Tehát hogyan működik a távcső?
Ebben az átfogó útmutatóban bemutatom azt a tudományt, ami mögött meghúzódik, hogy egy távcső optikája hogyan képes fényt gyűjteni, majd felnagyított képet mutatni az Ön előtt álló kilátásról. A jövőbeni cikkekben azt is tervezem, hogy áttekintsem a fókusz- és szemkagyló-mechanizmusok működése mögött meghúzódó fő mechanikát, valamint a rendelkezésre álló különféle lehetőségeket.
Így biztos vagyok benne, hogy a végére megérti a távcső működését, és így sokkal felkészültebb lesz, amikor kiválasztja az igényeinek megfelelő műszert, majd miután megérkezik, képes lesz megfelelően beállítani és használni. hogy a legjobbat hozza ki a használatából. Fogjunk hozzá:
Két teleszkóp
A legegyszerűbb formában egy távcsőkészlet lényegében két egymás mellett elhelyezett távcsőből áll. Tehát kezdésként, és egy kicsit egyszerűbbé tesszük a dolgokat, vágjuk ketté a távcsövet, és először tanuljuk meg a távcső működését, majd a végén rakjuk össze újra:
Lencsék, fény és fénytörés
A távcső működése és a nézet nagyítása alapvetően olyan lencsék használata, amelyek fénytörést okoznak:
A tér vákuumán keresztül a fény egyenes vonalban halad, de a különböző anyagokon áthaladva megváltoztatja a sebességét.
Tehát ahogy a fény áthalad egy vastag közegen, például üvegen vagy vízen, lelassul. Ez általában a fényhullámok elhajlását okozza, és ezt a fényhajlítást nevezzük fénytörésnek. A fénytörés az, ami miatt a szívószál úgy néz ki, mintha egy pohár vízben van. számos hasznos célja is van, és ez a kulcsa annak, hogy felnagyítsa azt, amit néz.
Lencsék
Ahelyett, hogy pusztán egy lapos üveglapot vagy üvegtömböt használnának, az olyan műszerek, mint a teleszkópok, távcsövek és még az olvasószemüvegek is speciálisan kialakított üveglencséket használnak, amelyek gyakran több egyedi lencseelemből állnak, amelyek jobban képesek szabályozni a fényhullámok hajlítását. .
Az objektív lencse
(a vizsgált tárgyhoz legközelebb eső) egy távcső konvex alakú, ami azt jelenti, hogy a közepe vastagabb, mint a külső. Konvergens lencseként ismert, felfogja a fényt egy távoli tárgyról, majd a fénytörés révén meggörbül és összeáll (konvergál), amikor áthalad az üvegen. a fényhullámok ezután az objektív mögötti pontra fókuszálnak.
A szemlencse lencse
majd felveszi ezt a fókuszált fényt és felnagyítja, majd továbbítja a szemedbe.
Nagyítás
Először is a fény a témából és egy valós képből indul kiAaz objektív lencse állítja elő. Ezt a képet ezután egy szemlencse nagyítja, és virtuális képként tekinti megB. Az eredmény az, hogy a nagyított tárgyak úgy néznek ki, mintha előtted lennének, és közelebb lennének a tárgyhoz.
6x, 7x, 8, 10x vagy több.
A kép nagyításának mértékét az objektív lencse fókusztávolságának és a szemlencse gyújtótávolságának hányadosa határozza meg.
Így például a 8-as nagyítási tényező olyan virtuális képet fog készíteni, amely 8-szor nagyobbnak tűnik, mint a téma.
Az, hogy mekkora nagyításra van szüksége, a rendeltetésszerű használattól függ, és gyakran tévedés azt feltételezni, hogy minél nagyobb a teljesítmény, annál jobb a távcső, mivel a nagyobb nagyítás számos hátránnyal is jár. További információért tekintse meg ezt a cikket: Nagyítás, stabilitás, látómező és fényerő
Ahogy a fenti ábrán is látható, a virtuális kép fordított. Az alábbiakban megvizsgáljuk, miért történik ez, és hogyan lehet orvosolni:
Fejjel lefelé fordított kép
Ez nagyszerű, és a történet itt véget is érhet, ha egyszerűen csak egy távcsövet készít olyan célokra, mint a csillagászat.
Valójában egyszerűen készíthet egy egyszerű távcsövet, ha két lencsét vesz és egy zárt csővel elválasztja egymástól. Valójában nagyjából így készült el az első teleszkóp.
Amit azonban észrevesz, ha átnéz rajta, az az, hogy a látott kép fejjel lefelé lesz fordítva és tükröződik. Ennek az az oka, hogy a domború lencse a fény áthaladását okozza, amikor konvergál.
Valójában ezt nagyon könnyen demonstrálhatja, ha egy nagyítót körülbelül karnyújtásnyira tart, és néhány távoli tárgyat néz rajta. Látni fogja, hogy a kép fejjel lefelé és visszatükröződik.
Ha távoli csillagokat nézünk, ez nem igazán jelent problémát, és sok csillagászati távcső valóban nem rektifikált képet készít, de a földi felhasználásnál ez probléma. Szerencsére van néhány megoldás:
Képjavítás
A távcső és a legtöbb földi távcső (távcső) esetében ennek két fő módja van: homorú lencsét használnak a szemlencséhez, vagy képet állítanak fel prizmát:
Galilei optika
A Galileo Galilei által a 17. században feltalált teleszkópokban használt Galilei Optika a szokásos módon konvex objektívlencsét használ, de ezt a szemlencse konkáv lencserendszerére cseréli.
Divergáló lencseként is ismert, a homorú lencse a fénysugarakat szétteríti (divergál). Tehát, ha megfelelő távolságra van elhelyezve a domború objektívlencsétől, megakadályozhatja a fény keresztezését, és így a kép megfordítását.
Alacsony költségű és könnyen elkészíthető, ezt a rendszert a mai napig használják az Opera & Theatre távcsöveken.
A hátrányok azonban az, hogy nehéz nagy nagyítást elérni, meglehetősen szűk látómezőt kapunk, és a kép szélein nagymértékben elmosódik a kép.
Ezen okok miatt a legtöbb felhasználásnál a prizmarendszert tekintik jobb alternatívának:
Kepleri optika prizmákkal
A Galilean Optics-tól eltérően, amely homorú lencsét használ az okulárban, a Kepleri optikai rendszer domború lencséket használ az objektívekhez, valamint a szemlencsékhez, és általában a Galileo tervezésének fejlesztéseként tartják számon.
A képet azonban még korrigálni kell, és ezt egy prizma használatával érjük el:
Javítsa ki a fordított képet
A legtöbb modern távcső tükörszerűen működik, felállító prizmákat használ, amelyek visszaverik a fényt, és így megváltoztatják a tájolást, javítva a képet.
Míg egy normál tükör tökéletes arra, hogy reggel nézze meg magát, távcsőben nem lenne jó, ha a fény egyszerűen 180 fokban visszaverődne, és visszaverődne oda, ahonnan jött, mivel akkor soha nem látná a képet.
Porro prizmák
Ezt a problémát először egy pár Porro prizma használatával oldották meg. Az olasz Ignazio Porro feltalálóról elnevezett, egyetlen porro prizma, mint egy tükör, szintén 180 fokban visszaveri a fényt abba az irányba, ahonnan jött, de a beeső fénnyel párhuzamosan, nem közvetlenül ugyanazon az úton.
Tehát ez valóban segít, mert lehetővé teszi, hogy két Porro prizmát egymáshoz képest derékszögben helyezzen el, ami viszont azt jelenti, hogy visszaverheti a fényt úgy, hogy az nem csak újrairányítja a fordított képet, hanem hatékonyan lehetővé teszi a folytatást is. ugyanabba az irányba és a szemlencsék felé.
Valójában ez a két, derékszögben elhelyezett Porro prizma adja a távcső hagyományos, ikonikus formáját, ezért a szemlencséik közelebb vannak egymáshoz, mint az objektívek.
Tetőprizmák
A Porro prizmán kívül számos más kialakítás is létezik, amelyek mindegyikének megvan a maga egyedi előnye.
Ezek közül kettő, az Abbe-Koenig prizma és a Schmidt-Pechan prizma olyan típusú tetőprizmák, amelyeket manapság általánosan használnak távcsövekben.
Ezek közül a Schmidt-Pechan prizma a legelterjedtebb, mert ez lehetővé teszi a gyártók számára, hogy kompaktabb, karcsúbb távcsövet állítsanak elő úgy, hogy az okulárok illeszkednek az objektívekhez. Hátránya, hogy számos speciális bevonatot igényelnek a teljes belső visszaverődés eléréséhez és a fáziseltolódásnak nevezett jelenség kiküszöböléséhez.
Miért rövidebb a távcső, mint a teleszkóp?
A prizmák használatának másik előnye az, hogy mivel a fény kétszer megfordul, amikor átmegy a prizmán, és így visszamegy önmagába, megnő az adott térben megtett távolság.
Ezért a távcső teljes hossza lerövidíthető, mivel az objektívlencsék és a szemlencse közötti szükséges távolság is csökken, és ezért a távcső rövidebb, mint az azonos nagyítású fénytörő távcső, mivel nincs prizmája.