Teleskops: kas tas ir, darbības princips un galvenie veidi astronomijā
Teleskops ir svarīgs astronomijas instruments, kas savāc gaismu vai citus elektromagnētiskos viļņus un koncentrē tos uz vienu punktu, lai attēls kļūtu spožāks un sīkāk redzams. Daži teleskopi to panāk ar izliektiem spoguļiem, daži ar izliektiem objektīviem, bet ir arī tā sauktie katadioptriskie dizaini, kuros apvieno abus principus. Ar teleskopiem tālumā esošie objekti izskatās lielāki, spilgtāki un tuvāki, ļaujot pētīt zvaigznes, galaktikas, planētas un citus debess ķermeņus.
Īsa vēsturiskā piezīme
Pirmais teleskops tika izgudrots Nīderlandē 1608. gadā, bet Galilejs bija pirmais zinātniski izmantojušais teleskopu astronomijā, novērojot Mēness virsmas reljefu, Jupitera pavadoņus un Venēras fāzes. Kopš tā laika teleskopi ir attīstījušies no vienkāršiem lupu tipa instrumentiem līdz milzīgiem zemes un kosmosa observatoriju kompleksiem.
Kā darbojas teleskops?
Teleskopa galvenie uzdevumi ir:
- Gaismas vai citu viļņu kolekcija (apertūra) — lielāks spoguļa vai objektīva diametrs nozīmē vairāk savāktās enerģijas un spožāku attēlu.
- Palielinājums un fokuss — okulārs vai detektors izmanto teleskopa fokusēto gaismu, lai radītu palielinātu attēlu; svarīga ir arī fokālā garuma attiecība.
- Izšķirtspēja — spēja atšķirt divus blakus esošus objektus; to nosaka apertūra un gaismas viļņu garums.
Praktiski tas nozīmē, ka teleskops savāc vājāku starojumu un consolodē to, lai detektors vai acs to varētu analizēt. Modernos teleskopos bieži iekļauj arī spektrālās ierīces (spektrografus), kas ļauj noteikt objektu ķīmisko sastāvu, temperatūru un kustību.
Pamata veidi
Starp galvenajām optiskā tipa konstrukcijām ir:
- Refraktori — izmanto objektīvus (stikla lēcas). Tie sniedz skaidru attēlu, taču lielu lēcu ražošana ir dārga un smaga.
- Reflektori — izmanto spoguļus, piemēram, Ņūtona teleskopi. Spoguļu izgatavošana ir ērtāka lielos diametros, un tie parasti piedāvā labāku izmaksu/efektivitātes attiecību.
- Katadioptriskie — apvieno spoguļus un lēcas, radot kompakta izmēra teleskopus ar labām optiskajām īpašībām.
Amatieru un profesionālo sistēmu variācijas ietver arī īpašus dizainus (piem., Kassegrēna, Schmidt–Cassegrain, Maksutov). Daži teleskopi ir optimizēti konkrētām uzdevumu grupām: liela izmēra observatorijas rūpīgai, dziļai fotometrijai un spektroskopijai; astrogrāfi — zvaigžņu un ķermeņu plakņu kartēšanai; un instrumenti nezināmu objektu, piemēram, asteroīdu, meklēšanai.
Teleskopi dažādos viļņu garumos
Terminu "teleskops" plaši lieto attiecībā uz instrumentiem, kas novēro redzamo gaismu, taču pastāv arī teleskopi citos diapazonos, ko mēs neredzam:
- Radioteleskopi — darbojas kā lielas radioantenas vai šķīvji un pēta zemas enerģijas viļņus; paraugi ir interferometru tīkli, piemēram, VLA vai ALMA.
- Infrasarkanie teleskopi — darbojas siltuma viļņu diapazonā; tiem bieži jābūt atdzesētiem, jo visas siltas ķermeņi izstaro infrasarkano starojumu.
- Ultravioletie, rentgena un gamma staru teleskopi
Rentgena un gamma staru novērojumiem ir īpaša problēma — īpaši augstas enerģijas fotoni cauriet cauri daudzam metālam un stiklam. Lai tos efektīvi fokusētu, izmanto speciālus spoguļu sakopojumus, kur spoguļi ir izvietoti kā gredzeni viens otrā un stari tiek atstaroti ļoti nelielā leņķī (t.s. grazējošā incidences princips). Šādus instrumentus bieži izvieto kosmosā, jo lielākā daļa augstas enerģijas starojuma neiekļūst līdz Zemei.
Kosmosa teleskopi un atmosfēra
Daudzi teleskopi tiek uzstādīti orbītā kā kosmosa teleskopi, lai Zemes atmosfēra netraucētu novērojumus. Atmosfēra izkliedē un absorbcē noteiktus viļņu garumus, pazemina izšķirtspēju un rada redzes kvalitātes svārstības (atmosfēras redzamo „mirgošanu”). Lai to kompensētu, zemes observatorijās izmanto adaptīvo optiku, augstkalnu vietas ar plānu atmosfēru un interferometriju, kurā savieno vairākus teleskopus kopējai augstākai izšķirtspējai.
Mūsdienu tehnoloģijas un lieli projekti
Moderni teleskopi bieži izmanto:
- Sekmentētus spoguļus — ļauj veidot ļoti lielas spoguļu virsmas (piem., Keck teleskopi, un kosmosa projekti kā James Webb);
- Adaptīvo optiku — reāllaikā koriģē atmosfēras izkropļojumus;
- Interferometriju — kombinē signālus no vairākiem radioteleskopiem, lai iegūtu ļoti augstu izšķirtspēju;
- Spektrografiju un CCD/modernus detektorus — ļauj iegūt ļoti precīzus attēlus un spektrus.
Praktiski aspekti un amatieru lietošana
Ne visi teleskopi tiek izmantoti striktai zinātniskai astronomijai. Daži ikdienā sastopami instrumenti, kas tehniski ir teleskopi, ir binokļi, fotoaparātu lēcas vai spoguļbrilles. Amatieriem svarīgākie parametri, izvēloties teleskopu, ir apertūra (diametrs), montējums (platums/ekvatoriālais) un portableitāte. Liela apertūra nozīmē labāku gaismas vākšanu un izšķirtspēju, taču arī lielāks svars un cena.
Kopsavilkums
Teleskops ir daudzpusīgs instruments, kas ļauj izzināt Visumu visdažādākajos viļņu garumos. Gan profesionālās observatorijas, gan amatieri izmanto plašu tehnoloģiju klāstu — no vienkāršiem refraktoriem līdz sarežģītām kosmosa observatorijām un radiointerferomentriem — lai pētītu zvaigznes, galaktikas, eksoplanētas, asteroidus un citus fenomēnus. Izvēle par labu konkrētam teleskopam atkarīga no novērojumu mērķa, pieejamā budžeta un nepieciešamā viļņu diapazona.
Maza, veca spoguļbrille
Liels, moderns teleskops
Jautājumi un atbildes
Q: Kas ir teleskops?
A: Teleskops ir instruments, ko izmanto, lai tālus objektus ar neapbruņotu aci padarītu tuvākus un spilgtākus. Tas tiek panākts, savācot gaismu un novirzot to uz vienu punktu, parasti izmantojot izliektus spoguļus vai lēcas, vai abus.
J: Kas izgudroja pirmo teleskopu?
A: Pirmais teleskops tika izgudrots Nīderlandē 1608. gadā.
J: Kā darbojas teleskopi, izmantojot tikai aci?
A: Ja teleskopu izmanto tikai ar aci, ir jāizmanto okulārs, kas izmanto divas vai vairākas mazākas lēcas, lai palielinātu attēlu un to varētu fokusēt.
J: Kāda veida teleskops ir nepieciešams, lai novērotu dziļas debess objektus?
A: Dziļo debess objektu novērošanai ir nepieciešams Go-to teleskops, un tas ir jāuzstāda uz Alt-Azimuth montāžas, lai tā ass būtu vērsta pret Polārzvaigzni; to sauc par polāro izlīdzināšanu.
J: Kas ir amatieru teleskopi?
A: Amatieru teleskopi ir mazāki nekā profesionālie, un parastam cilvēkam tie nemaksā pārāk daudz naudas, lai tos iegādātos. Daži populāri amatieru teleskopu veidi ir Dobsona teleskopi, kas ir Ņūtona teleskopa veids.
J: Vai ir teleskopi, kas uztver viļņu garumus, kurus mēs neredzam?
A: Jā, ir teleskopu veidi, kas uztver infrasarkano gaismu, radioviļņus, rentgena un gamma starus, kuri visi tiek atstaroti dažādos veidos, jo tie iziet cauri lielākajai daļai metālu un stiklu. Šāda veida teleskopi parasti ir jāuztur auksti vai jānovieto kosmosā, lai Zemes atmosfēra tos netraucētu.
J: Kādam nolūkam galvenokārt izmanto teleskopus?
A: Teleskopus galvenokārt izmanto debesu objektu, piemēram, zvaigžņu, planētu u. c., vērošanai, taču tos var izmantot arī parastie cilvēki.
