalooline eksperiment

Just selle küsimuse esitas inglane Stephen Ringwood ja vastuse väljaselgitamiseks lõi ta parima Galilea teleskoobi täpse koopia (Ringwood SD A Galilean telescope // The Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, 1994, vol. 35, 1, lk 43-50). 1992. aasta oktoobris lõi Steve Ringwood uuesti Galileo kolmanda teleskoobi disaini ja tegi sellega aasta jooksul kõikvõimalikke vaatlusi. Tema teleskoobi objektiivi läbimõõt oli 58 mm ja fookuskaugus 1650 mm. Nagu Galileo, peatas Ringwood oma objektiivi kuni D = 38 mm ava läbimõõduni, et saavutada parem pildikvaliteet suhteliselt väikese läbitungimisvõime kaoga. Okulaariks oli negatiivne lääts fookuskaugusega -50 mm, mis annab 33-kordse suurenduse. Kuna selle teleskoobi konstruktsiooni puhul on okulaar paigutatud objektiivi fookustasandi ette, siis oli toru kogupikkuseks 1440 mm.

Ringwood peab Galileo teleskoobi suurimaks puuduseks selle väikest vaatevälja – kõigest 10" ehk kolmandik kuukettast. Pealegi on vaatevälja servas pildikvaliteet väga madal. Kasutades lihtsat Rayleighi kriteerium, mis kirjeldab objektiivi eraldusvõime difraktsioonipiiri, eeldaks kvaliteetseid pilte vahemikus 3,5-4,0". Kuid kromaatiline aberratsioon vähendas selle 10-20"-ni Teleskoobi läbitungimisvõime, mis on hinnatud lihtsa valemiga (2 + 5lg D), oodati umbes +9,9 m . Kuid tegelikkuses ei olnud võimalik tuvastada tähti, mis on nõrgemad kui +8 m.

Kuu vaatlemisel toimis teleskoop hästi. Sellel õnnestus näha isegi rohkem detaile, kui Galileo oma esimestele kuukaartidele joonistas. "Võib-olla oli Galileo tähtsusetu joonistaja või ei huvitanud teda Kuu pinna üksikasjad?" Ringwood imestab. Või ei olnud Galileo kogemus teleskoopide valmistamisel ja nendega vaatlemisel siiski piisavalt suur? Arvame, et see on põhjus. Galileo enda kätega poleeritud prillide kvaliteet ei suutnud võistelda tänapäevaste läätsedega. Ja loomulikult ei õppinud Galileo kohe läbi teleskoobi vaatama: visuaalsed vaatlused nõuavad märkimisväärseid kogemusi.

Muide, miks ei teinud esimeste täppiskaapide loojad – hollandlased – astronoomilisi avastusi? Olles teinud vaatlusi teatri binokliga (2,5-3,5-kordne suurendus) ja väliklaasidega (7-8-kordne suurendus), märkate, et nende võimaluste vahel on kuristik. Kaasaegne kvaliteetne 3x binokkel võimaldab (ühe silmaga vaatlemisel!) vaevu märgata suurimaid kuukraatreid; on ilmselge, et sama suurendusega, kuid madalama kvaliteediga Hollandi toru ei suudaks seda isegi teha. Välibinoklid, mis annavad ligikaudu samad võimalused kui Galileo esimesed teleskoobid, näitavad meile Kuud kogu selle hiilguses ja paljude kraatritega. Olles täiustanud Hollandi toru ja saavutanud mitu korda suurema suurenduse, astus Galileo üle "avastuste läve". Sellest ajast peale pole see põhimõte eksperimentaalteaduses läbi kukkunud: kui teil õnnestub seadme juhtivat parameetrit mitu korda parandada, teete kindlasti avastuse.

Galileo kõige tähelepanuväärsem avastus oli Jupiteri nelja satelliidi ja planeedi enda ketta avastamine. Vastupidiselt ootustele ei seganud teleskoobi madal kvaliteet Jupiteri satelliidisüsteemi vaatlusi oluliselt. Ringwood nägi selgelt kõiki nelja satelliiti ja suutis sarnaselt Galileile igal õhtul jälgida nende liikumist planeedi suhtes. Tõsi, alati ei õnnestunud planeedi ja satelliidi pilti korraga hästi teravustada: objektiivi kromaatiline aberratsioon oli väga häiriv.

Kuid Jupiteri enda puhul ei suutnud Ringwood, nagu ka Galileo, planeedi kettal mingeid detaile tuvastada. Jupiterit piki ekvaatorit ristuvad nõrgalt kontrastsed laiusribad uhuti aberratsiooni tagajärjel täielikult välja.

Väga huvitava tulemuse sai Ringwood Saturni vaadeldes. Nagu Galileo, nägi ta 33-kordse suurendusega planeedi külgedel ainult nõrku paistetusi (“salapäraseid lisandeid”, nagu Galileo kirjutas), mida suur itaallane muidugi sõrmusena tõlgendada ei saanud. Ringwoodi edasised katsed näitasid aga, et teiste suure suurendusega okulaaride kasutamisel oli sõrmuse selgemaid jooni siiski märgata. Kui Galileo oleks seda õigel ajal teinud, oleks Saturni rõngaste avastamine toimunud peaaegu pool sajandit varem ega oleks kuulunud Huygensile (1656).

Veenuse vaatlused aga tõestasid, et Galileost sai kiiresti osav astronoom. Selgus, et Veenuse faasid ei ole suurima pikenemise juures nähtavad, kuna selle nurk on liiga väike. Ja alles siis, kui Veenus lähenes Maale ja faasis 0,25 saavutas selle nurga läbimõõt 45 ", muutus tema poolkuu kuju märgatavaks. Sel ajal polnud tema nurkkaugus Päikesest enam nii suur ja vaatlused olid keerulised.

Kõige kurioossem asi Ringwoodi ajaloolises uurimistöös oli võib-olla vana väärarusaama paljastamine Galilei päikesevaatluste kohta. Seni oli üldtunnustatud seisukoht, et Galilei teleskoobiga ei saa Päikest jälgida, projitseerides selle kujutist ekraanile, sest okulaari negatiivne lääts ei suuda luua objektist reaalset kujutist. Ainult veidi hiljem leiutatud Kepleri kahe positiivse läätse süsteemi teleskoop tegi selle võimalikuks. Usuti, et esimene, kes okulaari taha asetatud ekraanil Päikest vaatles, oli saksa astronoom Christoph Scheiner (1575-1650). Samal ajal ja Keplerist sõltumatult lõi ta 1613. aastal sarnase konstruktsiooniga teleskoobi. Kuidas Galileo Päikest vaatles? Tema oli ju see, kes päikeseplekid avastas. Pikka aega oli arvamus, et Galileo jälgis päevavalgust oma silmaga läbi okulaari, kasutades pilvi valgusfiltritena või vaadates Päikest udus madalal horisondi kohal. Usuti, et Galilei nägemise kaotus vanemas eas oli osaliselt tingitud tema vaatlustest Päikese suhtes.

Ringwood avastas aga, et isegi Galileo teleskoop suudab tekitada ekraanile üsna korraliku päikesepildi projektsiooni, mille päikeselaigud on väga selgelt nähtavad. Hiljem avastas Ringwood ühes Galileo kirjas Päikese vaatluste üksikasjaliku kirjelduse, projitseerides selle kujutise ekraanile. Kummaline, et seda asjaolu varem ei märgatud.

Arvan, et iga astronoomia amatöör ei keela endale mõneks õhtuks "Galileoks saamise" naudingut. Selleks peate lihtsalt tegema Galilei teleskoobi ja proovima korrata suure itaalia avastusi. Lapsepõlves valmistas üks selle märkme autoreid prilliklaasist Kepleri torusid. Ja juba täiskasvanueas ei suutnud ta vastu panna ja ehitas Galilei teleskoobiga sarnase instrumendi. Objektiiviks kasutati 43 mm läbimõõduga +2 dioptrilise võimsusega kinnitusobjektiivi ning vanast teatribinoklist võeti umbes -45 mm fookuskaugusega okulaar. Teleskoop osutus mitte eriti võimsaks, suurendusega vaid 11 korda, kuid sellel oli ka väike, umbes 50" läbimõõduga vaateväli ja pildikvaliteet oli ebaühtlane, halvenes oluliselt serva poole. pildid muutusid palju paremaks, kui objektiivi läbimõõt oli 22 mm ja veelgi parem - kuni 11 mm Piltide heledus muidugi vähenes, kuid Kuu vaatlustele tuli sellest isegi kasu.

Ootuspäraselt tegi see teleskoop valgele ekraanile projitseeritud Päikese vaatamisel tõepoolest pildi päikesekettast. Negatiivne okulaar suurendas objektiivi ekvivalentset fookuskaugust mitu korda (telefoto põhimõte). Kuna puuduvad andmed, millisele statiivile Galileo oma teleskoobi paigaldas, jälgis autor toru käes hoides ning kasutas käte toeks puutüve, piirdeaeda või lahtist aknaraami. 11-kordsel oli see piisav, kuid 30-kordsel võib Galileol ilmselt probleeme tekkida.

Võib eeldada, et ajalooline eksperiment esimese teleskoobi taasloomiseks oli edukas. Nüüd teame, et Galilei teleskoop oli tänapäevase astronoomia seisukohalt üsna ebamugav ja halb instrument. Igas mõttes jäi see alla isegi praegustele amatöörpillidele. Tal oli ainult üks eelis – ta oli esimene ja tema looja Galileo "pressis" tema instrumendist välja kõik, mis võimalik. Selle eest austame Galileod ja tema esimest teleskoopi.

Olge Galileo

2009. aasta kuulutati teleskoobi 400. sünniaastapäeva auks rahvusvaheliseks astronoomiaaastaks. Arvutivõrku on lisaks olemasolevatele ilmunud palju uusi imelisi saite, millel on hämmastavad pildid astronoomilistest objektidest.

Kuid hoolimata sellest, kui palju huvitavat teavet veebisaidid olid, oli MGA peamine eesmärk näidata kõigile tõelist universumit. Seetõttu oli prioriteetsete projektide seas kõigile kättesaadavate odavate teleskoopide tootmine. Kõige massiivsem oli "galileoskoop" - väike refraktor, mille konstrueerisid kõrgelt professionaalsed astronoomid-optikad. See ei ole Galileo teleskoobi täpne koopia, vaid pigem selle kaasaegne reinkarnatsioon. "Galileoskoobil" on kahe läätsega klaasist akromaatiline lääts, mille läbimõõt on 50 mm ja fookuskaugus 500 mm. 4-läätseline plastikust okulaar annab 25x suurenduse ja 2x Barlow suurendab selle kuni 50x. Teleskoobi vaateväli on 1,5 o (või Barlow objektiiviga 0,75 o). Sellise tööriistaga saate hõlpsalt "üle korrata" kõiki Galileo avastusi.

Kuid Galileo ise oleks sellise teleskoobiga need palju suuremaks teinud. Tööriista 15–20-dollarine hinnasilt muudab selle avalikkusele tõeliselt kättesaadavaks. Kummalisel kombel on tavalise positiivse okulaariga (isegi Barlow objektiiviga) "galileoskoop" tegelikult Kepleri toru, kuid kui seda kasutatakse ainult Barlow läätsega okulaarina, vastab see oma nimele, muutudes 17-kordseks Galilei toruks. Suure itaallase avastusi sellises (originaalses!) konfiguratsioonis korrata pole lihtne ülesanne.

See on väga mugav ja üsna massiivne tööriist, mis sobib koolidele ja astronoomia algajatele. Selle hind on oluliselt madalam kui varasematel sarnaste võimalustega teleskoopidel. Väga soovitav oleks selliseid instrumente meie koolidele soetada.

Vastus küsimusele "Kes leiutas teleskoobi?" meile kõigile kooliajast teada: "Muidugi, G. Galileo!" - vastate ... ja te eksite. Esimene teleskoobi näidis (täpsemalt tähiku) valmistati Hollandis 1608. aastal ja kolm inimest tegid seda üksteisest sõltumatult - Johann Lipperschney, Zachary Jansen ja Jakob Metius. Kõik kolm olid prillide valmistajad, seega kasutasid nad oma torude jaoks prilliklaasid. Nad ütlevad, et Lippershney oli inspireeritud laste ideest: nad ühendasid objektiivid, püüdes näha torni kauguses. Kolmest leiutajast jõudis tema kõige kaugemale: ta läks oma leiutisega Haagi, kus sel ajal käisid läbirääkimised Hispaania, Prantsusmaa ja Hollandi vahel – ja kõigi kolme delegatsiooni juhid said kohe aru, kui kasulik uus seade on. võib tuua sõjalisi asju. Sama aasta oktoobris tundis teleskoobi vastu huvi Hollandi parlament, otsustati, kas anda leiutajale patent või määrata pension – aga asi piirdus 300 floriini eraldamise ja korraldusega leiutis endale jätta. saladus.

Kuid seda polnud võimalik saladuses hoida: Hollandi "võlutorust" said teada paljud, sealhulgas Veneetsia saadik Pariisis, kes rääkis sellest kirjas G. Galileole. Tõsi, ta rääkis ilma detailideta, kuid G. Galileo arvas ise seadme ehituse kohta – ja reprodutseeris selle. Ta alustas ka prilliläätsedega ja saavutas kolmekordse tõusu – nagu Hollandi meistrid, aga teadlasele see tulemus ei sobinud. Fakt on see, et G. Galileo oli üks esimesi, kes mõistis, et sellist seadet saab kasutada mitte ainult sõjas või merenduses - see võib toimida astronoomilise uurimistööna! Ja see on tema vaieldamatu teene. Ja taevakehade vaatlemiseks sellisest tõusust ei piisanud.

Ja nii täiustas Galileo läätsede valmistamise tehnoloogiat (ta eelistas hoida seda saladuses) ja tegi teleskoobi, milles vaadeldavate objektide poole jääv lääts oli kumer (st kogus valguskiiri) ja silma suunas nõgus (st hajuv). ). Esiteks tegi ta teleskoobi, mis annab 14-kordse suurenduse, seejärel - 19,5 ja lõpuks - 34,6! Sellises seadmes oli juba võimalik jälgida taevakehi. Seetõttu ei saa nõustuda nendega, kes nimetavad oma teleskoobile patendi saanud itaalia astronoomi plagiaadiks: jah, ta polnud esimene, kes sellise instrumendi konstrueeris – aga ta oli esimene, kes tegi sellise teleskoobi, millest võiks saada. astronoomi tööriist.

Ja temast sai üks! G. Galiei teleskoop sai kuulsaks mitte ainult oma võimsuse poolest (tolle aja kohta fantastiline), vaid ka avastuste poolest, mille teadlane selle abiga tegi. Ta avastas Päikeselt laigud, mille liikumine tõestas, et Päike pöörleb ümber oma telje. Ta nägi Kuul mägesid (ja arvutas isegi nende kõrguse varjude suuruse järgi), sai teada, et see on Maa poole alati ühel küljel. Galileo jälgis nii Marsi näiva läbimõõdu kui ka Veenuse faaside muutusi.

Jupiteri satelliitide avastamine oli väga oluline – loomulikult võimaldas Galileo teleskoop näha neist vaid nelja, kõige suuremat, aga sellest piisas, et öelda: näed, kõik universumis ei tiirle ümber Maa – Kopernikusel oli õigus! Tõsi, ka G. Galileo prioriteetsuse üle selles vaieldakse: kümme päeva enne teda nägi Jupiteri satelliite teine ​​astronoom Simon Marius (just tema andis neile nimed Callisto, Io, Ganymedes ja Euroopa), kuid S. Marius pidas neid tähtedeks, kuid G .Galileo oletas, et need on Jupiteri satelliidid.

Galileo märkas ka Saturni rõngaid. Tõsi, tema teleskoop ei võimaldanud tal neid ikka päriselt näha, ta nägi planeedi külgedel vaid uduseid kohti ja oletas, et need on ka satelliidid, kuid ta polnud kindel – ta kirjutas selle isegi krüpteeritult üles.

Ja alles XX sajandil. see sai teatavaks veel ühest G. Galileo tähelepanekust. G. Galileo mainib oma märkmetes teatavat "nõrga, püsiva heledusega tundmatut tähte", mida vaadeldi 28. detsembril 1612 ja 27. jaanuaril 1613, ja on isegi joonis, mis näitab selle taeva asukohta. 1980. aastal arvutasid kaks astronoomi – ameeriklane Ch.Koval ja kanadalane S.Drake välja, et sel ajal oleks pidanud seal vaatlema planeeti Neptuun!

Tõsi, G. Galileo nimetab seda objekti "täheks", mitte planeediks, nii et teda on siiski võimatu pidada Neptuuni avastajaks ... kuid pole kahtlust, et ta avas oma vaatlusulatusega tee ” kõigile neile, kes avastasid rõngad Saturni, Neptuuni ja palju muud.

Suure teadlase G. Galileo uudishimu ja soov teha uusi avastusi andis maailmale imelise leiutise, ilma milleta on võimatu ette kujutada kaasaegset astronoomiat - see teleskoop. Hollandi teadlaste uurimistööd jätkates saavutas Itaalia leiutaja teleskoobi mastaapides olulise tõusu väga lühikese ajaga – see juhtus vaid mõne nädalaga.

Galileo vaatlusulatus meenutas tänapäevaseid näidiseid vaid eemalt - see oli lihtne pliipulk, mille otstesse asetas professor kaksikkumerad ja kaksikkumerad läätsed.

Oluliseks tunnuseks ja peamiseks erinevuseks Galileo loomingu ja varem eksisteerinud täppskoopide vahel oli optiliste läätsede kvaliteetse lihvimise tulemusel saadud hea pildikvaliteet – kõigi protsessidega tegeles professor isiklikult, õrna tööd ei usaldanud kellelegi. Teadlase töökus ja sihikindlus kandis vilja, kuigi korraliku tulemuse saavutamiseks tuli teha palju vaevarikast tööd - 300 objektiivist olid vajalike omaduste ja kvaliteediga vaid mõned variandid.

Tänaseni säilinud näidiseid imetlevad paljud asjatundjad – isegi tänapäevaste standardite järgi on optika kvaliteet suurepärane ja seda arvestades asjaolu, et objektiivid on olnud kasutusel juba mitu sajandit.

Hoolimata keskajal valitsenud eelarvamustest ja kalduvusest pidada progressiivseid ideid "kuradi mahhinatsioonideks", saavutas täpimõõtmisulatus kogu Euroopas väljateenitud populaarsuse.

Täiustatud leiutis võimaldas saavutada kolmekümne viiekordse tõusu, mis oli Galileo eluea jooksul mõeldamatu. Galileo tegi oma teleskoobi abil palju astronoomilisi avastusi, mis võimaldasid avada tee kaasaegsele teadusele ning äratada entusiasmi ja uurimisjanu paljudes uudishimulikes ja uudishimulikes meeltes.

Galileo leiutatud optilisel süsteemil oli mitmeid puudusi - eelkõige oli see kromaatilise aberratsiooni all, kuid teadlaste hilisemad täiustused võimaldasid seda mõju minimeerida. Väärib märkimist, et kuulsa Pariisi observatooriumi ehitamisel kasutati Galileo optilise süsteemiga varustatud teleskoope.

Galileo luukklaasil või silmaklaasil on väike vaatenurk - seda võib pidada selle peamiseks puuduseks. Sarnast optilist süsteemi kasutatakse praegu ka teatri binoklites, mis on tegelikult kaks omavahel ühendatud täppisskoobi.

Tänapäevased tsentraalse sisemise teravustamissüsteemiga teatribinoklid pakuvad tavaliselt 2,5-4x suurendust, mis on piisav mitte ainult teatrietenduste, vaid ka spordi- ja kontserdiürituste vaatlemiseks, sobides detailsete vaatamisväärsustega kaasnevateks ekskursioonideks.

Kaasaegsete teatribinoklite väiksus ja elegantne disain muudavad need mitte ainult mugavaks optikainstrumendiks, vaid ka originaalseks tarvikuks.

Punktis 71 märgiti, et Galileo teleskoop koosneb (joonis 178) positiivsest objektiivist ja negatiivsest okulaarist ning annab seetõttu vaadeldavatest objektidest otsese pildi. Kombineeritud fookustasanditel saadud vahepilt, välja arvatud Kepleri torus olev pilt, on kujuteldav, seega pole võrku.

Vaatleme valemit (350) rakendatuna Galilei torule. Õhukese okulaari puhul võime eeldada, et siis saab selle valemi hõlpsasti teisendada järgmisele kujule:

Nagu näete, on Galilei toru sissepääsupupilli eemaldamine positiivne, st sissepääsupupill on kujuteldav ja asub vaatleja silma taga kaugel paremal.

Ava diafragma ja Galilei torus oleva väljumispupilli asukoht ja mõõtmed määravad vaatleja silma pupilli. Välja Galilei torus ei piira mitte välja diafragma (see puudub formaalselt), vaid vinjeteeriv diafragma, mille rolli täidab läätse silinder. Objektiivina kasutatakse kõige sagedamini kaheläätselist disaini, mis võimaldab suhtelist ava ja nurkvälja mitte rohkem kui. Kuid selliste nurkväljade loomiseks sissepääsupupillist olulisel kaugusel peavad läätsed olema suured läbimõõdud. Okulaarina kasutatakse tavaliselt ühte negatiivset läätse või kahe läätsega negatiivset komponenti, mis ei taga enam nurkvälja, eeldusel, et objektiiv kompenseerib välja aberratsioonid.

Riis. 178. Galileo teleskoobi arvutusskeem

Riis. 179. Nurkvälja sõltuvus näivast suurendusest Galileo teleskoopides

Seega on Galilei toru suurt kasvu raske saavutada (tavaliselt ei ületa see sagedamini) Nurga sõltuvus suurendusest Galilei torude puhul on näidatud joonisel 179.

Seega märgime ära Galileo teleskoobi eelised: otsepilt; disaini lihtsus; toru pikkus on sarnase Kepleri toru pikkusega võrreldes kahe okulaari fookuskauguse võrra lühem.

Siiski ei tohi unustada miinuseid: väikesed veerised ja suurendus; kehtiva pildi puudumine ja sellest tulenevalt ka nägemise ja mõõtmise võimatus. Galileo teleskoobi arvutamine toimub Kepleri teleskoobi arvutamiseks saadud valemite järgi.

1. Objektiivi ja okulaari fookuskaugused:

2. Sissepääsu pupilli läbimõõt

USE kodifitseerija teemad: optilised seadmed.

Nagu eelmisest teemast teame, tuleb objekti täpsemaks uurimiseks suurendada vaatenurka. Siis on võrkkesta objekti kujutis suurem ja see põhjustab nägemisnärvi suurema hulga närvilõpmete ärritust; ajju saadetakse rohkem visuaalset teavet ja me näeme kõnealuse objekti uusi detaile.

Miks on vaatenurk väike? Sellel on kaks põhjust: 1) objekt ise on väike; 2) objekt, kuigi mõõtmetelt piisavalt suur, asub kaugel.

Optilised seadmed - Need on seadmed vaatenurga suurendamiseks. Väikeste objektide uurimiseks kasutatakse suurendusklaasi ja mikroskoopi. Kaugemate objektide vaatamiseks kasutatakse sihikuid (nagu ka binokleid, teleskoope jne).

Palja silmaga.

Alustame väikeste objektide palja silmaga vaatamisest. Edaspidi peetakse silma normaalseks. Tuletage meelde, et pingevabas olekus normaalne silm fokuseerib võrkkestale paralleelse valguskiire ja normaalse silma jaoks on parima nägemise kaugus cm.

Olgu väike objekt silmast parima nähtavuse kaugusel (joonis 1). Võrkkestale ilmub objekti ümberpööratud kujutis, kuid nagu mäletate, pöördub see pilt ajukoores uuesti ümber ja selle tulemusena näeme objekti normaalselt – mitte tagurpidi.

Objekti väiksuse tõttu on ka vaatenurk väike. Tuletame meelde, et väike nurk (radiaanides) on peaaegu sama, mis selle puutuja: . Niisiis:

. (1)

Kui r kaugus silma optilisest keskpunktist võrkkestani, siis võrkkesta kujutise suurus on võrdne:

. (2)

Alates (1) ja (2) on meil ka:

. (3)

Nagu teate, on silma läbimõõt umbes 2,5 cm, nii et. Seetõttu tuleneb punktist (3), et kui väikest objekti vaadata palja silmaga, on objekti kujutis võrkkestal umbes 10 korda väiksem kui objekt ise.

Luup.

Saate suurendada võrkkesta objekti kujutist luupi (suurendusklaasi) abil.

suurendusklaas - see on lihtsalt koonduv lääts (või objektiivisüsteem); Suurendusklaasi fookuskaugus jääb tavaliselt vahemikku 5–125 mm. Läbi suurendusklaasi vaadeldav objekt asetatakse selle fookustasandile (joonis 2). Sellisel juhul muutuvad objekti igast punktist väljuvad kiired pärast luubi läbimist paralleelseks ja silm teravustab need võrkkestale ilma pinget kogemata.

Nüüd, nagu näeme, on vaatenurk . See on ka väike ja ligikaudu võrdne selle puutujaga:

. (4)

Suurus l võrkkesta kujutised on nüüd võrdne:

. (5)

või võttes arvesse (4):

. (6)

Nagu joonisel fig. 1 näitab võrkkesta punane nool samuti alla. See tähendab, et (võttes arvesse pildi teisest ümberpööramist meie teadvuse poolt) näeme läbi suurendusklaasi objekti ümberpööramata kujutist.

Suurendusklaas on suurendusklaasi kasutamisel pildi suuruse ja pildi suuruse suhe objekti palja silmaga vaatamisel:

. (7)

Asendades siin avaldised (6) ja (3), saame:

. (8)

Näiteks kui suurendusklaasi fookuskaugus on 5 cm, siis on selle suurendus . Läbi sellise suurendusklaasi vaadates tundub objekt viis korda suurem kui palja silmaga vaadates.
Asendame ka seosed (5) ja (2) valemis (7):

Seega on suurendusklaasi suurendus nurga suurendamine: see võrdub objekti läbi luubi vaatamise vaatenurga ja selle objekti palja silmaga vaatamise vaatenurga suhtega.

Pange tähele, et suurendusklaasi suurendus on subjektiivne väärtus – lõppude lõpuks on valemis (8) olev väärtus normaalse silma jaoks parima nägemise kaugus. Lähi- või kaugnägeva silma puhul on parima nägemise kaugus vastavalt väiksem või suurem.

Valemist (8) järeldub, et mida suurem on luubi suurendus, seda väiksem on selle fookuskaugus. Koonduva läätse fookuskauguse vähendamine saavutatakse murdumispindade kumeruse suurendamisega: lääts tuleb muuta kumeramaks ja seeläbi vähendada selle suurust. Kui suurendus jõuab 40-50-ni, võrdub luubi suurus mitme millimeetriga. Suurendusklaasi veelgi väiksema suurusega muutub selle kasutamine võimatuks, seetõttu peetakse seda luubi ülemiseks piiriks.

Mikroskoop.

Paljudel juhtudel (näiteks bioloogias, meditsiinis jne) on vaja jälgida väikeseid objekte mitmesajalise suurendusega. Suurendusklaasiga ei saa hakkama ja inimesed kasutavad mikroskoopi.

Mikroskoop sisaldab kahte koonduvat läätse (või kahte selliste läätsede süsteemi) - objektiivi ja okulaari. Seda on lihtne meeles pidada: objektiiv on suunatud objekti poole ja okulaar on suunatud silma (silma) poole.

Mikroskoobi idee on lihtne. Vaadeldav objekt asub objektiivi fookuse ja topeltfookuse vahel, seega annab objektiiv suurendatud (tegelikult tagurpidi) pildi objektist. See pilt asub okulaari fookustasandil ja seejärel vaadatakse läbi okulaari justkui läbi suurendusklaasi. Selle tulemusena on võimalik saavutada lõplik tõus palju rohkem kui 50.

Kiirte tee mikroskoobis on näidatud joonisel fig. 3 .

Joonisel olevad tähistused on selged: - objektiivi fookuskaugus - okulaari fookuskaugus - objekti suurus; - objektiivi poolt antud objekti kujutise suurus. Objektiivi ja okulaari fookustasandite vahelist kaugust nimetatakse toru optiline pikkus mikroskoop.

Pange tähele, et võrkkesta punane nool on suunatud üles. Aju pöörab selle uuesti ümber ja selle tulemusena paistab objekt mikroskoobiga vaadates tagurpidi. Selle vältimiseks kasutab mikroskoop vahepealseid läätsi, mis pilti täiendavalt pööravad.

Mikroskoobi suurendus määratakse täpselt samamoodi nagu luubil: . Siin, nagu ülal, on võrkkesta kujutise suurus ja vaatenurk, kui objekti vaadatakse läbi mikroskoobi, ning samad väärtused, kui objekti vaadatakse palja silmaga.

Meil on ikka veel , ja nurk , nagu on näha jooniselt fig. 3 on võrdne:

Jagades arvuga , saame mikroskoopi suurendada:

. (9)

See pole muidugi lõplik valem: see sisaldab ja (objektiga seotud väärtusi), kuid ma tahaksin näha mikroskoobi omadusi. Kõrvaldame suhte, mida me ei vaja, kasutades objektiivi valemit.
Kõigepealt vaatame joonist fig. 3 ja kasutage punaste jalgadega täisnurksete kolmnurkade sarnasust ja :

Siin on kaugus pildist objektiivini, - a- kaugus objektist h objektiivi juurde. Nüüd kasutame objektiivi jaoks objektiivi valemit:

millest saame:

ja asendame selle avaldise punktiga (9):

. (10)

See on mikroskoobi poolt antud suurenduse viimane avaldis. Näiteks kui objektiivi fookuskaugus on cm, okulaari fookuskaugus on cm ja toru optiline pikkus on cm, siis vastavalt valemile (10)

Võrrelge seda ainult objektiivi suurendusega, mis arvutatakse valemiga (8):

Mikroskoobi suurendus on 10 korda suurem!

Nüüd liigume edasi objektide juurde, mis on piisavalt suured, kuid meist liiga kaugel. Nende paremaks vaatamiseks kasutatakse täppissiipe – luureprille, binokleid, teleskoope jne.

Teleskoobi objektiiviks on piisavalt suure fookuskaugusega koonduv lääts (või objektiivisüsteem). Kuid okulaar võib olla nii koonduv kui ka lahknev lääts. Sellest tulenevalt on kahte tüüpi skoobisid:

Kepleri toru – kui okulaar on koonduv lääts;
- Galileo toru – kui okulaar on lahknev lääts.

Vaatame lähemalt, kuidas need laigud töötavad.

Kepleri toru.

Kepleri toru tööpõhimõte on väga lihtne: lääts annab oma fookustasandil pildi kaugemast objektist ja seejärel vaadatakse seda pilti läbi okulaari justkui läbi suurendusklaasi. Seega langeb objektiivi tagumine fookustasapind kokku okulaari eesmise fookustasandiga.

Kiirte kulg Kepleri torus on näidatud joonisel fig. 4 .

Riis. 4

Objekt on kauge nool, mis on suunatud vertikaalselt ülespoole; seda pole pildil näha. Punkti kiir läheb mööda objektiivi ja okulaari optilist peatelge. Punktist on kaks kiirt, mida objekti kauguse tõttu võib pidada paralleelseks.

Selle tulemusena asub objektiivi poolt antud pilt meie objektist objektiivi fookustasandil ja on reaalne, ümberpööratud ja redutseeritud. Tähistagem pildi suurust.

Objekt on palja silmaga nähtav nurga all. Vastavalt joonisele fig. 4 :

, (11)

kus on objektiivi fookuskaugus.

Me näeme okulaaris oleva objekti kujutist nurga all, mis on võrdne:

, (12)

kus on okulaari fookuskaugus.

Teleskoobi suurendus on läbi toru vaadeldava vaatenurga suhe palja silmaga vaadatuna:

Vastavalt valemitele (12) ja (11) saame:

(13)

Näiteks kui objektiivi fookuskaugus on 1 m ja okulaari fookuskaugus on 2 cm, siis on teleskoobi suurendus: .

Kiirte tee Kepleri torus on põhimõtteliselt sama, mis mikroskoobis. Objekti kujutis võrkkestal on samuti ülespoole suunatud nool ja seetõttu näeme Kepleri torus objekti tagurpidi. Selle vältimiseks paigutatakse läätse ja okulaari vahele spetsiaalsed inverteerivad läätsede või prismade süsteemid, mis taas pööravad pildi ümber.

Galilei trompet.

Galileo leiutas oma teleskoobi 1609. aastal ja tema astronoomilised avastused vapustasid tema kaasaegseid. Ta avastas Jupiteri satelliidid ja Veenuse faasid, tegi välja Kuu reljeefi (mäed, lohud, orud) ja laigud Päikesel ning näiliselt tahke Linnutee osutus tähtede parveks.

Galileo toru okulaar on lahknev lääts; objektiivi tagumine fookustasapind langeb kokku okulaari tagumise fookustasandiga (joon. 5).

Riis. 5.

Kui okulaari poleks, oleks kaugjuhtimispuldi noole kujutis sees
objektiivi fookustasand. Joonisel on see pilt näidatud punktiirjoonega - tegelikult seda ju pole!

Kuid seda pole seal, sest punktist lähtuvad kiired, mis pärast läätse läbimist punkti koonduvad, ei ulatu okulaarini ega lange sellele. Pärast okulaari muutuvad need jälle paralleelseks ja seetõttu tajub silm neid pingevabalt. Kuid nüüd näeme objekti kujutist nurga all, mis on suurem kui vaatenurk objekti palja silmaga vaadates.

Jooniselt fig. 5 meil on

ja Galilei toru suurendamiseks saame sama valemi (13) mis Kepleri toru puhul:

Pange tähele, et sama suurenduse korral on Galilei toru väiksem kui Kepleri toru. Seetõttu on Galileo toru üks peamisi kasutusviise teatribinoklid.

Erinevalt mikroskoobist ja Kepleri torust näeme Galileo torus objekte tagurpidi. Miks?