Jak działają teleskopy?
Credit: NASA/JPL-Caltech
Teleskop to narzędzie, którego astronomowie używają do oglądania odległych obiektów. Większość teleskopów, w tym wszystkie duże teleskopy, działa dzięki zastosowaniu zakrzywionych zwierciadeł, które zbierają i skupiają światło z nocnego nieba.
Pierwsze teleskopy skupiały światło za pomocą kawałków zakrzywionego, przezroczystego szkła, zwanych soczewkami. Dlaczego więc dziś używamy luster? Ponieważ lustra są lżejsze i łatwiej niż soczewki mogą być idealnie gładkie.
Zwierciadła lub soczewki w teleskopie nazywamy „optyką”. Naprawdę potężne teleskopy mogą widzieć bardzo niewyraźne rzeczy i rzeczy, które są naprawdę daleko. Aby to osiągnąć, układy optyczne – czy to lustra, czy soczewki – muszą być naprawdę duże.
Im większe są lustra lub soczewki, tym więcej światła może zebrać teleskop. Światło jest następnie skupiane przez kształt układu optycznego. To właśnie światło widzimy, gdy patrzymy w teleskop.
Optyka teleskopu musi być niemal doskonała. Oznacza to, że lustra i soczewki muszą mieć odpowiedni kształt, aby skupiać światło. Nie mogą mieć żadnych plam, zadrapań ani innych wad. Jeśli mają takie problemy, obraz staje się zniekształcony lub zamazany i trudno go dostrzec. Trudno jest zrobić doskonałe lustro, ale jeszcze trudniej jest zrobić doskonałą soczewkę.
Soczewki
Teleskop z soczewkami nazywa się teleskopem refrakcyjnym.
Soczewka, podobnie jak w okularach, ugina przechodzące przez nią światło. W okularach światło jest dzięki temu mniej rozmazane. W teleskopie sprawia, że odległe rzeczy wydają się bliższe.
Prosty teleskop refrakcyjny wykorzystuje soczewki, aby obrazy były większe i lepiej widoczne. Credit: NASA/JPL-Caltech
Ludzie ze szczególnie słabym wzrokiem potrzebują grubych soczewek w swoich okularach. Duże, grube soczewki mają większą moc. To samo dotyczy teleskopów. Jeśli chcesz widzieć daleko, potrzebujesz dużej, mocnej soczewki. Niestety, duża soczewka jest bardzo ciężka.
Ciężkie soczewki są trudne do wykonania i trudno je utrzymać we właściwym miejscu. Ponadto, w miarę jak stają się coraz grubsze, szkło zatrzymuje więcej światła przechodzącego przez nie.
Ponieważ światło przechodzi przez soczewkę, jej powierzchnia musi być niezwykle gładka. Wszelkie skazy w soczewce zmienią obraz. Byłoby to jak patrzenie przez brudne okno.
Dlaczego lustra działają lepiej
Teleskop wykorzystujący lustra nazywa się teleskopem odbijającym.
W przeciwieństwie do soczewki, lustro może być bardzo cienkie. Większe lustro nie musi być również grubsze. Światło jest skupiane poprzez odbijanie się od lustra. Więc lustro musi mieć tylko odpowiedni, zakrzywiony kształt.
Jest o wiele łatwiej zrobić duże, prawie doskonałe lustro niż dużą, prawie doskonałą soczewkę. Również, ponieważ lustra są jednostronne, są one łatwiejsze niż soczewki do czyszczenia i polerowania.
Ale lustra mają swoje własne problemy. Czy kiedykolwiek patrzyłeś w łyżkę i zauważyłeś, że twoje odbicie jest do góry nogami? Zakrzywione lustro w teleskopie jest jak łyżka: odwraca obraz. Na szczęście rozwiązanie jest proste. Wystarczy użyć innych luster, aby odwrócić obraz.
Prosty teleskop odbijający wykorzystuje lustra, aby pomóc nam zobaczyć odległe obiekty. Credit: NASA/JPL-Caltech
Pierwszą zaletą stosowania luster jest to, że nie są one ciężkie. Ponieważ są znacznie lżejsze od soczewek, dużo łatwiej jest je wystrzelić w kosmos.
Teleskopy kosmiczne, takie jak Kosmiczny Teleskop Hubble’a i Kosmiczny Teleskop Spitzera, pozwoliły nam uchwycić widoki galaktyk i mgławic znajdujących się daleko od naszego Układu Słonecznego.
Ten obraz Mgławicy Krab powstał dzięki informacjom z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, Kosmicznego Teleskopu Spitzera, Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra, należącego do Europejskiej Agencji Kosmicznej teleskopu XMM-Newton oraz Very Large Array. Credit: NASA, ESA, NRAO/AUI/NSF and G. Dubner (University of Buenos Aires)