Телескоп, історія винаходу

Галілей у 1611 році  описав, як можна було б зробити телескоп з опуклою лінзою об'єктива і опуклою лінзою окуляра. У 1655 році астроном Христия́н Гю́йгенс, будував потужні, але неповороткі телескопи Кеплера зі з'єднаними окулярами. 

Ганс Ліпперсгей є першою людиною, яка документально подала заявку на патент винаходу телескопа.

Ісаа́ку  Нью́то́ну приписують будівництво першого «практичного» рефлектора в 1668 році з конструкцією, яка складалася з невеликого плоского діагонального дзеркала для відбиття світла в окуляр, встановленого на стороні телескопа.

Лоран Кассегрен у 1672 році описав конструкцію рефлектора з невеликим опуклим вторинним дзеркалом для відбиття світла через центральний отвір в головному дзеркалі. Ахроматичні лінзи, які значно знижують колірні аберації в об'єктиві, дозволили зробити телескоп більш коротким і більш функціональним. Такий телескоп з'явився в 1733 році, його зробив Честер Мур Голл, але він не оприлюднив його.

Джон Доллонд  дізнався про винахід Голла і почав виготовляти телескопи і використовувати їх у комерційних цілях з 1758 року. Важливими подіями в історії рефлекторних телескопів було створення Джоном Гедлі великих параболоїдальних дзеркал в 1721 році, процес сріблення дзеркал, введений Жаном Фуко в 1857 році і прийняття довгострокового алюмінізованого покриття на рефлектор дзеркала в 1932 році. Майже всі великі оптичні дослідні телескопи, що використовуються сьогодні — рефлекторні. 

Оптичний телескоп — це оптична система, що складається з об'єктива і окуляра, задня фокальна площина першого суміщена з передньою фокальною площиною другого. У фокальну площину об'єктива замість окуляра може поміщатися фотоплівка або матричний приймач випромінювання. У такому випадку об'єктив телескопа, з точки зору оптики, є фотооб'єктивом. Оптичні системи дзеркальних телескопів поділяються за типами використовуваних об'єктів.

Перший телескоп-рефрактор був сконструйований 1609 Галілеєм.

Галілей, ґрунтуючись на чутках про винахід голландцями зорової труби, розгадав її пристрій та виготовив зразок, який уперше використав для астрономічних спостережень. Перший телескоп Галілея мав апертуру 4 сантиметри, фокусну відстань близько 50 сантиметрів та ступінь збільшення 3x. Другий телескоп мав апертуру 4,5 сантиметри, фокусну відстань 125 сантиметрів, ступінь збільшення 34х. Усі телескопи Галілея були дуже не досконалі, але незважаючи на це, протягом двох перших років спостережень йому вдалося виявити чотири супутники планети Юпітер, фази Венери, плями на Сонці, гори на поверхні Місяця (додатково була виміряна їхня висота), наявність у диску Сатурна придатків у двох протилежних точках (природу цього явища Галілей розгадати не зміг).

Будова рефрактора: У конструкції рефлектора використовується увігнуте дзеркало, розташоване в кінці труби. Увігнуте дзеркало віддзеркалює зібране світло назад на значно менше дзеркало, яке знаходиться посередині або спереду труби. Потім маленьке дзеркало віддзеркалює світло на окуляр, який вже і надасть картинку об'єкту.

Для отримання зображення в телескопах використовують лінзи або дзеркала. На жаль, у результаті використання обох цих елементів виникають викривлення зображення, які називають абераціями. Аберації, подібні до астигматизму та викривлення поля зору є характерними і для лінз, і для дзеркал.

Астигматизм є результатом того, що різні частини лінзи або дзеркала збирають потік світла в дещо різних точках фокальної площини. Спроби виправлення астигматизму можуть призвести до викривлення поля зору на поверхні лінзи або дзеркала, коли світло концентрується вздовж певної кривої, а на площині.

Крім того, існують ще аберації, специфічні для лінз та дзеркал.

Хроматична аберація є особливістю телескопів, у яких для збирання потоку світла використовуються лінзи. Основною причиною є те, що фокусна відстань лінзи залежить від довжини хвилі світла, тобто точка фокуса для блакитних променів відрізняється від точки фокуса для червоних променів світла. Результатом є втрата зображенням чіткості. Зменшити вплив наслідків хроматичної аберації можна додаванням у систему коригувальних лінз. Сферична аберація також може бути проблемою для лінз. Її причиною є форма лінзи. Використання сферичних поверхонь не дає змоги зібрати світло в одній точці, тому в оптиці використовують параболічні поверхні. Але навіть використання ідеальних параболічних поверхонь не дає ідеальних результатів, оскільки існує коматична аберація. Її причиною є залежність фокусної відстані від кута між напрямком променя світла, що падає на об’єктив, та оптичною віссю системи. У результаті зображення точок, що не лежать на оптичній вісі, видовжуються: замість точок виходять лінії.

Нині термін «телескоп» вживається не тільки для позначення оптичних телескопів. Радіотелескопи є антенами і призначені для спостережень у діапазонах електромагнітних хвиль, невидимих для людського ока: гамма, рентгенівському, ультрафіолетовому, інфрачервоному та радіодіапазоні. Подекуди термін «телескоп» застосовують і для детекторів інших типів, таких як нейтринний телескоп, гравітаційно-хвильовий телескоп, черенковський телескоп (для реєстрації космічних променів).

Аслан Еміне, 9А

Радіоастрономія — це галузь астрономії, яка вивчає небесні об’єкти та явища шляхом аналізу радіохвиль, що випромінюються або відбиваються від них. На відміну від оптичної астрономії, яка спостерігає видиме світло, радіоастрономія реєструє електромагнітне випромінювання в діапазоні радіочастот.

Початок відкриття космічного радіовипромінювання.

У 1932 році американський інженер Карл Янський, працюючи в Bell Telephone Laboratories, виявив радіошуми, що надходили з центру Чумацького Шляху. Це відкриття стало першим свідченням існування радіохвиль космічного походження.

Перші кроки в дослідженнях.

У 1937 році Гроут Ребер побудував перший параболічний радіотелескоп у власному дворі, довівши, що можна систематично спостерігати космічне радіовипромінювання. Його роботи заклали фундамент для розвитку нової науки.

Розвиток після Другої світової війни.

Після війни багато радарних технологій були адаптовані для наукових досліджень. У цей період почали з’являтися великі радіотелескопи, що дозволили більш точно вивчати космічні джерела.

Важливі відкриття.

1940 – 1950-ті роки — виявлення радіогалактик і пульсарів.

1964 рік — Арно Пензіас і Роберт Вільсон випадково відкрили реліктове випромінювання — залишок Великого вибуху. Це стало потужним підтвердженням теорії гарячого Всесвіту.

Сьогодні такі гігантські обсерваторії, як Arecibo (до закриття), Великий радіотелескоп у Джодрелл-Бенк, Very Large Array (VLA) і міжнародний проєкт SKA (Square Kilometre Array), продовжують відкривати нові горизонти в дослідженні Всесвіту.

Arecibo Observatory (Пуерто-Рико, США).

Параболічна антена діаметром 305 м. Ним було вперше виявлено подвійні пульсари, проведене радарне картування Венери, застосовувався для надсилання сигналу Arecibo Message у космос (1974). У 2020 році конструкція обсерваторії обвалилася, і її закрили.

Very Large Array (VLA) (Нью-Мексико, США).

Має 27 параболічних антен діаметр кожної 25 м. Антени розташовані у формі гігантської "Y" та можуть рухатися по рейках, змінюючи конфігурацію. Телескоп відомий за дослідження пульсарів, квазарів, чорних дір, нейтронних зірок і навіть зйомки у фільмі «Контакт» (1997).

Parkes Observatory (Австралія)

Телескоп має діаметр 64 м. Відомий за прийом телесигналів з місії "Аполлон-11" під час висадки на Місяць (1969).

Ffelsberg 100-m Radio Telescope (Німеччина).

Телескоп має діаметр 100 м. Один із найбільших повністю керованих параболічних радіотелескопів у світі. Відомий за вивчення активних ядер галактик, пульсарів і міжзоряного середовища.

FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope) (Китай).

Телескоп має діаметр 500 м. Це найбільший у світі одноапертурний радіотелескоп. Відомий за виявлення нових пульсарів, дослідження темної матерії та спроби вловити сигнали від позаземних цивілізацій.

ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) (Чилі).

Телескоп має 66 антен діаметром 7–12 м. Він спостерігає в міліметровому та субміліметровому діапазонах, що дозволяє вивчати молекулярні хмари та формування планет. Відомий за візуалізацію протопланетних дисків навколо зірок.

РАТАН-600 (Північний Кавказ, Карачаєво-Черкесія).

Найбільший у світі радіотелескоп з рефлекторним дзеркалом діаметром близько 600 м

Square Kilometre Array (SKA) (Південна Африка, Австралія).

Майбутній проєкт. Площа збирання сигналів 1 км² (у повній конфігурації). Ціль: стати найчутливішим радіотелескопом у світі, що зможе дослідити ранній Всесвіт, темну енергію та перевірити теорію відносності на космічних масштабах.

В Україні функціонують декілька значних радіотелескопів, які відіграють важливу роль у світовій радіоастрономії. 

УТР-2 (Український Т-подібний радіотелескоп 2-ї модифікації).

Розташований поблизу села Волохів Яр у Харківській області, УТР-2 є найбільшим у світі радіотелескопом декаметрових хвиль. Він складається з 2040 дипольних антен, розташованих на площі близько 140 гектарів у формі літери "Т". Телескоп працює в діапазоні частот 8–33 МГц і використовується для дослідження космічних об'єктів, таких як Сонце, Юпітер та пульсари. Під час російського вторгнення в Україну у 2022 році обсерваторія зазнала значних пошкоджень, але науковці працюють над її відновленням. 

ГУРТ (Гігантський український радіотелескоп).

ГУРТ будується на базі УТР-2 з метою створення більш чутливого та сучасного інструменту для дослідження космосу. Проєкт передбачає встановлення великої кількості антенних елементів, що дозволить значно підвищити роздільну здатність та чутливість спостережень. Станом на 2018 рік було встановлено 550 антенних елементів, а перша черга телескопа введена в експлуатацію у 2015 році. 

РТ-32.

Розташований поблизу міста Золочів у Львівській області, радіотелескоп РТ-32 створений на базі модернізованої 32-метрової антени MARK-4B. Введений в експлуатацію у 2020 році, він працює в сантиметровому діапазоні довжин хвиль і є одним із найпотужніших радіотелескопів у Східній Європі. РТ-32 використовується для дослідження далеких космічних об'єктів, таких як квазари, а також для моніторингу космічного простору та управління супутниками. 

УРАН-2.

Розташований у селі Степанівка під Полтавою, радіотелескоп УРАН-2 є частиною системи наддовгобазової радіоінтерферометрії Національної академії наук України. Він використовується для дослідження тонкої кутової структури та спектрів космічних радіоджерел, а також для моніторингу радіовипромінювання Сонця та Юпітера.

Галактики.

Активні галактики мають яскраві ядра, що випромінюють радіохвилі через взаємодію магнітних полів і високоенергетичних частинок.

Пульсари.

Це швидко обертові нейтронні зірки з потужним магнітним полем. Вони випромінюють радіоімпульси з високою періодичністю, які можна спостерігати на Землі як регулярні спалахи.

Квазари.

Надзвичайно яскраві та віддалені об’єкти, що живляться активними надмасивними чорними дірами. Вони можуть випромінювати радіохвилі через джети частинок, які прискорюються магнітними полями до релятивістських швидкостей.

Молекулярні хмари та області зореутворення.

Природні радіовипромінювачі в молекулярних хмарах космосу є дуже важливими для вивчення міжзоряного середовища. Молекулярні хмари складаються з газів, таких як водень, гелій, вуглекислий газ, а також більш складних молекул, зокрема, водяного пару (H2O), аміаку (NH3), метану (CH4), оксиду вуглецю (CO) та інших. Вони є місцями, де відбувається утворення зірок і планет.

Теплове випромінювання від іонізованого газу в областях з активним формуванням зір.

Реліктове випромінювання.

Фонове мікрохвильове випромінювання, що залишилося від Великого вибуху, заповнює весь Всесвіт і є свого роду "радіошумом" раннього космосу.

Сонце та інші зірки.

Сонячна активність є джерелом радіохвиль, зокрема через сонячні спалахи та корональні викиди маси та магнітосфери.

Планети.

Магнітосфери планет є джерелом радіохвиль. Не всі планети мають магнітне поле. Наприклад, Земля та Юпітер мають магнітосфери, які можуть випромінювати радіохвилі через взаємодію з частками в космосі.

Манукян Григорій, 5А