Учебник - Общий курс физики. Оптика - Сивухин Д.В. (1238764), страница 42
Текст из файла (страница 42)
е. зрительная труба является телескопической оптической системой. Увеличение (угловое) таких систем равно отношению ширины падающего пучка лучей к ширине соответствующего выходящего пучка, нли отношению фокусного расстояния объектива г, к фокус- 1тз оптичвскив инстээмвнты ному расстоянию окуляра 1, (см. 5 11, пункт 10). О нормальном увеличении подробно говорилось в пункте 4 предыдущего параграфа. Лучи, падающие на объектив зрительной трубы, наклонены под малыми углами к главной оптической оси. Поэтому нет надобности в тщательном исправлении аберрацйй, зависящих от этих углов. Объективом служит ахроматическая двойная линза, исправленная на сферическую аберрацию.
Кома, т. е. отступление от условия синусов, может быть исправлена ие столь тщательно. Ахроматизация окуляра должна удовлетворять тем же условиям, что н в случае микроскопа: если главный луч падает на окуляр под небольшим углом к главной оптической оси, то можно ограничиться ахроматизацией только фокусного расстояния. Поэтому для микроскопов и зрительных труб можно пользоваться одними и теми же окулярами. Рис. 96. Если требуются микрометрические измерения изображения (как в астрономических.
трубах), то предпочтительнее пользоваться окуляром Рамсдена, а не Гюйгенса. На рис. 96 изображен ход лучей в зрительной трубе Кеплера (для простоты сложный окуляр заменен простой собирательной линзой). Эта труба дает перевернутое изображение. Чтобы устранить этот недостаток, за изображением АВ, даваемым объективом, на двойном фокусном расстоянии помещают добавочную ахроматизованную собирательную линзу, которая переворачивает изображение АВ, не меняя его величины. Полученное изображение и рассматривается в окуляр.
Окончательное изображение, которое видит глаз, получается прямым. В трубе Галилея окончательное изображение получается прямым без введения промежуточной линзы. Это достигается тем, что в качестве окуляра применяется простая двояковогнутая линза, передний фокус которой Р, совпадает с задним фокусом объектива Р; (рис. 97). Поле зрения галилеевой трубы невелико. Зато при том же обьективе галилеева труба значительно короче кеплеровой. ,Поэтому труба с отрицательным окуляром применяется только в театральных биноклях. В обыкновенном бинокле, состоящем из двух зрительных труб, переворачивание изображения, даваемого объективом, достигается 1Т« ГЕОМЕТР1[ЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ОПТИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИИ [ГЛ 11 в каждой трубе с помощью четырехкратного полного отражения от гипотенузных поверхностей двух прямоугольных стеклянных призм А и В, расположенных, как показано на рис.
98. Луч выходит из О, Рис. 97, призмы В параллельно падающему лучу, но получает боковое смещение. В остальном устройство зрительной трубы не отличается от устройства трубы Кеплера. Так как луч проходит расстояние между призмами трижды, то можно значительно уменьшить длину трубы, раздвигая призмы А и В друг относительно друга. При несколько иной конструкции можно получить бинокулярную трубу, у которой расстояние между объективами во много раз превышает расстояние между глазами наблюдатеГ= Ю ля.
В такой «стереотрубе» сильно увеличивается стереоскопический аффект, обусловленный зрением двумя глазаз[и. 9. Астрономические трубы, или телескопы, быРис. 98. вают двух типов: прелом- ляющие [рефракторы) и отражающие (рефлекторы). В преломляющих объективом служит линза, в отражающих — вогнутое зеркало, называемое главным зеркалом. Изготовление объективов для телескопов-рефракторов представляет большие трудности, быстро возрастающие с увеличением размеров объектива.
Главная трудность состоит в получении большого диска стакла с вполне однородным показателем преломления и отсутствием натяжений. Последние снимаются медленным отжигом стекла, длящимся месяцами. Необходима большая точность в изготовлении сферических поверхностей, в центровке и сборке линз. Влияние неизбежных небольших случайных отклонений от полной однородности показателя преломления стекла устраняется дефор- 175 Э м1 ОПТИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ мацией точных сферических поверхностей объектива путем местной полировки — ретуши. Изготовление объектива для рефракторов больших обсерваторий тянегся годами. Самым крупным рефрактором в настоящее время является телескоп Иеркской обсерватории в США.
Диаметр его объектива составляет 40 дюймов (1 м). Диаметр объектива рефрактора Главной астрономической обсерватории АН СССР в Пулкове равен 30 дюймов (75 см). Значительно легче изготовить главное зеркало телескопа„так как свет не проходит сквозь стекло, и последнее может быть менее гысокого качества, но должно быть лишь хорошо отожжено. Такое стекло может быть отлито в диски огромного размера.
Поэтому крупнейшими являются отражательные телескопы (рефлекторы). Самый крупный телескоп с диаметром главного зеркала 6 м недавно установлен в СССР на северных отрогах Кавказского хребта вблизи станицы Зеленчукской. До этого самым крупным был телескоп в обсерватории Маунт Паломар (Калифорния, США) с диаметром главного зеркала 5 м. Отражающая поверхность главного зеркала телескопа-рефлектора шлифуется на стекле, Ей придают. форму параболоида, чтобы лучи, параллельные главной оптической оси, собирались в фокусе параболоида. При изготовлении поверхности зеркала сначала придают форму сферы, радиус которой Й почти в точности равен удвоенному фокусному расстоянию Г параболоида.
Затем производят параболизацию этой поверхности путем снятия шлифовкой (ретушью) тонкого слоя стекла на центральной части зеркала. В наиболее толстом месте, как нетрудно подсчитать, толщина слоя должна составлять '!, (СЯ)' 7т', где г — радиус кривизны зеркала. При г = 50 см, à — 5 м для этой толщины получаем 7,8 10 ' см, т. е. примерно 15 длин волн желто-зеленого света. Отражающая поверхность зеркала покрйвается тонким слоем серебра, алюминия или родня. С течением времени под действием воздуха отражательная способность металлкческого слоя постепенно уменьшается. Серебряный слой должен обновляться примерно каждые полгода. Алюминиевый слой более устойчив и держится годами.
Еще лучшие результаты дает покрытие зеркала слоем родня. Важное преимущество зеркального телескопа перед рефрактором состоит в том, что этот телескоп абсолютно ахроматичен. Это позволяет не только работать со светом любой окраски, но н значительно повысить светосилу телескопа с соответствующим уменьшением его длины. Свет должен дважды пройти трубу рефлектора, прежде чем он соберется в фокусе.
Поэтому требуется небольшое вспомогательное зеркало (или призма), чтобы сместить фокальную плоскость в более удобное положение для наблюдения глазом или помещения фотографической пластинки. В зеркальном телескопе Ньютона плоское вспомогательное зеркало з смещало фокус Е вбок, как указано !76 ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ОПТИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИИ !ГЛ. и на рис. 99 (на этом и последующих рисунках окуляр не изображен, указано только смещенное положение г фокуса оптической системы).
В телескопе Вильяма Гершеля (рис. !00) вспомогательного зеркала нет, главный фокус г смещается вбок трубы путем небольшого Рис. 99. наклона главного зеркала О. За несколько лет до Гершеля такой телескоп был изобретен Ломоносовым, но его изобретение оставалось неизвестным вплоть до начала ХХ века, Недостаток системы Ломоносова — Гершеля состоит в том, что изображение получается не на Рис. !00. главной оптической оси.
Это ухудшает качество изображения. Впрочем, сам Гершель пользовался столь длиннофокусными зеркалами, что требовались лишь небольшие углы наклона, н ухудшение изображения было незначительным. Рис. !О!. В системе Кассегрена (рис. 101) применяется выпуклое гипейболическое зеркало з, располагающееся на главной оптической оси несколько ближе фокуса главного зеркала 3. Фокус гиперболической поверхности вспомогательного зеркала з совпадает с фокусом 177 Э 241 оптические инстеэменты главного зеркала Я. После отражения лучей от зеркала э образуется новый фокус Р оптической системы, совпадающий со вторым фокусом гиперболической поверхности зеркала з.
Лучи выходят из системы через отверстие в центре главного зеркала 3 и попадают в окуляр или на фотопластинку. Сходное устройство имеет телескоп Грегори (рис. 102). Здесь вспомогательным зеркалом з служит вогнутое эллиптическое зеркало, располагающееся на главной оптической оси несколько дальше фокуса главного зеркала 5. Фокус зеркала Б совмещается с перзым фокусом эллиптического зеркала э. Смещенный фокус Р всей оптической системы получается в точке нахождения второго фокуса эллиптической поверхности зеркала э.
Лучи также выходят из Рис. 102. системы через отверстие в центре главного зеркала 5 и попадают в окуляр или на фотопластинку. По качеству изображения телескоп Грегори несколько превосходит телескоп Кассегрена. Но для него требуется гораздо более длинная труба. По этой причине система Грегори почти никогда не применяется. 10. Камера Шмидта и менисковые системы М а к с у т о в а. Придание отражающей поверхности главного зеркала телескопа параболической формы, а также использование в качестве вспомогательных эллиптических н гиперболических зеркал устраняет сферическую аберрацию, но сохраняет все прочие геометрические аберрации, так как геометрические фокусы параболоида, эллипсоида и гиперболоида являются только анаберрационаыжи, ио не алланатическини точками. Зеркальным объективам телескопов всегда свойственны значительные аберрации комы и астигматизма. Вследствие этого поле зрения, где получаются четкие изображения, у этих приборов невелико и измеряется минутами, а в лучших случаях — десятками минут.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
