Файл: Уллерих К. Ночи у телескопа путеводитель по звездному небу.pdf

Рис. 40. Образование изображения в астрономическом телескопе.

М ' — о б р а т н о е д е й с т в и т е л ь н о е и з о б р а ж е н и е о б ъ е к т и в а ; М" — о б ­ р а т н о е м н и м о е у в е л и ч е н н о е и з о б р а ж е н и е , к о т о р о е о к у л я р с т р о ? и т н а с е т ч а т к е г л а з а ( д л и н а т е л е с к о п а F -\- /, у в е л и ч е н и е F / f ).

струментами для наблюдения неба (рис. 39). Тубус трубы содержит две системы линз. Одна из них, обращенная к объекту (свети­ лу), называется объективом и дает по воз­ можности подобное светилу, но обратное изображение. Преломленные объективом лу­ чи встречаются в фокальной плоскости, пер­ пендикулярной оптической оси (средней ли­ нии) телескопа. Расстояние от объектива до фокуса, лежащего на оси, называют фокус­ ным расстоянием объектива (рис. 40). Чем больше фокусное расстояние объектива, тем больше размеры изображения.

Построенное объективом обратное изобра­ жение рассматривается далее с помощью вто­ рой системы линз — окуляра. Окуляр дей­ ствует как лупа, он дополнительно увеличи­ вает изображение объектива. Что картина ос­

244

тается перевернутой, не мешает астроному он охотно мирится с переменой северного и южного, восточного и западного направле­ ний, в то время как восстановление ориента­ ции повлекло бы за собой лишние потери света. Чем короче фокусное расстояние оку­ ляра, тем больше его собственное увеличение и тем больше размер изображения.

Таким образом, общее увеличение систе­ мы зависит от фокусных расстояний обеих систем линз в телескопе. Его можно вычис­ лить по формуле

Фокусное расстояние объектива Увеличение = Фокусное расстояние окуляра

Так как окуляр телескопа является сменной линзой, то окуляры с различным фокусным расстоянием обеспечивают различные увели­ чения.

2. Зеркальные телескопы (рефлекторы)

Благодаря возможности изготовлять все большие стеклянные линзы (прежде всего отливать их) диаметр объектива можно было увеличивать все больше и больше. Но так как это увеличение имеет технические границы, то уже давно пришли к мысли о том, чтобы вместо линзы поставить на ее место большое зеркало. Такие зеркала изготовлять легче, чем большие линзы из стекла. Во-первых, в случае зеркала обработки (шлифовки) требу­ ет лишь одна поверхность, во-вторых, они мо­ гут состоять из намного более толстого стекла, чем оно лучше защищается от повреждения

245

ПО КАССЕГРЭНУ

Рис. 41. Устройство зеркального телескопа систем Кассегрена и Ньютона.

(кроме того, зеркало поддерживается крепле­ нием на его стороне, не обращенной к объек­ ту). Каждый телескоп с отверстием более мет­ ра (диаметр объектива) является зеркальным.

Цель применения вогнутого полированно­ го зеркала в рефлекторах состоит в том, что­ бы при помощи его построить по возможнос­ ти яркое изображение объекта. Так как та­ кое зеркало (несмотря на его преимущества, на которых мы здесь не можем подробно ос­ танавливаться) не является «прозрачным», как объектив, то встает вопрос, как изображе­ ние, построенное зеркалом в его фокусе внут­ ри тубуса телескопа, сделать доступным для наблюдения глазом.

246

На рис. 41 показаны два возможных ва­ рианта. Конструкция Ньютона содержит на оптической оси малое плоское зеркало, кото­ рое меняет ход лучей, направляя их под пря­ мым углом в сторону, к окуляру.

В систему Кассегрена включено выпуклое «улавливающее» зеркало, которое направля­ ет лучи к окуляру через отверстие в центре главного зеркала. Во многих рефлекторах чувствительное к изменениям температуры зеркало и окуляр помещаются не в одном жестком тубусе трубы, а поддерживаются в необходимом взаимном положении при по­ мощи конструкции стержней. Зеркальные ин­ струменты дают возможность получать зна­ чительно более яркие изображения.

Монтировка

Большое значение для правильной работы . телескопа имеет его установка. Чтобы защи­ тить инструмент от сотрясений, он вместе со своей монтировкой ставится на основание в виде колонны, не связанной с окружающим ее зданием. Таким образом, колебания по­ следнего не передаются инструменту. При этом большую роль играет также то, что инструмент допускает точное и удобное для работы сопровождение небесного свода.

Здесь выручает параллактическая мон­ тировка (рис. 42). Сущность ее состоит в сле­ дующем : телескоп может вращаться вокруг двух осей — часовой оси и оси склонения. Часовая ось параллельна земной оси (она должна выставляться в каждом месте на­ блюдения в соответствии с его широтой) и

247

Телескоп

Противовес

Ось склонения

Колонна

Рис. 42. Параллактическая монтировка.

направлена на полюс мира. Так как видимое вращение неба происходит вокруг земной оси (ось мира), то необходимо только двигать телескоп с той же скоростью вокруг часовой оси; тогда каждая звезда, пойманная в поле зрения, остается в нем. Слежение ведется с помощью точных механических или электри­ ческих приводных устройств, которые обыч­ но управляются точными астрономическими часами, идущими по звездному времени.

Наиболее крупные современные телеско­ пы — рефлекторы с очень большими диа­ метрами зеркал. Крупнейший инструмент в

248

Европе установлен в Таутенбурге близ Иены1 (диаметр зеркала 200 слг); в СССР заплани­ ровано строительство 6-метрового рефлекто­ ра. Крупнейший рефлектор в мире (диаметр зеркала 5 ж) находится в Калифорнии, круп­ нейший рефрактор (с диаметром объектива 102 см и фокусным расстоянием 18 м) — в Чикаго.

Разумеется, телескопы представляют со­ бой самую значительную часть астрономиче­ ского «арсенала», но в следующем разделе мы будем иметь возможность убедиться в том, что астрономы располагают еще и ря­ дом других инструментов для исследования небесных тел и процессов во Вселенной.

Методы исследования

Днем и ночью работают астрономы в на­ учных обсерваториях Земли. Кроме описан­ ных исследовательских работ, к их задачам относятся и такие, которые должны быть по­ ставлены на службу ежедневным практиче­ ским потребностям человека. Из большого числа таких задач некоторые мы рассмотрим подробнее, чтобы понять их сущность и зна­ чение.

Служба времена — одна из тех задач, ко­ торые должны выполняться непрерывно. На­ ши сутки как основная единица времени яв­ ляются производными от вращения Земли. День начинается и кончается в момент ниж­

1 В СССР недавно вступил в строй телескоп-реф­ лектор с диаметром зеркала 2,6 м (Крымская астро­ физическая обсерватория). — Прим, перев.

249

ней кульминации Солнца, т. е. в момент его самого глубокого положения под горизон­ том.

Уже при рассмотрении поясного времени мы выяснили, что эта кульминация в местах с различной географической долготой прихо­ дится на разное время. Но кроме различия, обусловленного этим, существует еще и дру­ гое, которое усложняет счет времени. Соглас­ но второму закону Кеплера, Земля движется по своей орбите вокруг Солнца не с постоян­ ной скоростью: на участках орбиты, более близких к Солнцу, ее скорость больше. По­ этому и Солнце в разные времена года куль­ минирует в одном и том же пункте не в одно время, причем время верхней кульминации может отличаться до четверти часа от куль­ минации «среднего» Солнца. Такая непра­ вильная последовательность моментов куль­ минации, естественно, не может служить ос­ новой точного счета времени. Поэтому в ос­ нову счета времени астрономы положили видимое движение среднего Солнца, причем принимается, что Земля движется вокруг Солнца по круговой орбите совершенно рав­ номерно.

Следовательно, правильно сделанные сол­ нечные часы показывают не среднее, а ис­ тинное местное время. Чтобы поставить часы по солнечным часам, следует прежде всего прибавить или вычесть из их показаний раз­ ность между истинным и средним временем, т. е. истинным и средним Солнцем (так назы­ ваемое уравнение времени). В результате по­ лучится местное время, которым можно без

250

Рис. 43. Меридианный круг.

изменения пользоваться в данном часовом поясе *.

Для осуществления службы точного времени ежедневно производятся наблюде­ ния и измерения, например, с меридианным кругом (рис. 43). Это инструмент, который может двигаться только в плоскости мери­ диана. В окуляр телескопа вмонтирован крест нитей. В момент прохождения светила1

1 Здесь автор допускает неточность: чтобы полу­ чить поясное время, необходимо учесть еще разность между долготой места и номером часового пояса, вы­ раженного в часах. Население СССР живет по так на­ зываемому декретному времени, для получения кото­ рого следует к поясному времени прибавить один час. — Прим. перев.

251

через середину поля зрения с помощью кон­ тактного устройства дается точная метка вре­ мени. По данным таких наблюдений контро­ лируются высокоточные часы обсерватории.

На астрономических обсерваториях поль­ зуются очень точными маятниковыми часа­ ми. Они содержатся при строго определенном давлении воздуха и постоянной температу­ ре, чтобы устранить все внешние влияния на точность хода часов. В настоящее время им на смену приходят еще более точные квар­ цевые часы [а также атомные и молекуляр­ ные стандарты частоты и времени.— Перев.].

Значение спектрального анализа, осу­ ществляемого при помощи особых инстру­ ментов, уже подчеркивалось выше.

Совсем молодой наукой, если сравнивать ее с астрономией, является радиоастроно­ мия — новое направление в исследовании неба. Несмотря на это, радиоастрономия уже блестяще «отметила» свое рождение. Это от­ носится в особенности к изучению строения нашей Галактики, других галактик и вообще доступной в настоящее время части Вселен­ ной.

Для приема очень слабого радиоизлуче­ ния применяются антенны большой площади, в некоторой степени подобные оптическим рефлекторам (рис. 44). Например, подвижное параболическое «зеркало» из мелкой сетки отражает падающие волны и собирает их в фокусе. Здесь расположены, как и в технике ультракоротких волн, диполи [или облучате­

252

Дипольная

антенна

Рис. 44. Радиотелескоп и его схема.

1 см до 10 м. Излучение можно слушать, сни­ мать отсчеты по прибору или вести его не­ прерывную запись.

Поскольку вследствие значительно боль­ шей длины радиоволн по сравнению с опти­ ческими радиотелескопы по разрешающей способности уступают оптическим в миллио­ ны раз, они должны быть очень больших раз­ меров, чтобы разрешать дискретные источ­ ники радиоизлучения малого диаметра *. Крупнейший до сих пор инструмент в Джодрелл Бэнк, Англия, имеет диаметр 76 м; крупнейший немецкий радиотелескоп (диа-1

1 Еще в 1961 г. в Англии с помощью радиоинтер­ ферометра были измерены угловые диаметры ряда ис­ точников радиоизлучения величиной несколько угло­ вых секунд; в 1963 г. в США были измерены коор­ динаты многих радиоисточников с точностью до нес­ кольких угловых секунд. — Прим, перев.

253