Chociaż teleskopy zwierciadlane wytwarzają inne rodzaje aberracji optycznych, dzięki tej konstrukcji można osiągnąć cele o dużej średnicy. Prawie wszystkie główne teleskopy używane w badaniach astronomicznych są takie. Teleskopy zwierciadlane są dostępne w różnych konstrukcjach i mogą wykorzystywać dodatkowe elementy optyczne w celu poprawy jakości obrazu lub ustawienia obrazu w korzystnej mechanicznie pozycji.
Charakterystyka teleskopów zwierciadlanych
Pomysł, że zakrzywione lustra zachowują się jak soczewki, sięga co najmniej XI-wiecznego traktatu Alphazen o optyce, dzieła, które krążyło szeroko w tłumaczeniach łacińskich we wczesnej nowożytnej Europie. Tuż po wynalezieniu przez Galileusza teleskopu refrakcyjnego, Giovanni Francesco Sagredo i inni, zainspirowani swoją znajomością zasad krzywych luster, dyskutowali nad pomysłem skonstruowania teleskopu z wykorzystaniem lustra wjako narzędzie do obrazowania. Podobno Bolognese Cesare Caravaggi zbudował pierwszy teleskop zwierciadlany około 1626 roku. Włoski profesor Niccolo Zucci w późniejszej pracy napisał, że eksperymentował z wklęsłym lustrem z brązu w 1616 roku, ale powiedział, że nie daje ono zadowalającego obrazu.
Historia stworzenia
Potencjalne korzyści ze stosowania luster parabolicznych, przede wszystkim redukcja aberracji sferycznej bez aberracji chromatycznej, doprowadziły do powstania wielu propozycji projektów przyszłych teleskopów. Najbardziej godnym uwagi był James Gregory, który w 1663 opublikował innowacyjny projekt teleskopu zwierciadlanego. Minęło dziesięć lat (1673), zanim eksperymentalny naukowiec Robert Hooke mógł zbudować teleskop tego typu, który stał się znany jako teleskop gregoriański.
Isaacowi Newtonowi powszechnie przypisuje się zbudowanie pierwszego teleskopu zwierciadlano-rozłamującego w 1668 roku. Zastosowano w nim sferyczne metalowe zwierciadło główne i małe ukośne zwierciadło w konfiguracji optycznej, zwane teleskopem Newtona.
Dalszy rozwój
Pomimo teoretycznych zalet konstrukcji odbłyśnika, złożoność konstrukcji i słaba wydajność stosowanych w tamtych czasach metalowych luster sprawiła, że ich popularność zajęła ponad 100 lat. Wiele postępów w teleskopach zwierciadlanych obejmowało ulepszenia w produkcji zwierciadeł parabolicznych w XVIII wieku.wieku, posrebrzane lustra szklane w XIX wieku, trwałe powłoki aluminiowe w XX wieku, lustra segmentowe zapewniające większe średnice oraz aktywna optyka kompensująca odkształcenia grawitacyjne. Innowacją z połowy XX wieku były teleskopy katadioptyczne, takie jak aparat Schmidta, które wykorzystują zarówno zwierciadło sferyczne, jak i soczewkę (zwaną płytką korekcyjną) jako podstawowe elementy optyczne, używane głównie do obrazowania w dużej skali bez aberracji sferycznej.
Pod koniec XX wieku rozwój optyki adaptacyjnej i skutecznego obrazowania w celu przezwyciężenia problemów związanych z obserwacją i odbiciem teleskopów jest wszechobecny w teleskopach kosmicznych i wielu typach narzędzi do obrazowania statków kosmicznych.
Krzywiliniowe zwierciadło główne jest głównym elementem optycznym teleskopu i tworzy obraz w płaszczyźnie ogniskowej. Odległość od lustra do płaszczyzny ogniskowej nazywa się ogniskową. W tym miejscu można umieścić czujnik cyfrowy w celu rejestrowania obrazu lub można dodać dodatkowe lustro, aby zmienić charakterystykę optyczną i/lub przekierować światło na kliszę, czujnik cyfrowy lub okular w celu obserwacji wizualnej.
Szczegółowy opis
Zwierciadło główne w większości nowoczesnych teleskopów składa się z litego szklanego cylindra, którego przednia powierzchnia jest szlifowana do kulistego lub parabolicznego kształtu. Cienka warstwa aluminium jest odprowadzana na soczewkę, tworzącodblaskowe lustro pierwszej powierzchni.
Niektóre teleskopy wykorzystują zwierciadła główne, które są wykonane inaczej. Stopione szkło obraca się tak, że jego powierzchnia jest paraboloidalna, ochładza się i zestala. Powstały kształt lustra jest zbliżony do pożądanego kształtu paraboloidy, który wymaga minimalnego szlifowania i polerowania w celu uzyskania dokładnego kształtu.
Jakość obrazu
Teleskopy zwierciadlane, jak każdy inny system optyczny, nie tworzą „idealnych” obrazów. Konieczność fotografowania obiektów znajdujących się w odległości do nieskończoności, patrzenia na nie przy różnych długościach fal światła i wymagania pewnego sposobu oglądania obrazu wytwarzanego przez zwierciadło główne oznacza, że zawsze istnieje pewien kompromis w konstrukcji optycznej teleskopu zwierciadlanego.
Ponieważ zwierciadło główne skupia światło we wspólnym punkcie przed własną powierzchnią odbijającą, prawie wszystkie konstrukcje teleskopów odblaskowych mają zwierciadło wtórne, uchwyt kliszy lub detektor w pobliżu tego ogniska, co częściowo uniemożliwia dotarcie światła do głównego lustro. Powoduje to nie tylko pewne zmniejszenie ilości światła zbieranego przez system, ale także utratę kontrastu obrazu z powodu dyfrakcyjnych efektów przeszkód, a także dyfrakcyjnych skoków powodowanych przez większość drugorzędowych struktur wsporczych.
Zastosowanie luster pozwala uniknąć aberracji chromatycznej,ale tworzą inne rodzaje aberracji. Proste zwierciadło sferyczne nie może przekazywać światła z odległego obiektu do wspólnego ogniska, ponieważ odbicia promieni świetlnych uderzających w lustro na jego krawędzi nie zbiegają się z tymi, które odbijają się od środka zwierciadła, wada nazywana aberracją sferyczną. Aby uniknąć tego problemu, najbardziej zaawansowane konstrukcje teleskopów zwierciadlanych wykorzystują lustra paraboliczne, które mogą skoncentrować całe światło na wspólnym ognisku.
Teleskop Gregoriański
Teleskop gregoriański został opisany przez szkockiego astronoma i matematyka Jamesa Gregory'ego w swojej książce Optica Promota z 1663 roku jako używający wklęsłego zwierciadła wtórnego, które odbija obraz przez otwór w zwierciadle głównym. Tworzy to pionowy obraz przydatny do obserwacji naziemnych. Istnieje kilka dużych nowoczesnych teleskopów, które wykorzystują konfigurację gregoriańską.
Teleskop zwierciadlany Newtona
Aparat Newtona był pierwszym udanym teleskopem zwierciadlanym, zbudowanym przez Izaaka w 1668 roku. Zwykle ma paraboloidy pierwotne, ale przy współczynnikach ogniskowych f/8 lub więcej, sferyczny pierwotny, który może być wystarczający dla wysokiej rozdzielczości wizualnej. Płaski wtórny odbija światło w płaszczyźnie ogniskowej z boku górnej części tubusu teleskopu. Jest to jeden z najprostszych i najtańszych projektów dla danego rozmiaru surowca i jest powszechny wśród hobbystów. Droga promienia teleskopów zwierciadlanych była pierwszaopracowany precyzyjnie na próbce newtonowskiej.
Aparat Cassegraina
Teleskop Cassegraina (czasami nazywany „klasycznym Cassegrainem”) został skonstruowany po raz pierwszy w 1672 roku, przypisywany Laurentowi Cassegrainowi. Ma paraboliczny pierwotny i hiperboliczny wtórny, który odbija światło z powrotem i w dół przez otwór w głównym.
Projekt teleskopu Dall-Kirkham Cassegrain został stworzony przez Horace'a Dalla w 1928 r. i został nazwany w artykule opublikowanym w Scientific American w 1930 r. po dyskusji między astronomem amatorem Allanem Kirkhamem i Albertem G. Ingallsem, ówczesny redaktor magazynu). Wykorzystuje wklęsły eliptyczny główny i wypukły wtórny. Chociaż ten system jest łatwiejszy do zmielenia niż klasyczny system Cassegraina lub Ritchey-Chrétien, nie nadaje się do śpiączki pozaosiowej. Krzywizna pola jest w rzeczywistości mniejsza niż w przypadku klasycznego Cassegraina. Dziś ten projekt jest używany w wielu zastosowaniach tych wspaniałych urządzeń. Ale jest zastępowany przez elektroniczne odpowiedniki. Niemniej jednak to ten typ aparatu jest uważany za największy teleskop zwierciadlany.
