Astronomija promatranja. Odjeljci promatračke astronomije. Struktura i razmjer svemira

Materijal iz Unciklopedije

U astronomiji se proučavaju Sunce, Mjesec, planeti, kometi, zvijezde, maglice, galaksije, pojedina nebeska tijela i sustavi takvih tijela. Zadaci pred astronomima su raznoliki, a s tim u vezi su i metode astronomskih promatranja koje daju osnovni materijal za rješavanje ovih problema.

Već u davna vremena promatranja su počela određivati ​​položaje svjetiljki u nebeskoj sferi. Sada to radi astrometrija. Katalogiziraju se nebeske koordinate zvijezda različitih tipova, zvjezdanih jata i galaksija izmjerene kao rezultat takvih promatranja, a iz njih se sastavljaju zvjezdane karte (vidi Zvjezdani katalozi, karte i atlasi). Ponavljanjem promatranja istih nebeskih tijela u manje-više dugom vremenskom razdoblju izračunavaju se vlastita kretanja zvijezda, trigonometrijske paralakse itd. Ti se podaci također objavljuju u katalozima.

Ovako sastavljeni katalozi zvijezda koriste se i u praktične svrhe - u astronomskim promatranjima pokretnih nebeskih tijela (planeti, kometi, umjetni svemirski objekti), u radu vremenske službe, službi kretanja polova, u geodeziji, plovidbi i dr. te u raznim vrstama znanstveno-istraživačkog rada. Potonje uključuje, posebice, proučavanje strukture Galaksije, kretanja koja se u njoj događaju, čime se bavi zvjezdana astronomija.

Sustavna astrometrijska promatranja planeta, kometa, asteroida i umjetnih svemirskih objekata daju materijal za proučavanje zakona njihova gibanja, sastavljanje efemerida i rješavanje drugih problema nebeske mehanike, astrodinamike, geodezije i gravimetrije.

Astrometrijska promatranja mogu uključivati ​​i promatranja nebeskih tijela koja su ušla u praksu posljednjih desetljeća. Uz pomoć laserskih daljinomjera s velikom se točnošću određuju udaljenosti do umjetnih satelita Zemlje (vidi Laserski satelitski daljinomjer) i do Mjeseca.

Metode radarske astronomije omogućuju određivanje udaljenosti, pa čak i proučavanje profila Mjeseca, Venere, Merkura itd.

Druga vrsta astronomskog promatranja je izravno proučavanje izgleda takvih nebeskih tijela kao što su Sunce, Mjesec, najbliži planeti, galaktičke maglice, galaksije itd. Promatranja ovog tipa počela su se razvijati nakon izuma teleskopa. Isprva su se promatranja vršila vizualno: nebeska su tijela ispitivana okom i skicirano je ono što je viđeno. Kasnije se počela koristiti fotografija. Fotografske metode imaju neospornu prednost u odnosu na vizualne metode: fotografije se mogu detaljno izmjeriti u mirnom laboratorijskom okruženju; po potrebi se mogu ponoviti, a općenito je fotografija objektivan dokument, dok promatrač u vizualna opažanja unosi dosta subjektivnosti. Osim toga, fotografska ploča, za razliku od oka, akumulira fotone koji dolaze iz izvora i stoga omogućuje snimanje blijedih objekata.

Na prijelazu iz XIX i XX stoljeća. rođene su i počele se ubrzano razvijati astrofizičke metode promatranja, temeljene na analizi elektromagnetskog zračenja nebeskog tijela prikupljenog teleskopom. Za ovu analizu koriste se razni svjetlosni detektori i drugi uređaji.

Uz pomoć različitih tipova astrofotometara bilježe se promjene u sjaju nebeskih tijela i na taj način detektiraju promjenjive zvijezde, određujući njihov tip, dvostruke zvijezde, u kombinaciji s rezultatima drugih promatranja donose se određeni zaključci o procesima. koji se javljaju u zvijezdama, maglicama itd.

Spektralna promatranja pružaju opsežne informacije o nebeskim tijelima. Prema raspodjeli energije u kontinuiranom spektru (vidi Elektromagnetsko zračenje nebeskih tijela), prema vrsti, širini i drugim karakteristikama spektralnih linija i pojaseva, prosuđuju temperaturu, kemijski sastav zvijezda i drugih nebeskih tijela, gibanja materije u njima, njihova rotacija, prisutnost magnetskih polja, konačno, o stupnju njihova evolucijskog razvoja i o mnogim drugim stvarima. Mjerenja pomaka spektralnih linija uslijed Dopplerovog efekta omogućuju određivanje radijalnih brzina nebeskih tijela, koje se koriste u raznim astronomskim studijama.

U astrofizičkim promatranjima naširoko se koriste elektronsko-optički pretvarači, fotomultiplikatori, elektroničke kamere i televizijska oprema, što omogućuje značajno povećanje prodorne moći teleskopa i proširenje raspona elektromagnetskog zračenja nebeskih tijela koje opaža teleskop.

Astronomska promatranja u radijskom području elektromagnetskog zračenja provode se uz pomoć radioteleskopa. Za registraciju infracrvenog i ultraljubičastog zračenja koristi se posebna oprema za potrebe rendgenske astronomije i gama-astronomije. Kvalitativno novi rezultati dobivaju se uz pomoć astronomskih promatranja na letjelicama (tzv. ekstraatmosferska astronomija).

Većinu opisanih astronomskih promatranja u astronomskim zvjezdarnicama provode posebno obučeni znanstvenici i tehničari. No, određene vrste promatranja dostupne su i ljubiteljima astronomije.

Mladi astronomi mogu promatrati kako bi proširili svoje vidike, stekli iskustvo u istraživačkom radu. No mnoge vrste dobro organiziranih promatranja, koje se provode u skladu s uputama, također mogu imati značajnu znanstvenu vrijednost.

Za skaliranje astronomskih krugova dostupna su sljedeća astronomska opažanja:

1. Proučavanje sunčeve aktivnosti pomoću školskog refraktorskog teleskopa (zapamtite da nikada ne biste trebali gledati u Sunce bez tamnog filtera!).

2. Promatranja Jupitera i njegovih satelita sa skicom detalja u pojasevima Jupitera, Crvena pjega.

3. Potražite komete pomoću optičkih instrumenata velikog otvora s dovoljno velikim vidnim poljem.

4. Promatranja noćnih oblaka, proučavanje učestalosti njihove pojave, oblika itd.

5. Registracija meteora, brojanje njihovog broja, određivanje radijanata.

6. Studije promjenjivih zvijezda – vizualno i na fotografijama zvjezdanog neba.

7. Promatranja pomrčina Sunca i Mjeseca.

8. Promatranja umjetnih Zemljinih satelita.

Upute za organiziranje promatranja nalaze se među knjigama navedenim na popisu preporučene literature. U odjeljku je dat niz praktičnih savjeta.

1. Astronomija je nova disciplina u kolegiju, iako su vam neke od tema ukratko poznate.
2. Što trebaš:

1. Udžbenik: . Astronomija. Osnovna razina.11 razred: udžbenik / B.A. Vorontsov-Velyaminov, E.K. Strout - 5. izd., prerađeno .- M .: Drfa, 2018.-238s, sa: ilustr., 8 listova. kol. uklj. - (Ruski udžbenik).;
2. opća bilježnica - 48 listova.

1. Kako raditi s udžbenikom.

• proći kroz (a ne čitati) odlomak
• udubiti se u bit, pozabaviti se svakom pojavom i procesom
• razraditi sva pitanja i zadatke nakon odlomka, ukratko u bilježnicama
• provjerite svoje znanje na popisu pitanja na kraju teme
• pogledajte dodatni materijal na internetu

Tema 1.1 Predmet astronomije. Promatranja su osnova astronomije.

1.1.1 Što proučava astronomija. Njegov značaj i povezanost s drugim znanostima

Astronomija je jedna od najstarijih znanosti čiji začeci sežu u kameno doba (VI-III tisućljeće prije Krista).

Astronomija to je znanost koja proučava kretanje, građu, nastanak i razvoj nebeskih tijela i njihovih sustava.

Astronomija[Grčki Astron (astron) - zvijezda, nomos (nomos) - zakon] - znanost koja proučava kretanje nebeskih tijela (odjeljak "nebeska mehanika"), njihovu prirodu (odjeljak "astrofizika"), nastanak i razvoj (odjeljak "kozmogonija")

Astronomija, jedna od najfascinantnijih i najdrevnijih znanosti o prirodi, istražuje ne samo sadašnjost, već i daleku prošlost makrosvijeta oko nas, a također nam omogućuje da nacrtamo znanstvenu sliku budućnosti svemira. Čovjeka je oduvijek zanimalo pitanje kako funkcionira svijet oko njega i koje mjesto u njemu zauzima. U zoru civilizacije većina naroda imala je posebne kozmološke mitove koji govore kako prostor (red) postupno nastaje iz početnog kaosa, pojavljuje se sve što čovjeka okružuje: nebo i zemlja, planine, mora i rijeke, biljke i životinje, kao i sama osoba. Tisućama godina dolazilo je do postupnog nakupljanja informacija o pojavama koje su se događale na nebu.

Potreba za astronomskim znanjem bila je diktirana životnom nužnošću (demonstracija filmova: " Sve tajne svemira #21 - Otkriće - povijest astronomije" i Astronomija (2⁄15). Najstarija znanost.)

Pokazalo se da su periodične promjene zemaljske prirode popraćene promjenama u izgledu zvjezdanog neba i prividnog kretanja Sunca. Bilo je potrebno izračunati početak određenog doba godine kako bi se na vrijeme obavili određeni poljoprivredni radovi: sjetva, zalijevanje, žetva. Ali to se moglo učiniti samo korištenjem kalendara sastavljenog iz dugoročnih promatranja položaja i kretanja Sunca i Mjeseca. Dakle, potreba za redovitim promatranjem nebeskih tijela nastala je zbog praktičnih potreba brojanja vremena. Stroga periodičnost svojstvena kretanju nebeskih tijela leži u osnovi osnovnih jedinica za računanje vremena koje se i danas koriste - dan, mjesec, godina.

Jednostavno promišljanje pojava koje se pojavljuju i njihovo naivno tumačenje postupno su zamijenjene pokušajima znanstvenog objašnjenja uzroka promatranih pojava. Kada je u Staroj Grčkoj (VI. st. pr. Kr.) započeo nagli razvoj filozofije kao znanosti o prirodi, astronomsko znanje postalo je sastavni dio ljudske kulture. Astronomija je jedina znanost koja je dobila svoju muzu zaštitnicu - Uraniju.

O početnom značaju razvoja astronomskih znanja može se suditi u vezi s praktičnim potrebama ljudi. Mogu se podijeliti u nekoliko skupina:

• poljoprivrednih potreba(potreba za brojanjem vremena su dani, mjeseci, godine. Primjerice, u starom Egiptu vrijeme sjetve i žetve određivalo se pojavljivanjem prije izlaska sunca iza ruba horizonta sjajne zvijezde Sothis, vjesnice poplava Nila);
• potrebe širenja trgovine, uključujući i pomorsku (pomorstvo, traženje trgovačkih putova, plovidba. Dakle, fenički pomorci bili su vođeni Sjevernjačom, koju su Grci zvali Fenička zvijezda);
• estetske i kognitivne potrebe, potreba za cjelovitim svjetonazorom(čovjek je nastojao objasniti periodičnost prirodnih pojava i procesa, nastanak okolnog svijeta).

Podrijetlo astronomije u astrološkim idejama karakteristično je za mitološki svjetonazor drevnih civilizacija.

I-ti antički svijet(PRIJE KRISTA). Filozofija →astronomija → elementi matematike (geometrija). Drevni Egipat, Drevna Asirija, Drevne Maje, Drevna Kina, Sumerani, Babilonija, Stara Grčka.

Znanstvenici koji su dali značajan doprinos razvoju astronomije: Tales iz Mileta(625-547, dr. Grčka), Eudoksa Knidskog(408-355, Ostala Grčka), ARISTOTEL(384-322, Makedonija, druga Grčka), Aristarha sa Samosa(310-230, Aleksandrija, Egipat), ERATOSFENE(276-194, Egipat), Hiparh s Rodosa(190-125, Stara Grčka).

Arheolozi su utvrdili da je čovjek posjedovao osnovna astronomska znanja prije 20 tisuća godina u kamenom dobu.

• Prapovijesna faza od 25 tisuća godina prije Krista do 4 tisuće prije Krista (slika na stijenama, prirodni opservatoriji itd.).
• Drevna faza se uvjetno može smatrati od 4000 godina prije Krista - 1000 prije Krista:
  • oko 4 tisuće PRIJE KRISTA astronomski spomenici starih Maja, Stonehenge kameni opservatorij (Engleska);
  • oko 3000 godina prije Krista orijentacija piramida, prvi astronomski zapisi u Egiptu, Babilonu, Kini;
  • oko 2500. pr uspostavljanje egipatskog solarnog kalendara;
  • oko 2000. pr izrada 1. karte neba (Kina);
  • oko 1100. pr određivanje nagiba ekliptike prema ekvatoru;
• antička pozornica
  • ideje o sferičnosti Zemlje (Pitagora, 535. pr. Kr.);
  • predviđanje pomrčine Sunca od Talesa iz Mileta (585. pr. Kr.);
  • uspostavljanje 19-godišnjeg ciklusa lunarnih faza (Metonov ciklus, 433. pr. Kr.);
  • ideje o rotaciji Zemlje oko svoje osi (Heraklit Pontski, 4. st. pr. Kr.);
  • ideja o koncentričnim krugovima (Eudoks), rasprava "O nebu" Aristotela (dokaz sferičnosti Zemlje i planeta) kompilacija prvog kataloga zvijezda 800 zvijezda, Kina (4. st. pr. Kr.);
  • početak sustavnog određivanja položaja zvijezda od strane grčkih astronoma, razvoj teorije sustava svijeta (3. st. pr. Kr.);
  • otkriće precesije, prve tablice kretanja Sunca i Mjeseca, zvjezdani katalog od 850 zvijezda (Hipparachus, (2. st. pr. Kr.);
  • ideja o kretanju Zemlje oko Sunca i određivanju veličine Zemlje (Aristarh sa Samosa, Eratosten 3-2 st. pr. Kr.);
  • uvođenje julijanskog kalendara u Rimsko Carstvo (46. pr. Kr.);
  • Klaudije Ptolomej - "Sintaksa" (Almogest) - enciklopedija antičke astronomije, teorija gibanja, planetarne tablice (140. god.).

Pjesme Homera i Hezioda daju predodžbu o astronomskom znanju Grka tog razdoblja: tamo se spominju brojne zvijezde i sazviježđa, daju se praktični savjeti o korištenju nebeskih tijela za navigaciju i određivanje godišnjih doba. godina. Kozmološke ideje ovog razdoblja u potpunosti su posuđene iz mitova: Zemlja se smatra ravnom, a nebo je čvrsta zdjela koja se temelji na Zemlji. Glavni likovi ovog razdoblja su filozofi, intuitivno pipajući za onim što će se kasnije nazvati znanstvenom metodom spoznaje. Istodobno se izvode prva specijalizirana astronomska promatranja, razvijaju se teorija i praksa kalendara; prvi put se geometrija uzima kao osnova astronomije, uvode se brojni apstraktni pojmovi matematičke astronomije; pokušavaju se pronaći fizički obrasci u kretanju svjetiljki. Znanstveno je objašnjen niz astronomskih pojava, dokazana sferičnost Zemlje.

II Predteleskopski razdoblje. (naše doba prije 1610.). Propadanje znanosti i astronomije. Slom Rimskog Carstva, napadi barbara, rađanje kršćanstva. Brzi razvoj arapske znanosti. Oživljavanje znanosti u Europi. Suvremeni heliocentrični sustav svjetske strukture.

Klaudije Ptolemej (Klaudije Ptolomej)(87-165, dr. Rim), BIROUNI, Abu Reyhan Mohammed ibn Ahmed al-Biruni(973-1048, moderni Uzbekistan), Mirza Mohammed ibn Shahrukh ibn Timur (Taragay) ULUGBEK(1394-1449, moderni Uzbekistan), Nicolaus COPERNICK(1473.-1543., Poljska), Tycho (Tige) BRAGE(1546-1601, Danska).

• arapsko razdoblje. Nakon pada drevnih država u Europi, drevne znanstvene tradicije (uključujući astronomiju) nastavile su se razvijati u Arapskom kalifatu, kao iu Indiji i Kini.
  • 813 Osnivanje astronomske škole (kuće mudrosti) u Bagdadu;
  • 827 određivanje veličine globusa mjerenjima stupnjeva između Tigrisa i Eufrata;
  • 829 osnivanje Bagdadske opservatorije;
  • 10. stoljeće otkriće lunarne nejednakosti (Abu-l-Wafa, Bagdad);
  • katalog 1029 zvijezda, pojašnjenje nagiba ekliptike prema ekvatoru, određivanje duljine 1° meridijana (1031g, Al-Biruni);
  • brojna djela iz astronomije do kraja 15. stoljeća (kalendar Omara Khayyama, "Ilkhanske tablice" kretanja Sunca i planeta (Nasiraddin Tussi, Azerbajdžan), djela Ulugbeka);
• europski preporod. Krajem 15. stoljeća u Europi počinje oživljavanje astronomskih znanja, što dovodi do prve revolucije u astronomiji. Ovu revoluciju u astronomiji izazvali su zahtjevi prakse - započela je era velikih geografskih otkrića.
  • Daleka putovanja zahtijevala su precizne metode za određivanje koordinata. Ptolemejev sustav nije mogao zadovoljiti povećane potrebe. Zemlje koje su prve obratile pozornost na razvoj astronomskih istraživanja postigle su najveći uspjeh u otkrivanju i razvoju novih zemalja.
  • U Portugalu je još u 14. stoljeću princ Henry osnovao zvjezdarnicu kako bi zadovoljio potrebe plovidbe, a Portugal je bio prva europska država koja je počela osvajati i iskorištavati nove teritorije.
  • Najvažnija dostignuća europske astronomije XV-XVI stoljeća su planetarne tablice (Regiomontanus iz Nürnberga, 1474.),
  • djela N. Kopernika, koji je napravio prvu revoluciju u astronomiji (1515.-1540.),
  • opažanja danskog astronoma Tycha Brahea u zvjezdarnici Uraniborg na otoku Vanu (najtočnije u doba pred teleskopom).

III Teleskopski prije pojave spektroskopije (1610-1814). Izum teleskopa i promatranje njime. Zakoni gibanja planeta. Otkriće planeta Urana. Prve teorije o nastanku Sunčevog sustava.

Znanstvenici koji su dali značajan doprinos razvoju astronomije u ovom razdoblju: Galileo Galilei(1564.-1642., Italija), Johannes KEPLER(1571.-1630., Njemačka), Jan GAVEL (GAVELIJUS) (1611.-1687., Poljska), Hans Christian HUYGENS(1629.-1695., Nizozemska), Giovanni Domenico (Jean Dominic) CASINI>(1625.-1712., Italija-Francuska), Isaac Newton(1643.-1727., Engleska), Edmund GALLEY (HALLEY, 1656-1742, Engleska), William (William) Wilhelm Friedrich HERSHEL(1738.-1822., Engleska), Pierre Simon Laplace(1749-1827, Francuska).

• Početkom 17. stoljeća (Lippershey, Galileo, 1608.) stvoren je optički teleskop koji je uvelike proširio horizont spoznaje svijeta čovječanstva.
  • određena je paralaksa Sunca (1671.), što je omogućilo određivanje astronomske jedinice s velikom točnošću i određivanje brzine svjetlosti,
  • suptilna kretanja Zemljine osi, pravilna kretanja zvijezda, zakoni gibanja Mjeseca,
  • godine 1609-1618 Kepler je na temelju ovih promatranja planeta Marsa otkrio tri zakona gibanja planeta,
  • godine 1687 Newton je objavio zakon univerzalne gravitacije, koji objašnjava uzroke gibanja planeta.
  • stvara se nebeska mehanika;
  • mase planeta su određene;
  • početkom 19. stoljeća (1. siječnja 1801.) Piazzi otkriva prvi manji planet (asteroid) Ceres;
  • Palada i Juno otkrivene su 1802. i 1804. godine.

IV Spektroskopija i fotografija. (1814-1900). Spektroskopska opažanja. Prvo određivanje udaljenosti do zvijezda. Otkriće planeta Neptun.

Znanstvenici koji su dali značajan doprinos razvoju astronomije u ovom razdoblju: Joseph von Fraunhofer(1787.-1826., Njemačka), Vasilij Jakovljevič (Friedrich Wilhelm Georg) STRUVE(1793.-1864., Njemačka-Rusija), George Biddell ERI(AIRIE, 1801-1892, Engleska), Friedrich Wilhelm BESSEL(1784.-1846., Njemačka), Johann Gottfried HALLE(1812.-1910., Njemačka), William HEGGINS (Huggins, 1824-1910, Engleska), Angelo SECCHI(1818.-1878., Italija), Fedor Aleksandrovič BREDIKHIN(1831-1904, Rusija), Edward Charles Pickering(1846-1919, SAD).

• Godine 1806. - 1817. I. Fraunthofer (Njemačka) stvorio je temelje spektralne analize, izmjerio valne duljine sunčevog spektra i apsorpcionih linija, čime je postavio temelje astrofizike.
• Godine 1845. I. Fizeau i J. Foucault (Francuska) dobili su prve fotografije Sunca.
• Godine 1845. - 1850. Lord Ross (Irska) otkrio je spiralnu strukturu nekih maglica.
• 1846. I. Galle (Njemačka), prema proračunima W. Le Verriera (Francuska), otkrio je planet Neptun, koji je bio trijumf nebeske mehanike
• Uvođenje fotografije u astronomiju omogućilo je dobivanje fotografija solarne korone i površine Mjeseca te početak proučavanja spektra zvijezda, maglica i planeta.
• Napredak u optici i konstrukciji teleskopa omogućio je otkrivanje satelita Marsa, opisivanje površine Marsa promatrajući je u suprotnosti (D. Schiaparelli)
• Povećanje točnosti astrometrijskih promatranja omogućilo je mjerenje godišnje paralakse zvijezda (Struve, Bessel, 1838.), te otkrivanje kretanja Zemljinih polova.

V Moderna razdoblje (1900-danas). Razvoj primjene fotografije i spektroskopskih promatranja u astronomiji. Rješavanje problema izvora energije zvijezda. Otkriće galaksija. Pojava i razvoj radioastronomije. Svemirska istraživanja.

• Početkom 20. stoljeća K.E. Tsiolkovsky objavio je prvi znanstveni esej o astronautici - "Proučavanje svjetskih prostora s mlaznim uređajima".
• Godine 1905. A. Einstein stvara specijalnu teoriju relativnosti
• 1907. - 1916., opća teorija relativnosti, koja je omogućila objašnjenje postojećih proturječnosti između postojeće fizičke teorije i prakse, dala je poticaj za razotkrivanje misterija energije zvijezda, potaknula razvoj kozmoloških teorija
• Godine 1923. E. Hubble je dokazao postojanje drugih zvjezdanih sustava – galaksija
• 1929. E. Hubble je otkrio zakon "crvenog pomaka" u spektrima galaksija.
• 1918. na zvjezdarnici Mount Wilson postavljen je reflektor od 2,5 metara, a 1947. tamo je pušten u rad reflektor od 5 metara)
• Radioastronomija se pojavila 1930-ih s pojavom prvih radioteleskopa.
• Godine 1933. Karl Jansky iz Bell Labsa otkrio je radio valove koji dolaze iz središta galaksije.
• Grote Reber izgradio je prvi parabolički radio teleskop 1937. godine.
• Godine 1948. lansiranja raketa u visoke slojeve atmosfere (SAD) omogućila su detekciju rendgenskog zračenja solarne korone.
• Aronomisti su počeli proučavati fizičku prirodu nebeskih tijela i značajno proširili granice proučavanog prostora.
• Astrofizika je postala vodeća grana astronomije, a posebno je veliki razvoj dobila u 20. stoljeću. i danas nastavlja brzo rasti.
• Godine 1957. postavljeni su temelji za kvalitativno nove istraživačke metode temeljene na korištenju umjetnih nebeskih tijela, što je kasnije dovelo do pojave novih grana astrofizike.
• Godine 1957. SSSR je lansirao prvi umjetni satelit Zemlje, što je označilo početak svemirskog doba za čovječanstvo.
• Svemirske letjelice omogućile su iznošenje infracrvenih, rendgenskih i gama-zraka teleskopa iz Zemljine atmosfere).
• Prvi svemirski letovi s ljudskom posadom (1961., SSSR), prvo slijetanje ljudi na Mjesec (1969., SAD) događaji su epohalni za cijelo čovječanstvo.
• Isporuka lunarnog tla na Zemlju (Luna-16, SSSR, 1970.),
• Slijetanje spuštenih vozila na površinu Venere i Marsa,
• Slanje automatskih međuplanetarnih stanica na udaljenije planete Sunčevog sustava.

(Za više detalja vidi Vremenski okvir istraživanja svemira i vremenski okvir istraživanja svemira.)

1.1.2 Povezanost astronomije s drugim znanostima.

Izrastajući iz nekada jedinstvene znanosti o prirodi - filozofije - astronomija, matematika i fizika nikada nisu izgubile blisku povezanost jedna s drugom. Astronomija je igrala toliko vodeću ulogu u povijesti znanosti da su mnogi znanstvenici od nje preuzeli zadatke i stvorili metode za rješavanje tih problema. Astronomija, matematika i fizika nikada nisu izgubile svoj odnos, što se očituje u aktivnostima mnogih znanstvenika.

Povezanost astronomije s drugim znanostima- Međuprožimanje i međusobni utjecaj znanstvenih područja:

1.1.3 Struktura i razmjer svemira

Već znate da se naša Zemlja sa svojim satelitom Mjesecom, drugim planetima i njihovim satelitima, kometima i manjim planetima okreću oko Sunca, da sva ta tijela čine Sunčev sustav. Zauzvrat, Sunce i sve ostale zvijezde vidljive na nebu dio su ogromnog zvjezdanog sustava – našeg. Galaksija. Sunčevu sustavu najbliža zvijezda toliko je udaljena da svjetlost, koja putuje brzinom od 300 000 km/s, putuje od nje do Zemlje više od četiri godine. Zvijezde su najčešća vrsta nebeskih tijela, sa stotinama milijardi njih samo u našoj galaksiji. Volumen koji zauzima ovaj zvjezdani sustav toliko je velik da ga svjetlost može prijeći tek za 100 000 godina.

U svemir Postoje mnoge druge galaksije poput naše. Položaj i kretanje galaksija je ono što određuje strukturu i strukturu svemira u cjelini. Galaksije su toliko udaljene da se golim okom mogu vidjeti samo sljedeće tri: dvije na južnoj hemisferi, a s područja Rusije samo jedna - maglica Andromeda. Iz najudaljenijih galaksija svjetlost stiže do Zemlje za 10 milijardi godina. Značajan dio materije zvijezda i galaksija nalazi se u takvim uvjetima da ih je nemoguće stvoriti u zemaljskim laboratorijima. Sav vanjski prostor ispunjen je elektromagnetskim zračenjem, gravitacijskim i magnetskim poljima, između zvijezda u galaksijama i između galaksija nalazi se vrlo rijetka tvar u obliku plina, prašine, pojedinačnih molekula, atoma i iona, atomskih jezgri i elementarnih čestica.

Sva tijela u Svemiru tvore sustave različite složenosti:

1. Sunčev sustav - Sunce i nebeska tijela koja se kreću oko njega (planeti, kometi, sateliti planeta, asteroidi), Sunce je samosvjetleće tijelo, druga tijela, poput Zemlje, sjaje reflektiranom svjetlošću. Starost SS-a je ~5 milijardi godina. U Svemiru postoji ogroman broj takvih zvjezdanih sustava s planetima i drugim tijelima.
2. Zvijezde vidljive na nebu , uključujući mliječna staza je mali djelić zvijezda koje čine galaksije (ili nazovite našu galaksiju Mliječni put) - sustavi zvijezda, njihovih nakupina i međuzvjezdanog medija. Mnogo je takvih galaksija, svjetlost najbližih putuje do nas milijunima godina. Starost galaksija je 10-15 milijardi godina.
3. galaksije ujediniti u svojevrsne klastere (sustave)

Sva tijela su u stalnom kretanju, mijenjanju, razvoju. Planeti, zvijezde, galaksije imaju svoju povijest, koja se često broji u milijardama godina.

Kao što znate, udaljenost do najbližeg nebeskog tijela Zemlji - Mjeseca je otprilike 400 000 km. Najudaljeniji objekti nalaze se od nas na udaljenosti koja više od 10 puta premašuje udaljenost do Mjeseca.

Pokušajmo zamisliti veličine nebeskih tijela i udaljenosti između njih u Svemiru, koristeći dobro poznati model - školski globus Zemlje, koji je 50 milijuna puta manji od našeg planeta. U ovom slučaju, Mjesec moramo prikazati kao loptu promjera 7 cm, koja se nalazi na udaljenosti od oko 7,5 m od globusa. Model Sunca će imati promjer od 28 m i biti na udaljenosti od 3 m. km, a model Plutona - najudaljenijeg planeta u Sunčevom sustavu - bit će uklonjen od nas za 120 km. Nama najbliža zvijezda u ovom mjerilu modela nalazit će se na udaljenosti od oko 800 000 km, odnosno 2 puta dalje od Mjeseca. Naša galaksija će se smanjiti na veličinu Sunčevog sustava, ali najudaljenije zvijezde i dalje će biti izvan njega.

Dijagram prikazuje sustav i udaljenosti:

1 astronomska jedinica = 149,6 milijuna km(srednja udaljenost od Zemlje do Sunca).

1 kom (parsec) = 206265 AU = 3, 26 sv. godine

1 svjetlosna godina(Sv. godina) je udaljenost koju snop svjetlosti prijeđe brzinom od gotovo 300 000 km/s za 1 godinu. 1 svjetlosna godina jednaka je 9,46 milijuna milijuna kilometara!

1.1.4 Značajke astronomije i njezinih metoda

Tisućama godina astronomi su proučavali položaj nebeskih objekata na zvjezdanom nebu i njihovo međusobno kretanje tijekom vremena. Zato je dugo, odnosno od III stoljeća prije Krista, dominirao geocentrični sustav svjetskog poretka Klaudija Ptolomeja. Podsjetimo da je prema njoj planet Zemlja bio u središtu cijelog svemira, a sva druga nebeska tijela, uključujući i Sunce, su se vrtjela oko nje.

I tek sredinom 16. stoljeća, odnosno 1543. godine, izašlo je veliko djelo Nikole Kopernika "O revoluciji nebeskih sfera", koje je tvrdilo da središte našeg sustava nije Zemlja, već Sunce . Tako je i nastalo heliocentrična doktrina, koji je dao ključ do znanja o svemiru.

Astronomska promatranja služe kao glavna metoda proučavanja nebeskih objekata i pojava.

Astronomska promatranja su svrhovito i aktivno evidentiranje informacija o procesima i pojavama koje se događaju u Svemiru.

Astronomija proučava strukturu Svemira, kretanje, fizičku prirodu, podrijetlo i evoluciju nebeskih tijela i sustava nastalih od njih. Astronomija također istražuje temeljna svojstva svemira oko nas. Ogromne prostorno-vremenske skale proučavanih predmeta i pojava određuju karakteristične značajke astronomije.

Informacije o tome što se događa izvan Zemlje u svemiru, znanstvenici dobivaju uglavnom na temelju svjetlosti i drugih vrsta zračenja koje dolaze iz tih objekata. Promatranja su glavni izvor informacija u astronomiji. Ovaj prva značajka astronomija ga razlikuje od drugih prirodnih znanosti (na primjer, fizike ili kemije), gdje eksperimenti igraju značajnu ulogu. Mogućnosti za eksperimente izvan Zemlje pojavile su se samo zahvaljujući astronautici. Ali čak i u tim slučajevima govorimo o provođenju eksperimentalnih studija u malom razmjeru, kao što je, na primjer, proučavanje kemijskog sastava lunarnih ili marsovskih stijena. Teško je zamisliti eksperimente na planetu u cjelini, zvijezdi ili galaksiji.

Druga značajka zbog značajnog trajanja niza fenomena koji se proučavaju u astronomiji (od stotina do milijuna i milijardi godina). Stoga je nemoguće izravno promatrati promjene koje se događaju. Čak se i promjene koje se događaju na Suncu bilježe na Zemlji tek nakon 8 minuta i 19 sekundi (toliko je vremena potrebno svjetlosti da prijeđe udaljenost od Sunca do Zemlje). Što se tiče udaljenih galaksija, ovdje već govorimo o milijardama godina. Odnosno, proučavajući udaljene zvjezdane sustave, proučavamo njihovu prošlost. Kada su promjene posebno spore, potrebno je promatrati mnoge povezane objekte, poput zvijezda. Na taj se način dobivaju osnovne informacije o evoluciji zvijezda.

Treća značajka astronomija je zbog potrebe da se naznači položaj nebeskih tijela u prostoru (njihove koordinate) i nemogućnosti razlikovanja koje je od njih bliže, a koje dalje od nas. Na prvi pogled nam se sva promatrana svjetiljka čine jednako udaljenima. Nama se, kao i ljudima u antici, čini da su sve zvijezde podjednako udaljene od nas i da se nalaze na određenoj sfernoj površini neba - nebeskoj sferi - koja se, kao cjelina, okreće oko Zemlje.

Dakle, astronomija se kao znanost temelji prvenstveno na promatranjima. Za razliku od fizičara, astronomi su lišeni mogućnosti eksperimentiranja. Gotovo sve informacije o nebeskim tijelima donosi nam elektromagnetsko zračenje. Tek u posljednjih četrdesetak godina pojedini svjetovi su proučavani izravno: da se ispituju atmosfere planeta, da se proučava lunarno i marsovsko tlo, da se izravno proučava atmosfera Titana.

U 19. stoljeću fizikalne metode istraživanja prodrle su u astronomiju, a nastala je simbiotska znanost - astrofizika, koja proučava fizička svojstva kozmičkih tijela. Astrofizika podijeljeno na: a) praktična astrofizika, koja razvija i primjenjuje praktične metode astrofizičkih istraživanja te srodne alate i instrumente koji mogu dobiti najpotpunije i objektivnije informacije o kozmičkim tijelima; b) teorijska astrofizika, u kojem se na temelju zakona fizike daju objašnjenja za promatrane fizikalne pojave.

Moderna astronomija – temeljna fizikalna i matematička znanost čiji je razvoj izravno povezan sa znanstvenim i tehnološkim napretkom (STP). Za proučavanje i objašnjenje procesa koristi se cijeli suvremeni arsenal različitih, novonastalih grana matematike i fizike. Postoji također zvanje astronoma. Astronomi u našoj zemlji se školuju na fakultetima fizike ili fizike i matematike u Moskvi, Sankt Peterburgu, Kazanju, Jekaterinburgu i nekim drugim sveučilištima. Godišnje se školuje oko 100 stručnjaka. Na području bivšeg SSSR-a radilo je oko 2000 astronoma (sada ih je u Rusiji oko 1000, a aktivno radi oko 100), a profesionalnih astronoma u svijetu ima oko 10 000. Pravi astronom je osoba širokih pogleda. Da bi radio kao astronom, mora se poznavati fizika, kemija, biologija, a da ne govorim o obaveznoj matematici. Ruski znanstvenici napravili su najvažnija temeljna otkrića u astronomiji. Georgy Gamow je predvidio širenje svemira. Alexander Friedman stvorio je teoriju o nestacionarnom svemiru, iako je Einstein tvrdio da je on stacionaran. Zel'dovich je predvidio akreciju, odnosno ispadanje materije u crne rupe. Shklovsky je predvidio radijske linije neutralnog vodika. Sinkrotronsko zračenje opisao je Ginzburg. No eksperimentalnu provjeru tih teorijskih radova proveli su Amerikanci, za što su dobili Nobelove nagrade. Nikada nismo imali takvu opremu, takve teleskope kao u SAD-u.

Glavna staništa astronoma:

• Državni institut. P.K. Sternberg (GAISH MSU)
• Institut za svemirska istraživanja
• Institut za astronomiju i Fizički institut Ruske akademije znanosti
• Glavni (Pulkovo) astronomski opservatorij
• Specijalni astrofizički opservatorij Ruske akademije znanosti (Sjeverni Kavkaz)

Glavni dijelovi astronomije:

1.1.5 Teleskopi

Da bi istraživanje bilo točno, potrebni su posebni alati i uređaji.

jedan). Utvrđeno je da je Tales iz Mileta 595. pr prvi put korišten gnomon(drevni astronomski instrument, okomiti objekt (obelska šipka, stup, stup), koji omogućuje određivanje kutne visine Sunca najkraćom duljinom njegove sjene (u podne). To je omogućilo koristiti ovaj instrument kao sunčani sat, te odrediti faze solsticija, ekvinocija, duljinu godine, geografsku širinu promatrača i još mnogo toga.

2). Hiparh (180-125. AD, Stara Grčka) koristio je astrolab, koji mu je omogućio da izmjeri paralaksu Mjeseca, 129. godine prije Krista, postavi duljinu godine na 365,25 dana, odredi procesiju i sastavi 130. godine prije Krista. zvjezdani katalog za 1008 zvjezdica itd.

U raznim vremenima postojali su i astronomski štap i astrolabon (ovo je prva vrsta teodolita), kvadrant i mnogi drugi uređaji i instrumenti. Promatranja nebeskih tijela i objekata provode se u posebnim ustanovama - zvjezdarnicama, koje su nastale na samom početku razvoja astronomije pr. e.

Astronomske zvjezdarnice stvorene su za moguća istraživanja i promatranja u različitim zemljama. U našoj zemlji ih ima oko dva desetaka: Glavni astronomski opservatorij Pulkovo Ruske akademije znanosti (GAO RAS), Državni astronomski institut. P.K. Sternberg (GAISh), Kavkaski planinski opservatorij (KGO SAISH) itd.

Prava astronomska istraživanja započela su kada su 1609. izumili teleskop.

Revolucija u astronomiji dogodila se 1608. godine, nakon što je nizozemski proizvođač naočala John Lippershey otkrio da dvije leće postavljene u ravnoj liniji mogu povećati objekte. Tako je izumljen nišan.

Ovu ideju odmah je iskoristio Galileo. Godine 1609. napravio je svoj prvi teleskop 3x i uperio ga u nebo. Tako se teleskop pretvorio u teleskop.

Teleskop je postao glavni instrument koji se koristi u astronomiji za promatranje nebeskih tijela, primanje i analizu zračenja koje dolazi od njih. . Ova riječ dolazi od dvije grčke riječi: tele - daleko i skopeo - gledam.

Teleskop - optički instrument koji povećava kut gledanja pod kojim su vidljiva nebeska tijela ( razlučivost), i skuplja višestruko više svjetla od oka promatrača ( prodorna moć).

Teleskop se koristi, prvo, kako bi se prikupilo što više svjetla koje dolazi od proučavanog objekta, a drugo, da bi se pružila mogućnost proučavanja njegovih sitnih detalja koji su nedostupni golim okom. Što su blijedi objekti što teleskop omogućuje vidjeti, to više prodorna moć. Karakterizira sposobnost razlikovanja finih detalja razlučivost teleskop. Obje ove karakteristike teleskopa ovise o promjeru njegovog objektiva.

Količina svjetlosti koju sakuplja leća povećava se proporcionalno njezinoj površini (kvadratu promjera). Promjer zjenice ljudskog oka, čak i u potpunom mraku, ne prelazi 8 mm. Leća teleskopa može premašiti promjer zjenice oka za desetke i stotine puta. To omogućuje teleskopu da otkrije zvijezde i druge objekte koji su 100 milijuna puta blijeđi od objekata vidljivih golim okom.

Kako radi teleskop:

Paralelne zrake svjetlosti (na primjer, iz zvijezde) padaju na leću. Objektiv gradi sliku u žarišnoj ravnini. Zrake svjetlosti paralelne s glavnom optičkom osi skupljaju se u fokusu F koji leži na ovoj osi. Ostale zrake svjetlosti skupljaju se u blizini fokusa - iznad ili ispod. Ovu sliku promatrač promatra pomoću okulara.

Kao što znate, ako je objekt udaljeniji od dvostruke žarišne duljine, to daje njegovu smanjenu, obrnutu i stvarnu sliku. Ova se slika nalazi između fokusne i dvostruke točke fokusa leće. Udaljenosti do Mjeseca, planeta, pa čak i više zvijezda su tolike da se zrake koje dolaze iz njih mogu smatrati paralelnim. Stoga, slika objekta bit će smještena u žarišnoj ravnini.

Promjeri ulaznih i izlaznih zraka su vrlo različiti (ulaz ima promjer objektiva, a izlaz ima promjer slike objektiva koju gradi okular). U pravilno podešenom teleskopu, sva svjetlost koju prikupi leća ulazi u zjenicu promatrača. U ovom slučaju, dobitak je proporcionalan kvadratu omjera promjera leće i zjenice. Za velike teleskope ova vrijednost je desetke tisuća puta. Tako se rješava jedan od glavnih zadataka teleskopa – prikupiti više svjetla s promatranih objekata. Ako govorimo o fotografskom teleskopu - astrografu, tada se u njemu povećava osvjetljenje fotografske ploče.

Glavne karakteristike teleskopa.

1) Otvor teleskopa(D)- je promjer glavnog zrcala teleskopa ili njegove konvergentne leće.

Više otvor, više svjetla će leća prikupiti i blijeđe objekte ćete vidjeti.

2) F žarišna duljina teleskopa - To je udaljenost na kojoj zrcalo ili leća objektiva konstruiraju sliku beskonačno udaljenog objekta.

Obično se to odnosi na žarišnu duljinu leće (F), budući da su okulari izmjenjivi, a svaki od njih ima svoju žarišnu duljinu.

Iz žarišna duljina ovisi ne samo o povećanju, već i o kvaliteti slike. Više žarišna duljina, to je bolja kvaliteta slike. Duljina teleskopa, posebno Newtonovih reflektora i refraktora, također ovisi o žarišnoj duljini teleskopa.

3) Povećanje (ili povećanje) teleskopa(W) pokazuje koliko puta teleskop može povećati predmet ilikut pod kojim promatrač vidi objekt. Jednaka je omjeru žarišnih duljina objektiva F i okulara f.

Teleskop povećava vidljive kutne dimenzije Sunca, Mjeseca, planeta i detalja na njima, ali su zvijezde, zbog svoje kolosalne udaljenosti, i dalje vidljive kroz teleskop kao svjetleće točkice.

F najčešće ne možete promijeniti, ali ako imate okulare s različitim f, možete promijeniti povećanje ili povećanje teleskopa D. Imajući izmjenjive okulare, moguće je dobiti različita povećanja s istom lećom. Tako sposobnosti teleskopa u astronomiji obično se ne karakteriziraju povećanjem, već promjerom njegove leće. U astronomiji se u pravilu koriste povećanja manja od 500 puta. Korištenje velikih povećanja ometa Zemljina atmosfera. Kretanje zraka, neprimjetno golim okom (ili pri malim povećanjima), dovodi do činjenice da mali detalji slike postaju mutni, zamućeni. Astronomske zvjezdarnice, koje koriste velike teleskope s promjerom zrcala od 2-3 m, pokušavaju locirati u područjima s dobrom astroklimom: velikim brojem vedrih dana i noći, s visokom prozirnošću atmosfere.

4) Rezolucija – minimalni kut između dvije zvijezde gledane odvojeno. Jednostavno rečeno, razlučivost se može shvatiti kao "jasnoća" slike.

Rezolucija može se izračunati pomoću formule:

gdje je δ kutna rezolucija u sekundama, D

Mjeri se udaljenost između objekata na nebu u astronomiji kut, koju tvore zrake povučene od točke na kojoj se nalazi promatrač do predmeta. Ova udaljenost se zove kutu, i izraženo u stupnjevima i dijelovima stupnja:

stupnjeva - 5 o, minuta - 13 "sekunde - 21"

Ljudsko oko, bez posebnih instrumenata, razlikuje 2 zvijezde odvojeno jednu od druge ako je njihova kutna udaljenost najmanje 1-2 udjela.

Kut pod kojim vidimo promjer Sunca i Mjeseca ~ 0,5 o = 30".

Ograničenje maksimalnog povećanja nameće se fenomenom difrakcije – savijanjem svjetlosnih valova oko rubova leće. Zbog difrakcije umjesto slike točke dobivaju se prstenovi. Kutna veličina središnje točke ( teorijska kutna rezolucija):

gdje je δ kutna rezolucija u sekundama, λ - valna duljina zračenja , D je promjer leće u milimetrima.

Što je manja veličina slike svjetleće točke (zvijezde) koju daje leća teleskopa, to je njena rezolucija bolja. Ako je udaljenost između slika dviju zvijezda manja od veličine same slike, one se spajaju u jednu. Minimalna veličina slike zvijezde (u lučnim sekundama) može se izračunati pomoću formule:

Gdje je λ valna duljina svjetlosti, a D je promjer leće. Školski teleskop s objektivom od 60 mm imao bi teorijsku rezoluciju od oko 2 Ѕ . Podsjetimo, to premašuje rezoluciju golim okom (2") za 60 puta. Stvarna razlučivost teleskopa bit će manja, budući da na kvalitetu slike značajno utječe stanje atmosfere, kretanje zraka.

Za vidljive valne duljine na λ = 550 nm na teleskopu s promjerom D= 1 m, teoretska kutna razlučivost bit će δ = 0,1". U praksi je kutna razlučivost velikih teleskopa ograničena atmosferskim podrhtavanjem. U fotografskim promatranjima razlučivost je uvijek ograničena Zemljinom atmosferom i greškama vođenja i ne može biti bolja od 0,3". Prilikom promatranja okom, zbog činjenice da se može pokušati uhvatiti trenutak kada je atmosfera relativno mirna (dovoljno je nekoliko sekundi), razlučivost teleskopa promjera D, velika 2 m, može biti blizu teoretskom. Teleskop se smatra dobrim ako prikupi više od 50% zračenja u krugu od 0,5 inča.

Načini povećanja razlučivosti teleskopa:

1) povećanje promjera teleskopa

2) smanjenje valne duljine proučavanog zračenja

5) Prodorni teleskopa karakterizira granična veličina m najslabije zvijezde koja se može vidjeti ovim instrumentom u najboljim uvjetima promatranja. Za takve uvjete, sila prodiranja može se odrediti formulom:

m= 2,1 + 5 lg D

gdje D je promjer leće u milimetrima, m je granična veličina.

6) Relativna rupa – omjer promjeraDna žarišnu daljinu F:

Teleskopi za vizualna promatranja obično imaju omjer otvora 1/10 ili manji. Za moderne teleskope to je 1/4 ili više.

7) Često se umjesto relativne rupe koristi koncept luminoznost jednak ( D/F) 2 . Otvor karakterizira osvjetljenje koje stvara leća u žarišnoj ravnini.

8) Relativna žarišna duljina teleskopa(označeno obrnutim slovom A) je recipročna vrijednost relativne rupe:

U fotografiji se ova količina često naziva dijafragma .

Relativni otvor blende i relativna žarišna duljina važne su karakteristike objektiva teleskopa. To su suprotne jedna drugoj. Što je veći relativni otvor blende, to je manja relativna žarišna duljina i veće je osvjetljenje u žarišnoj ravnini objektiva teleskopa, što je korisno za fotografiju (omogućuje vam smanjenje brzine zatvarača uz zadržavanje ekspozicije). Ali istovremeno se na okviru fotodetektora dobiva manja skala slike.

Izgradimo sliku Mjeseca, koji daje leću sa žarišnom duljinom F(slika 1.6). Iz slike se vidi da leća ne mijenja kutne dimenzije promatranog predmeta – kut α. Upotrijebimo sada još jednu leću - okular 2, stavljajući ga sa slike Mjeseca (točka F1) na udaljenosti jednakoj žarišnoj duljini ovog objektiva - f, točno F2.Žarišna duljina okulara mora biti manja od žarišne duljine objektiva. Izgradivši sliku koju okular daje, pobrinut ćemo se da on povećava kutne dimenzije Mjeseca: kut β je osjetno veći od kuta α.

Vrste teleskopa:

1. Optički teleskopi
   1. Refraktor.
   2. Reflektor.
   3. Zrcalna leća.

Ako se leća koristi kao cilj teleskopa, onda se zove refraktor(od latinske riječi refracto - lomim), a ako je konkavno zrcalo, onda reflektor(reflecto - odražavam). Teleskopi sa zrcalnim lećama koriste kombinaciju zrcala i leća.

Teleskop - refraktor koristi lom svjetlosti. Zrake koje dolaze iz nebeskih tijela prikupljaju se pomoću leća ili sustava leća.

Glavni dio protozoa refraktor – leće - bikonveksna leća postavljena ispred teleskopa. Leća prikuplja zračenje. Što je veća leća D, što više zračenja teleskop skuplja, slabije izvore može detektirati. Kako bi se izbjegle kromatske aberacije, leće su izrađene od kompozita. Međutim, u slučajevima kada je potrebno minimizirati raspršivanje u sustavu, također se mora koristiti jedna leća. Udaljenost od leće do glavnog fokusa naziva se glavna žarišna duljina F.

Teleskop - reflektor koristi refleksiju svjetlosti. Koriste konkavno zrcalo sposobno fokusirati reflektirane zrake.

glavni element reflektor je zrcalo - reflektirajuća površina sfernog, paraboličnog ili hiperboličnog oblika. Obično se izrađuje od okruglog komada stakla ili kvarca, a zatim se oblaže reflektirajućim premazom (tanki sloj srebra ili aluminija). Točnost izrade zrcalne površine, tj. najveća dopuštena odstupanja od zadanog oblika ovise o valnoj duljini svjetlosti na kojoj će zrcalo djelovati. Točnost bi trebala biti bolja od λ/8. Na primjer, zrcalo koje djeluje u vidljivoj svjetlosti (valna duljina λ = 0,5 mikrona) mora biti proizvedeno s točnošću od 0,06 mikrona (0,00006 mm).

Optički sustav okrenut prema promatračevom oku naziva se okular . U najjednostavnijem slučaju, okular se može sastojati od samo jedne pozitivne leće (u ovom slučaju dobit ćemo sliku jako izobličenu kromatskom aberacijom).

Osim refraktora i reflektora, trenutno se koriste razne vrste. teleskopi sa zrcalnim lećama.

Školski teleskopi su uglavnom refraktori, obično s bikonveksnom sabirnom lećom kao ciljem.

U sadašnjim zvjezdarnicama možemo vidjeti velike optičke teleskope. Najveći reflektirajući teleskop u Rusiji, koji ima zrcalo promjera 6 m, projektirala je i izgradila Lenjingradska optičko-mehanička udruga. Zove se "Veliki azimutski teleskop" (skraćeno BTA).

Njegovo ogromno konkavno zrcalo, koje ima masu od oko 40 tona, brušeno je do djelića mikrometra. Žarišna duljina zrcala je 24 m. Masa cjelokupne teleskopske instalacije je veća od 850 tona, a visina je 42 m. Teleskopom upravlja računalo, što omogućuje precizno usmjeravanje teleskopa prema objektu ispod proučavati i držati ga u vidnom polju dugo vremena, glatko okrećući teleskop prateći rotaciju Zemlje. Teleskop je dio Specijalnog astrofizičkog opservatorija Ruske akademije znanosti i postavljen je na Sjevernom Kavkazu (u blizini sela Zelenčukskaja u Karačajsko-Čerkeskoj Republici) na nadmorskoj visini od 2100 m.

Trenutno je postalo moguće koristiti u zemaljskim teleskopima ne monolitna zrcala, već zrcala koja se sastoje od zasebnih fragmenata. Već su izgrađena i rade dva teleskopa od kojih svaki ima leću promjera 10 m, koji se sastoji od 36 zasebnih šesterokutnih zrcala. Upravljanjem ovim zrcalima pomoću računala, uvijek ih možete rasporediti tako da sva skupljaju svjetlost promatranog objekta u jednom fokusu. Planira se izrada teleskopa s kompozitnim zrcalom promjera 32 m, koji radi na istom principu.

Teleskopi su vrlo različiti – optički (opće astrofizičke namjene, koronografi, teleskopi za promatranje satelita), radioteleskopi, infracrveni, neutrin, rendgenski. Za svu svoju raznolikost odlučuju svi teleskopi koji primaju elektromagnetsko zračenje dva glavna zadatka:

• stvoriti što oštriju sliku i, u slučaju vizualnih promatranja, povećati kutne udaljenosti između objekata (zvijezde, galaksije itd.);
• prikupiti što više energije zračenja, povećati osvijetljenost slike objekata.

Moderni teleskopi često se koriste za fotografiranje slike koju daje leća. Tako su dobivene one fotografije Sunca, galaksija i drugih objekata koje ćete vidjeti na stranicama udžbenika, u popularnim knjigama i časopisima te na stranicama na internetu. Zovu se teleskopi prilagođeni za fotografiranje nebeskih objekata astrografi. Fotografska promatranja imaju niz prednosti u odnosu na vizualna. Glavne prednosti uključuju:

1. dokumentacija - sposobnost bilježenja pojava i procesa koji se događaju, te dugo vremena spremanja primljenih informacija;
2. neposrednost - sposobnost registriranja kratkoročnih pojava koje se događaju u ovom trenutku;
3. panorama - sposobnost snimanja više objekata na fotografskoj ploči u isto vrijeme i njihov relativni položaj;
4. integralnost - sposobnost akumulacije svjetlosti iz slabih izvora; detalj rezultirajuće slike.

Uz pomoć teleskopa ne obavljaju se samo vizualna i fotografska promatranja, već uglavnom visokofrekventna fotoelektrična i spektralna promatranja. Podaci o temperaturi, kemijskom sastavu, magnetskim poljima nebeskih tijela, kao i njihovom kretanju dobivaju se iz spektralnih promatranja. Osim svjetlosti, nebeska tijela emitiraju i elektromagnetske valove koji su duži od svjetlosti (infracrveni, radio valovi) ili kraći od svjetlosti (UV, X-zrake i gama-zrake).

Proučavanje svemira započelo je i traje nekoliko tisućljeća, ali sve do sredine prošlog stoljeća istraživanja su bila isključivo u optički raspon Elektromagnetski valovi. Stoga je dostupno područje zračenja bilo u rasponu od 400 do 700 nm. Prva astronomska znanstvena promatranja bila su astrometrijska, proučavao se samo položaj planeta, zvijezda i njihovo prividno kretanje u nebeskoj sferi.

Ali nebeska tijela daju različito zračenje: vidljivo svjetlo, infracrveno, ultraljubičasto, radio valove, x-zrake, gama zračenje. U 20. stoljeću astronomija je postala svevalni. Astronomija se zove svevalna, budući da se promatranja objekata provode ne samo u optičkom rasponu. Trenutno se zračenje svemirskih objekata bilježi u cijelom rasponu elektromagnetskog spektra od dugovalne radioemisije (frekvencija 10 7 , valna duljina l = 30 m) do gama zračenja (frekvencija 10 27 Hz, valna duljina l = 3∙10 –19 ×m = 3∙10 –10 nm). U tu svrhu koriste se različiti uređaji, od kojih je svaki sposoban primati zračenje u određenom rasponu elektromagnetskih valova: infracrveno, ultraljubičasto, rendgensko, gama i radio zračenje.

Za primanje i analizu optičkih i drugih vrsta zračenja u suvremenoj astronomiji koristi se cijeli arsenal dostignuća u fizici i tehnologiji - fotomultiplikatori, elektronsko-optički pretvarači itd. Trenutno su najosjetljiviji prijemnici svjetlosti uređaji s nabojom (CCD). ), koji omogućuju snimanje pojedinačnih svjetlosnih kvanta. Oni su složeni sustav poluvodiča (poluvodičkih nizova) koji koriste unutarnji fotoelektrični efekt. U ovom i drugim slučajevima dobiveni podaci mogu se reproducirati na zaslonu računala ili prezentirati na obradu i analizu u digitalnom obliku.

Promatranja u drugim spektralnim rasponima omogućila su važna otkrića. Prvo izmišljen radio teleskopi. Radio emisija iz svemira dopire do površine Zemlje bez značajnije apsorpcije. Da bi ga primili, izgrađeni su najveći astronomski instrumenti, radio teleskopi.

Njihova metalna antenska zrcala, koja dosežu promjer od nekoliko desetaka metara, reflektiraju radio valove i skupljaju ih poput optičkog reflektirajućeg teleskopa. Za registraciju radijske emisije koriste se posebni osjetljivi radio prijemnici. Bilo koji radio teleskop u principu je sličan optičkom: prikuplja zračenje i fokusira ga na detektor podešen na odabranu valnu duljinu, a zatim pretvara taj signal, pokazujući konvencionalno obojenu sliku neba ili objekta.

Dakle, radio valovi su donijeli informacije o prisutnosti velikih molekula u hladnim molekularnim oblacima, o aktivnim galaksijama, o strukturi jezgri galaksija, pa tako i naše Galaksije, dok optičko zračenje iz središta Galaksije u potpunosti odgađa kozmička prašina.

Za značajno poboljšanje kutne rezolucije koristi se radioastronomija radio interferometri. Najjednostavniji radio interferometar sastoji se od dva radioteleskopa razdvojena udaljenosti tzv baza interferometra. Radio teleskopi koji se nalaze u različitim zemljama, pa čak i na različitim kontinentima, također se mogu povezati u jedinstven promatrački sustav. Takvi se sustavi nazivaju ultra-dugi bazni radio interferometri(RSDB). Takvi sustavi pružaju najveću moguću kutnu razlučivost, nekoliko tisuća puta bolju od bilo kojeg optičkog teleskopa.

Naša je Zemlja pouzdano zaštićena atmosferom od prodora tvrdog elektromagnetskog zračenja, od infracrvenog zračenja. Budući da atmosfera sprječava prodor zraka u zemlju c λ< λ света (ультрафиолетовые, рентгеновские, γ - излучения), то последнее время на орбиту Земли выводятся телескопы и целые орбитальные обсерватории: (т.е развиваются внеатмосферные наблюдения). Т.е. современные инфракрасные, рентгеновские и гамма обсерватории вынесены за пределы земной атмосферы.

Instrumenti za proučavanje drugih vrsta zračenja također se obično nazivaju teleskopi, iako se po svom dizajnu ponekad značajno razlikuju od optičkih teleskopa. U pravilu se postavljaju na umjetne satelite, orbitalne stanice i druge svemirske letjelice, jer ta zračenja praktički ne prodiru kroz Zemljinu atmosferu. Ona ih raspršuje i upija.

Čak i optički teleskopi u orbiti imaju određene prednosti u odnosu na one na zemlji. Najviše velik od njih svemirski teleskop. Hubble stvorena u SAD-u s promjerom ogledala 2,4 m dostupni su objekti koji su 10-15 puta slabiji od istog teleskopa na Zemlji. Njegova rezolucija je 0,1S, što je nedostižno čak i za veće zemaljske teleskope. Slike maglica i drugih udaljenih objekata pokazuju fine detalje koji se ne mogu razlikovati kada se promatraju sa Zemlje.

1.1.6 Razmotrimo teleskope po njihovim vrstama detaljnije.

1) Refraktor(refrakto - lomim se) - koristi se lom svjetlosti u leći (refrakcijski).

Prvi teleskop bio je refraktorski teleskop s jednom lećom kao objektivom. "Spotting scope" proizveden u Nizozemskoj [H. Lippershey]. Prema grubom opisu, Galileo Galilei ga je napravio 1609. i prvi put poslao na nebo u studenom 1609., a u siječnju 1610. otkrio je 4 satelita Jupitera.

Danas se refraktori s jednom lećom koriste, možda, samo u koronografima i nekim spektralnim instrumentima. Svi moderni refraktori opremljeni su akromatskim objektivima. Najveći refraktor na svijetu je teleskop opservatorija Yerk (SAD) s lećom od 1m. Proizvođač Alvan Clark (američki optičar). Njegova leća je 102 cm (40 inča) i postavljena je 1897. u opservatoriju Yerk (blizu Chicaga). Sagrađena je krajem prošlog stoljeća, a od tada profesionalci nisu gradili divovske refraktore. Clark je napravio još jedan refraktor od 30 inča, koji je postavljen 1885. u Pulkovskoj zvjezdarnici i uništen tijekom Drugog svjetskog rata.

40-inčni refraktorski teleskop u opservatoriju Yerkes. Snimak 2006. (Wikipedia)

b) Reflektor(reflekto - odraziti) - za fokusiranje zraka koristi se konkavno zrcalo.

Newtonov reflektor.

Godine 1667. prvi zrcalni teleskop izumio je I. Newton (1643-1727, Engleska) s promjerom zrcala od 2,5 cm pri povećanju od 41 x. Ovdje ravno dijagonalno zrcalo smješteno blizu fokusa odbija snop svjetlosti izvan cijevi, gdje se slika gleda kroz okular ili fotografira. Glavno zrcalo je parabolično, ali ako omjer otvora nije prevelik, može biti sferno. U to vrijeme, ogledala su se izrađivala od metalnih legura i brzo su se zatamnjivala.

Najveći teleskop na svijetu W. Keka je 1996. postavio zrcalo promjera 10 m (prvo od dva, ali zrcalo nije monolitno, već se sastoji od 36 šesterokutnih zrcala) u zvjezdarnici Maun Kea (Kalifornija, SAD).

zvjezdarnica Keck

Segmentirano primarno zrcalo teleskopa Keck II

1995. pušten je u rad prvi od četiri teleskopa (promjer zrcala 8m) (ESO opservatorij, Čile).

Prije toga, najveći je bio u SSSR-u, promjer zrcala bio je 6 m, postavljen na Stavropoljskom teritoriju (planina Pastukhov, h = 2070 m) u Specijalnoj astrofizičkoj opservatoriji Akademije znanosti SSSR-a (monolitno ogledalo 42 t, teleskop 600 t, vi mogu vidjeti zvijezde 24 m). Specijalni astrofizički opservatorij Akademije znanosti SSSR-a osnovan je 1966., 6 godina nakon odluke Vlade o osnivanju najveće zvjezdarnice u zemlji za temeljna svemirska istraživanja. Zvjezdarnica je nastala kao centar za kolektivnu uporabu radi osiguranja rada optičkog teleskopa BTA (Large Azimuthal Telescope) promjera zrcala 6 metara i radioteleskopa RATAN-600 s prstenastom antenom promjera 600 metara, tada svjetski najveći astronomski instrumenti. Pušteni su u rad 1975.-1977. i namijenjeni su proučavanju objekata bliskog i dalekog svemira korištenjem zemaljskih astronomskih metoda.

BTA toranj

c) Ogledalo-leća.(Schmidtova komora) - kombinacija obje vrste.

Schmidt-Cassegrain teleskop. Veliki otvor blende, bez kome (aberacija kome) i s velikim vidnim poljem.

Prvi je izgrađen 1930. godine. B.V. Schmidt (1879-1935, Estonija) s promjerom leće od 44 cm Estonski optičar, zaposlenik hamburške zvjezdarnice Barnhard Schmidt ugradio je dijafragmu u središte zakrivljenosti sfernog zrcala, odmah eliminirajući i komu (komatska aberacija) i astigmatizam. Kako bi eliminirao sfernu aberaciju, postavio je posebno oblikovanu leću u dijafragmu. Rezultat je fotografska kamera s jedinom aberacijom - zakrivljenošću polja i nevjerojatnim kvalitetama: što je veći otvor blende fotoaparata, to daje bolje slike i veće je vidno polje!

Godine 1946 James Baker ugradio je konveksno sekundarno zrcalo u Schmidtovu komoru i dobio ravno polje. Nešto kasnije ovaj je sustav modificiran i postao jedan od najnaprednijih sustava: Schmidt-Cassegrain, koji na polju promjera 2 stupnja daje difrakcijsku kvalitetu slike.

Schmidt-Cassegrain teleskop

Godine 1941 DD. Maksutov(SSSR) napravio teleskop za meniskus, koji je povoljan s kratkom cijevi. Koriste ga astronomi amateri.

Teleskop Maksutov-Cassegrain.

Godine 1941 D. D. Maksutov je otkrio da se sferna aberacija sfernog zrcala može kompenzirati meniskusom velike zakrivljenosti. Nakon što je pronašao dobru udaljenost između meniskusa i zrcala, Maksutov se uspio riješiti kome i astigmatizma. Zakrivljenost polja, kao kod Schmidtove kamere, može se eliminirati ugradnjom planokonveksne leće blizu žarišne ravnine – takozvane Piazzi-Smith leće. Nakon što je aluminizirao središnji dio meniskusa, Maksutov je dobio analoge meniskusa Cassegrain i Gregory teleskopa. Predloženi su analozi meniskusa gotovo svih teleskopa od interesa za astronome.

Teleskop Maksutov - Cassegrain promjera 150 mm

1995. za optički interferometar pušten je u rad prvi teleskop s zrcalom od 8 m (od 4) s bazom od 100 m (pustinja ATACAMA, Čile; ESO).

1996. prvi teleskop promjera 10 m (od dva s bazom od 85 m) nazvan po. W. Keka predstavljen na zvjezdarnici Maun Kea (Kalifornija, Havaji, SAD)

2. - Prednosti: u bilo koje vrijeme i doba dana, možete promatrati objekte koji su nedostupni optičkim. Predstavljaju zdjelu (poput lokatora).

Radioastronomija se razvila nakon rata. Najveći radioteleskopi sada su fiksni RATAN-600, Rusija (poručen 1967., 40 km od optičkog teleskopa, sastoji se od 895 pojedinačnih zrcala veličine 2,1x7,4m i ima zatvoreni prsten promjera 588m), Arecibo ( Puerto Rico, 305 m- betonska zdjela ugašenog vulkana, uvedena 1963.). Od mobilnih imaju dva radioteleskopa sa zdjelom od 100 m.

Posebnu važnost u našem svemirskom dobu pridaje se orbitalne zvjezdarnice. Najpoznatiji od njih je svemirski teleskop. Hubble- lansiran u travnju 1990. i ima promjer 2,4 m. Nakon postavljanja korektivnog bloka 1993. godine, teleskop registruje objekte do 30. magnitude, a kutno mu je povećanje bolje od 0,1" (pod ovim kutom vidljiv je grašak iz udaljenost nekoliko desetaka kilometara).

Shematski dijagram teleskopa. Hubble

l. Učvršćivanje materijala.

1. Koje ste astronomske podatke proučavali na kolegijima iz drugih predmeta? (prirodoslovlje, fizika, povijest itd.)
2. Što ste naučili?
3. Što je astronomija? Značajke astronomije itd.
4. Koja je specifičnost astronomije u odnosu na druge prirodne znanosti?
5. Koje vrste nebeskih tijela poznajete?
6. Koji su objekti znanja u astronomiji?
7. Koje metode i alate znanja u astronomiji poznajete?
8. Svrha teleskopa i njegove vrste
9. Koja je važnost astronomije u nacionalnoj ekonomiji danas?

Vrijednosti u nacionalnoj ekonomiji:

• - Orijentacija po zvijezdama za određivanje strana horizonta
• - Navigacija (navigacija, zrakoplovstvo, astronautika) - umjetnost navigacije zvijezdama
• - Istraživanje svemira za razumijevanje prošlosti i predviđanje budućnosti
• - astronautika:
• - Istraživanje Zemlje u cilju očuvanja njene jedinstvene prirode
• - Dobivanje materijala koje je nemoguće dobiti u kopnenim uvjetima
• - Vremenska prognoza i predviđanje prirodnih katastrofa
• - Spašavanje brodova u nevolji
• - Istraživanje drugih planeta za predviđanje razvoja Zemlje

1. Pogledajte Observer's Calendar, primjer astronomskog časopisa (elektronskog, kao što je Sky).
2. Na internetu idite, pronađite predavanja o astronomiji, pogledajte Astrotop astrolinks, portal: Astronomija u Wikipedia, - pomoću koje možete dobiti informacije o temi koja vas zanima ili ih pronaći.

Pratio kretanje zvijezda na nebu. Astronomska promatranja tog vremena pomogla su u navigaciji terena, a također su bila neophodna za izgradnju filozofskih i religijskih sustava. Od tada se mnogo toga promijenilo. Astronomija se konačno oslobodila astrologije, akumulirala opsežno znanje i tehničku moć. Međutim, astronomska promatranja na Zemlji ili u svemiru i dalje su jedna od glavnih metoda dobivanja podataka u ovoj znanosti. Metode prikupljanja informacija su se promijenile, ali je bit metodologije ostala nepromijenjena.

Što su astronomska opažanja?

Postoje dokazi koji upućuju na to da su ljudi posjedovali elementarno znanje o kretanju Mjeseca i Sunca čak i u pretpovijesno doba. Djela Hiparha i Ptolomeja svjedoče da su znanja o svjetiljkama bila tražena i u antici, te im se posvećivala velika pozornost. Astronomska su promatranja u to vrijeme i dugo nakon toga bila proučavanje noćnog neba i fiksiranje onoga što se vidi na papiru, ili jednostavnije, skica.

Do renesanse, samo su najjednostavniji instrumenti bili pomoćnici znanstvenicima u ovoj stvari. Značajna količina podataka postala je dostupna nakon izuma teleskopa. Kako se poboljšavala, točnost primljenih informacija se povećavala. Međutim, na bilo kojoj razini tehnološkog napretka, astronomska su promatranja glavni način prikupljanja informacija o nebeskim objektima. Zanimljivo, ovo je također jedno od područja znanstvenog djelovanja u kojem metode koje su se koristile u doba prije znanstvenog napretka, odnosno promatranje golim okom ili uz pomoć najjednostavnije opreme, nisu izgubile na svojoj aktualnosti.

Klasifikacija

Danas su astronomska promatranja prilično široka kategorija aktivnosti. Mogu se klasificirati prema nekoliko kriterija:

• kvalifikacije sudionika;
• priroda snimljenih podataka;
• mjesto.

U prvom slučaju razlikuju se profesionalna i amaterska promatranja. Podaci dobiveni u ovom slučaju najčešće su registracija vidljive svjetlosti ili drugog elektromagnetskog zračenja, uključujući infracrveno i ultraljubičasto. U ovom slučaju, informacije se u nekim slučajevima mogu dobiti samo s površine našeg planeta ili samo iz svemira izvan atmosfere: prema trećoj osobini razlikuju se astronomska promatranja na Zemlji ili u svemiru.

amaterska astronomija

Ljepota znanosti o zvijezdama i drugim nebeskim tijelima je u tome što je jedna od rijetkih koja doslovno treba aktivne i neumorne obožavatelje među neprofesionalcima. Ogroman broj objekata vrijednih stalne pažnje, mali je broj znanstvenika koji se bave najsloženijim pitanjima. Stoga astronomska promatranja ostatka bliskog svemira padaju na ramena amatera.

Doprinos ljudi koji astronomiju smatraju svojim hobijem ovoj znanosti prilično je opipljiv. Sve do sredine posljednjeg desetljeća prošlog stoljeća više od polovice kometa otkrili su amateri. Njihova područja interesa također često uključuju promjenjive zvijezde, promatranje novih, praćenje pokrivenosti nebeskih tijela asteroidima. Potonji je danas najperspektivniji i najtraženiji posao. Što se tiče Nove i Supernove, u pravilu ih prvi primjećuju astronomi amateri.

Mogućnosti za neprofesionalna zapažanja

Amaterska astronomija može se podijeliti u usko povezane grane:

• Vizualna astronomija. To uključuje astronomska promatranja dalekozorom, teleskopom ili golim okom. Glavni cilj takvih aktivnosti je u pravilu uživati ​​u prilici promatranja kretanja zvijezda, kao i iz samog procesa. Zanimljiva grana ovog smjera je astronomija "pločnika": neki amateri iznesu svoje teleskope na ulicu i pozivaju sve da se dive zvijezdama, planetima i Mjesecu.
• Astrofotografija. Svrha ovog smjera je dobivanje fotografskih slika nebeskih tijela i njihovih elemenata.
• Zgrada teleskopa. Ponekad potrebne optičke instrumente, teleskope i pribor za njih izrađuju amateri gotovo od nule. U većini slučajeva, međutim, izgradnja teleskopa sastoji se od dopunjavanja postojeće opreme novim komponentama.
• Istraživanje. Neki astronomi amateri traže, osim estetskog užitka, i nešto materijalnije. Bave se proučavanjem asteroida, varijabli, novih i supernova, kometa i meteorskih kiša. Povremeno, u procesu stalnih i mukotrpnih promatranja, dolazi do otkrića. Upravo ta aktivnost astronoma amatera daje najveći doprinos znanosti.

Djelatnosti profesionalaca

Specijalizirani astronomi diljem svijeta imaju sofisticiraniju opremu od amatera. Zadaci s kojima se suočavaju zahtijevaju visoku točnost u prikupljanju informacija, dobro funkcionirajući matematički aparat za tumačenje i predviđanje. U pravilu, prilično složeni, često udaljeni objekti i pojave leže u središtu rada stručnjaka. Često proučavanje svemirskih prostranstava omogućuje rasvjetljavanje određenih zakona svemira, razjašnjavanje, dopunu ili opovrgavanje teoretskih konstrukcija o njegovom nastanku, strukturi i budućnosti.

Klasifikacija prema vrsti informacija

Promatranja u astronomiji, kao što je već spomenuto, mogu se povezati s fiksacijom različitih zračenja. Na temelju toga razlikuju se sljedeći pravci:

• optička astronomija proučava zračenje u vidljivom rasponu;
• infracrvena astronomija;
• ultraljubičasta astronomija;
• radioastronomija;
• rendgenska astronomija;
• gama astronomija.

Osim toga, istaknuti su pravci ove znanosti i odgovarajuća opažanja koja nisu povezana s elektromagnetskim zračenjem. To uključuje neutrino, proučavanje neutrina zračenja iz izvanzemaljskih izvora, gravitacijsko-valnu i planetarnu astronomiju.

S površine

Neki od fenomena koji se proučavaju u astronomiji dostupni su za istraživanje u zemaljskim laboratorijima. Astronomska promatranja na Zemlji povezana su s proučavanjem putanja kretanja mjerenjem udaljenosti u svemiru do zvijezda, fiksiranjem određenih vrsta zračenja i radio valova i tako dalje. Sve do početka ere astronautike, astronomi su se mogli zadovoljiti samo informacijama dobivenim u uvjetima našeg planeta. I to je bilo dovoljno da se izgradi teorija o nastanku i razvoju Svemira, da se otkriju mnogi obrasci koji postoje u svemiru.

Visoko iznad zemlje

Lansiranjem prvog satelita započela je nova era u astronomiji. Prikupljeni podaci su neprocjenjivi. Pridonijeli su produbljivanju znanstvenih razumijevanja misterija Svemira.

Astronomska promatranja u svemiru omogućuju otkrivanje svih vrsta zračenja, od vidljive svjetlosti do gama i X-zraka. Većina njih nije dostupna za istraživanje sa Zemlje, jer ih atmosfera planeta apsorbira i ne dopušta im da izađu na površinu. Rentgenski pulsari primjer su otkrića koja su tek nakon toga postala moguća.

Rudari informacija

Astronomska promatranja u svemiru provode se pomoću različite opreme instalirane na letjelicama i satelitima u orbiti. Mnoga istraživanja ove prirode provode se o neprocjenjivom doprinosu optičkih teleskopa lansiranih nekoliko puta u prošlom stoljeću. Među njima se ističe poznati Hubble. Za laike je prvenstveno izvor zapanjujuće lijepih fotografskih slika dubokog svemira. No, nije to sve što on „može“. Uz njegovu pomoć dobivena je velika količina informacija o strukturi mnogih objekata, obrascima njihovog "ponašanja". Hubble i drugi teleskopi neprocjenjiv su izvor podataka potrebnih za teorijsku astronomiju, radeći na problemima razvoja svemira.

Astronomska promatranja – i zemaljska i svemirska – jedina su za znanost o nebeskim tijelima i pojavama. Bez njih bi znanstvenici mogli samo razvijati razne teorije, a da ih ne mogu usporediti sa stvarnošću.

Astronomija je znanost koja proučava nebeska tijela i Svemir u kojem živimo.

Napomena 1

Budući da astronomija kao znanost nema mogućnost provođenja eksperimenta, glavni izvor informacija su informacije koje istraživači dobivaju tijekom promatranja.

S tim u vezi, u astronomiji se izdvaja polje koje se naziva promatračka astronomija.

Bit promatračke astronomije je dobivanje potrebnih informacija o objektima u svemiru pomoću instrumenata poput teleskopa i druge opreme.

Promatranja u astronomiji omogućuju, posebice, praćenje obrazaca u svojstvima određenih objekata koji se proučavaju. Dobiveni rezultati proučavanja nekih objekata mogu se proširiti na druge objekte sličnih svojstava.

Odjeljci promatračke astronomije

U promatračkoj astronomiji, podjela na sekcije povezana je s podjelom elektromagnetskog spektra u raspone.

Optička astronomija – doprinosi opažanjima u vidljivom dijelu spektra. Istodobno se u uređajima za promatranje koriste ogledala, leće i poluprovodnički detektori.

Napomena 2

U ovom slučaju područje vidljivog zračenja leži u sredini raspona istraživanih valova. Valna duljina vidljivog zračenja je u rasponu od 400 nm do 700 nm.

Infracrvena astronomija temelji se na traženju i proučavanju infracrvenog zračenja. U ovom slučaju valna duljina prelazi graničnu vrijednost za promatranja silicijskim detektorima: oko 1 μm. Za proučavanje odabranih objekata u ovom dijelu raspona istraživači uglavnom koriste teleskope – reflektore.

Radioastronomija se temelji na promatranju zračenja valne duljine od milimetara do desetaka milimetara. Po principu rada prijamnici koji koriste radijsku emisiju su usporedivi s onim prijamnicima koji se koriste u emitiranju radijskih programa. Međutim, radio prijemnici su osjetljiviji.

Rentgenska astronomija, astronomija gama zraka i ultraljubičasta astronomija uključeni su u astronomiju visokih energija.

Metode promatranja u astronomiji

Dobivanje željenih podataka moguće je kada astronomi registriraju elektromagnetsko zračenje. Osim toga, istraživači provode promatranja neutrina, kozmičkih zraka ili gravitacijskih valova.

Optička i radioastronomija u svojim aktivnostima koristi zemaljske zvjezdarnice. Razlog tome je što na valnim duljinama ovih raspona atmosfera našeg planeta ima relativnu transparentnost.

Zvjezdarnice se uglavnom nalaze na velikim visinama. To je zbog smanjenja apsorpcije i izobličenja koje stvara atmosfera.

Napomena 3

Imajte na umu da brojne infracrvene valove značajno apsorbiraju molekule vode. Zbog toga se zvjezdarnice često grade na suhim mjestima na velikoj nadmorskoj visini ili u svemiru.

Baloni ili svemirske zvjezdarnice uglavnom se koriste u područjima rendgenske, gama-zrake i ultraljubičaste astronomije, a uz nekoliko iznimaka, u daleko-IR astronomiji. Istodobno, promatrajući zračne pljuskove, možete otkriti gama zračenje koje ih je stvorilo. Imajte na umu da je proučavanje kozmičkih zraka trenutno područje astronomske znanosti koje se brzo razvija.

Objekti koji se nalaze blizu Sunca i Zemlje mogu se vidjeti i izmjeriti kada se promatraju na pozadini drugih objekata. Takva su promatranja korištena za izgradnju modela orbita planeta, kao i za određivanje njihovih relativnih masa i gravitacijskih perturbacija. Rezultat je bio otkriće Urana, Neptuna i Plutona.

Radioastronomija - razvoj ovog područja astronomije bio je rezultat otkrića radio-emisije. Daljnji razvoj ovog područja doveo je do otkrića takvog fenomena kao što je kozmičko pozadinsko zračenje.

Neutrina astronomija - ovo područje astronomske znanosti koristi detektore neutrina u svom arsenalu, koji se uglavnom nalaze pod zemljom. Alati za neutrinsku astronomiju pomažu u dobivanju informacija o procesima koje istraživači ne mogu promatrati teleskopima. Primjer su procesi koji se odvijaju u jezgri našeg Sunca.

Prijemnici gravitacijskih valova imaju sposobnost zabilježiti tragove čak i takvih pojava kao što je sudar tako masivnih objekata kao što su neutronske zvijezde i crne rupe.

Automatske svemirske letjelice aktivno se koriste u astronomskim promatranjima planeta Sunčevog sustava. Uz njihovu pomoć posebno se aktivno proučava geologija i meteorologija planeta.

Uvjeti za obavljanje astronomskih promatranja.

Za bolje promatranje astronomskih objekata važni su sljedeći uvjeti:

1. Istraživanja se provode uglavnom u vidljivom dijelu spektra pomoću optičkih teleskopa.
2. Promatranja se uglavnom provode noću, jer kvaliteta podataka dobivenih od strane istraživača ovisi o prozirnosti zraka i uvjetima vidljivosti. Zauzvrat, uvjeti vidljivosti ovise o turbulenciji i prisutnosti toplinskih tokova u zraku.
3. Odsutnost punog mjeseca daje prednost u promatranju astronomskih objekata. Ako je pun mjesec na nebu, onda to daje dodatno osvjetljenje i komplicira promatranje slabih objekata.
4. Za optički teleskop najprikladnije mjesto za promatranje je otvoreni prostor. U svemiru je moguće vršiti opažanja koja ne ovise o hirovima atmosfere, zbog nedostatka takvih u svemiru. Nedostatak ove metode promatranja je visoka financijska cijena takvih studija.

Nakon svemira, najpogodnije mjesto za promatranje svemira su vrhovi planina. Planinski vrhovi imaju veliki broj dana bez oblaka i kvalitetne uvjete vidljivosti povezane s dobrom atmosferskom kvalitetom.

Primjer 1

Primjer takvih zvjezdarnica su planinski vrhovi otoka Mauna Kea i La Palma.

Razina tame noću također igra veliku ulogu u astronomskim promatranjima. Umjetno osvjetljenje stvoreno ljudskom aktivnošću ometa kvalitetno promatranje slabih astronomskih objekata. Međutim, korištenje plafona oko uličnih svjetiljki pomaže u rješavanju problema. Zbog toga se povećava količina svjetlosti koja dopire do površine zemlje, a smanjuje se zračenje usmjereno prema nebu.

5. Utjecaj atmosfere na kvalitetu promatranja može biti velik. Za bolju sliku koriste se teleskopi s dodatnom korekcijom zamućenja slike. Za poboljšanje kvalitete također se koristi adaptivna optika, spekle interferometrija, sinteza otvora ili postavljanje teleskopa u svemir.

PREDGOVOR
Knjiga je posvećena organizaciji, sadržaju i metodologiji naprednih astronomskih promatranja, kao i najjednostavnijim matematičkim metodama za njihovu obradu. Započinje poglavljem o ispitivanju teleskopa, glavnog instrumenta promatračke astronomije. Ovo poglavlje opisuje glavna pitanja vezana uz najjednostavniju teoriju teleskopa. Učitelji će ovdje pronaći mnogo vrijednih praktičnih savjeta vezanih uz određivanje različitih karakteristika teleskopa, provjeru kvalitete njegove optike, odabir optimalnih uvjeta za promatranje, kao i potrebne informacije o najvažnijim dodacima teleskopa i načinu rukovanja. njih prilikom vizualnih i fotografskih opažanja.
Najvažniji dio knjige je drugo poglavlje, koje na temelju konkretnog materijala razmatra pitanja organizacije, sadržaja i načina provođenja astronomskih promatranja. Značajan dio predloženih promatranja – vizualna promatranja Mjeseca, Sunca, planeta, pomrčina – ne zahtijeva visoke kvalifikacije i uz vješto vodstvo učitelja može se savladati u kratkom vremenu. Istodobno, niz drugih promatranja - fotografska promatranja, vizualna promatranja promjenjivih zvijezda, programska promatranja kiša meteora i neka druga - već zahtijevaju znatnu vještinu, određenu teorijsku obuku te dodatne instrumente i opremu.
Naravno, ne mogu se sva zapažanja navedena u ovom poglavlju implementirati ni u jednoj školi. Organizacija promatranja povećane težine najvjerojatnije je dostupna onim školama u kojima postoji dobra tradicija organiziranja izvannastavnih aktivnosti iz astronomije, postoji iskustvo u relevantnom radu i, što je vrlo važno, dobra materijalna baza.
Konačno, u trećem poglavlju, na temelju specifičnog materijala, u jednostavnom i vizualnom obliku prikazane su glavne matematičke metode za obradu opažanja: interpolacija i ekstrapolacija, približni prikaz empirijskih funkcija i teorija pogreške. Ovo poglavlje sastavni je dio knjige. Ona i učitelje i učenike, te, na kraju, i ljubitelje astronomije usmjerava na promišljen, ozbiljan odnos prema postavljanju i provođenju astronomskih promatranja, čiji rezultati mogu dobiti određeni značaj i vrijednost tek nakon što se podvrgnu odgovarajućoj matematičkoj obradi.
Pozornost nastavnika skreće se na potrebu korištenja mikrokalkulatora, a u budućnosti - osobnih računala.
Materijal iz knjige može se koristiti u izvođenju praktične nastave iz astronomije, predviđene nastavnim planom i programom, kao i u izvođenju fakultativne nastave i u radu astronomskog kruga.
Koristeći ovu priliku, autori izražavaju duboku zahvalnost zamjeniku predsjednika Vijeća astronomskih krugova Moskovskog planetarija, zaposleniku SAI MSU M. Yu. Ševčenku i izvanrednom profesoru Vladimirskog pedagoškog instituta, kandidatu fizičke i matematike. znanosti E. P. Razbitnaya za vrijedne prijedloge koji su pridonijeli poboljšanju sadržaja knjige.
Autori će sa zahvalnošću prihvatiti sve kritičke komentare čitatelja.

Poglavlje I ISPITIVANJE TELESKOPA

§ 1. Uvod
Teleskopi su glavni instrumenti svake astronomske zvjezdarnice, pa tako i obrazovne. Uz pomoć teleskopa učenici promatraju Sunce i pojave na njemu, Mjesec i njegovu topografiju, planete i neke od njihovih satelita, raznolik svijet zvijezda, otvorene i kuglaste skupove, difuzne maglice, Mliječni put i galaksije. .
Na temelju neposrednih teleskopskih promatranja i fotografija snimljenih velikim teleskopima, nastavnik može kod učenika stvoriti živopisne prirodno-znanstvene ideje o ustrojstvu svijeta oko sebe i na temelju toga oblikovati čvrsta materijalistička uvjerenja.
Polazeći od promatranja u školskoj astronomskoj zvjezdarnici, učitelj bi trebao biti dobro upoznat s mogućnostima teleskopske optike, raznim praktičnim metodama za njeno ispitivanje i utvrđivanje njezinih glavnih karakteristika. Što će učitelj potpunije i dublje poznavati teleskope, to će bolje moći organizirati astronomska promatranja, to će rad učenika biti plodonosniji i rezultati promatranja uvjerljivije će se pojaviti pred njima.
Posebno je važno da nastavnik astronomije poznaje kratku teoriju teleskopa, poznaje najčešće optičke sustave i postavke teleskopa, a također ima prilično cjelovito poznavanje okulara i raznih dodataka za teleskop. Pritom mora poznavati glavne karakteristike, kao i prednosti i nedostatke malih teleskopa namijenjenih školskim i institutskim obrazovnim astronomskim zvjezdarnicama, imati dobre vještine rukovanja takvim teleskopima i biti sposoban realno procijeniti njihove mogućnosti pri organizaciji promatranja.
Učinkovitost rada astronomske zvjezdarnice ovisi ne samo o njegovoj opremljenosti raznolikom opremom, a posebno o optičkoj snazi ​​teleskopa koji su na njemu dostupni, već i o stupnju pripremljenosti promatrača. Samo kvalificirani promatrač, koji ima na raspolaganju dobre vještine rukovanja teleskopom i koji poznaje njegove glavne karakteristike i mogućnosti, može dobiti maksimalno moguće informacije o ovom teleskopu.
Stoga je pred učiteljem važan zadatak pripreme aktivista koji su sposobni napraviti dobra zapažanja koja zahtijevaju izdržljivost, pažljivo izvođenje, veliku pažnju i vrijeme.
Bez stvaranja skupine kvalificiranih promatrača nemoguće je računati na rašireno kontinuirano funkcioniranje školske zvjezdarnice i na njezin veliki povratak u obrazovanje i odgoj svih ostalih učenika.
U tom smislu nije dovoljno da nastavnik poznaje same teleskope i njihove mogućnosti, već mora posjedovati i promišljenu i ekspresivnu metodu objašnjenja koja ne ide daleko dalje od školskih programa i udžbenika i temelji se na znanju učenika stečenim u studij fizike, astronomije i matematike.
Pritom treba obratiti posebnu pozornost na primijenjenu prirodu objavljenih informacija o teleskopima, kako bi se sposobnosti potonjih otkrile u procesu provođenja planiranih promatranja i očitovale u dobivenim rezultatima.
Uzimajući u obzir navedene zahtjeve, prvo poglavlje knjige sadrži teorijske podatke o teleskopima u količini potrebnoj za promišljena promatranja, kao i opise racionalnih praktičnih metoda za ispitivanje i utvrđivanje njihovih različitih karakteristika, uzimajući u obzir znanja i sposobnosti učenika.

§ 2. Određivanje glavnih karakteristika optike teleskopa
Da bi se dublje razumjele mogućnosti teleskopske optike, najprije treba dati neke optičke podatke o ljudskom oku – glavnom „alatu“ učenika u većini obrazovnih astronomskih promatranja. Zadržimo se na njegovim karakteristikama kao što su iznimna osjetljivost i vidna oštrina, ilustrirajući njihov sadržaj na primjerima promatranja nebeskih objekata.
Pod graničnom (pragom) osjetljivosti oka podrazumijeva se minimalni svjetlosni tok koji još uvijek može percipirati oko potpuno prilagođeno tami.
Prikladni objekti za određivanje granične osjetljivosti oka su skupine zvijezda različitih veličina s pomno izmjerenim magnitudama. U dobrom stanju atmosfere, nebu bez oblaka u noći bez mjeseca daleko od grada, mogu se promatrati zvijezde do 6. magnitude. Međutim, to nije granica. Visoko u planinama, gdje je atmosfera posebno čista i prozirna, postaju vidljive zvijezde do 8. magnitude.
Iskusan promatrač mora poznavati granice svojih očiju i znati odrediti stanje prozirnosti atmosfere iz promatranja zvijezda. Da biste to učinili, morate dobro proučiti standard općenito prihvaćen u astronomiji - Sjeverni polarni red (slika 1, a) i uzeti ga kao pravilo: prije nego što izvršite teleskopska promatranja, prvo morate golim okom odrediti zvijezde vidljive na granici iz ove serije i utvrđuju stanje atmosfere iz njih.
Riža. 1. Karta sjevernog polarnog lanca:
a - za promatranja golim okom; b - s dalekozorom ili malim teleskopom; c - srednji teleskop.
Dobiveni podaci bilježe se u dnevnik promatranja. Sve to zahtijeva promatranje, pamćenje, razvija naviku procjene oka i navikava se na točnost - te su kvalitete vrlo korisne za promatrača.
Oštrina vida podrazumijeva se kao sposobnost oka da razlikuje blisko raspoređene predmete ili svjetleće točke. Liječnici su otkrili da je prosječna oštrina normalnog ljudskog oka 1 lučna minuta. Ovi podaci dobiveni su ispitivanjem svijetlih, dobro osvijetljenih objekata i točkastih izvora svjetlosti u laboratorijskim uvjetima.
Prilikom promatranja zvijezda - mnogo manje svijetlih objekata - oštrina vida je donekle smanjena i iznosi oko 3 minute luka ili više. Dakle, s normalnim vidom, lako je primijetiti da se u blizini Mizara - srednje zvijezde u ručki kante Velikog medvjeda - nalazi slaba zvijezda Alkor. Daleko od toga da svi uspijevaju golim okom uspostaviti dualnost e Lyre. Kutna udaljenost između Mizara i Alcora je 1 G48", a između komponenti ei i e2 Lyre - 3"28".
Razmotrimo sada kako teleskop proširuje mogućnosti ljudskog vida i analizirajmo te mogućnosti.
Teleskop je afokalni optički sustav koji pretvara snop paralelnih zraka presjeka D u snop paralelnih zraka presjeka d. To se jasno vidi na primjeru putanje snopa u refraktoru (slika 2), gdje leća presreće paralelne zrake koje dolaze s udaljene zvijezde i fokusira ih na točku u žarišnoj ravnini. Nadalje, zrake se razilaze, ulaze u okular i izlaze iz njega kao paralelna zraka manjeg promjera. Zrake tada ulaze u oko i fokusiraju se na točku na dnu očne jabučice.
Ako je promjer zjenice ljudskog oka jednak promjeru paralelnog snopa koji izlazi iz okulara, tada će sve zrake prikupljene objektivom ući u oko. Stoga, u ovom slučaju, omjer površina teleskopske leće i zjenice ljudskog oka izražava višestrukost povećanja svjetlosnog toka, pada
Ako pretpostavimo da je promjer zjenice 6 mm (u potpunom mraku čak doseže i 7 - 8 mm), onda školski refraktor s promjerom leće 60 mm može u oko poslati 100 puta više svjetlosne energije nego što je percipira golo oko. Kao rezultat, s takvim teleskopom zvijezde mogu postati vidljive, šaljući nam svjetlosne tokove 100 puta manje od svjetlosnih tokova zvijezda vidljivih na granici golim okom.
Prema Pogsonovoj formuli, stostruko povećanje osvjetljenja (svjetlosni tok) odgovara veličini od 5 zvijezda:
Gornja formula omogućuje procjenu prodorne moći, koja je najvažnija karakteristika teleskopa. Probojna snaga određena je graničnom veličinom (m) najslabije zvijezde koja se još uvijek može vidjeti danim teleskopom u najboljim atmosferskim uvjetima. Budući da se u gornjoj formuli ne uzima u obzir ni gubitak svjetlosti tijekom prolaska optike niti zamračenje pozadine neba u vidnom polju teleskopa, ona je približna.
Točnija vrijednost prodorne moći teleskopa može se izračunati pomoću sljedeće empirijske formule, koja sažima rezultate promatranja zvijezda instrumentima različitih promjera:
gdje je D promjer leće, izražen u milimetrima.
Za potrebe orijentacije, u tablici 1 prikazane su približne vrijednosti prodorne moći teleskopa, izračunate pomoću empirijske formule (1).
Stvarna prodorna moć teleskopa može se odrediti promatranjem zvijezda Northern Polar serije (slika 1.6, c). Da biste to učinili, vodeći se tablicom 1 ili empirijskom formulom (1), postavite približnu vrijednost prodorne moći teleskopa. Nadalje, iz zadanih karata (slika 1.6, c) odabiru se zvijezde nešto većih i nešto manjih magnituda. Pažljivo kopirajte sve zvijezde većeg sjaja i sve odabrane. Na taj se način izrađuje zvjezdana karta, pomno proučava i vrše se zapažanja. Odsutnost "dodatnih" zvijezda na karti pridonosi brzoj identifikaciji teleskopske slike i utvrđivanju zvjezdanih veličina vidljivih zvijezda. Naredne večeri vrše se naknadna opažanja. Ako se vrijeme i prozirnost atmosfere poboljšaju, tada postaje moguće vidjeti i identificirati slabije zvijezde.
Veličina najslabije zvijezde pronađene na ovaj način određuje stvarnu prodornu moć korištenog teleskopa. Dobiveni rezultati se bilježe u dnevnik promatranja. Po njima se može suditi o stanju atmosfere i uvjetima za promatranje drugih svjetiljki.
Druga najvažnija karakteristika teleskopa je njegova rezolucija b, koja se shvaća kao minimalni kut između dvije zvijezde koje se vide odvojeno. U teorijskoj optici dokazano je da je s idealnom lećom u vidljivoj svjetlosti L = 5,5-10-7 m još uvijek moguće razlučiti binarnu zvijezdu ako je kutna udaljenost između njenih komponenti jednaka kutu
gdje je D promjer leće u milimetrima. (...)
Riža. 3. Difrakcijski uzorci bliskih zvjezdanih parova s ​​različitim kutnim udaljenostima komponenti.
Također je poučno provoditi teleskopska promatranja svijetlih zvjezdanih parova s ​​otvorom leće. Kako se ulaz teleskopa postupno dijafragmira, difrakcijski diskovi zvijezda se povećavaju, spajaju i stapaju u jedan difrakcijski disk većeg promjera, ali s mnogo nižom svjetlinom.
Prilikom provođenja takvih studija treba obratiti pozornost na kvalitetu teleskopskih slika, koje su određene stanjem atmosfere.
Atmosferske poremećaje treba promatrati dobro postavljenim teleskopom (po mogućnosti reflektorom), ispitujući difrakcijske slike svijetlih zvijezda pri velikim povećanjima. Iz optike je poznato da je kod monokromatskog svjetlosnog toka 83,8% energije koja se prenosi kroz leću koncentrirana u središnjem difrakcijskom disku, 7,2% u prvom prstenu, 2,8% u drugom, 1,5% u trećem i 1,5% % u četvrtom prstenu - 0,9% itd.
Budući da dolazno zračenje zvijezda nije monokromatsko, već se sastoji od različitih valnih duljina, difrakcijski prstenovi su obojeni i zamućeni. Jasnoća slika prstena može se poboljšati korištenjem filtara, posebno onih uskopojasnih. Međutim, zbog smanjenja energije od prstena do prstena i povećanja njihovih površina, već treći prsten postaje neprimjetan.
To treba imati na umu kada se procjenjuje stanje atmosfere prema vidljivim difrakcijskim uzorcima promatranih zvijezda. Prilikom takvih zapažanja možete koristiti Pickeringovu ljestvicu prema kojoj se najbolje slike ocjenjuju ocjenom 10, a vrlo loše ocjenom 1.
Dajemo opis ove ljestvice (slika 4).
1. Slike zvijezda su valovite i razmazane tako da su njihovi promjeri u prosjeku dvostruko veći od trećeg difrakcijskog prstena.
2. Slika je valovita i malo izvan trećeg difrakcijskog prstena.
3. Slika ne ide dalje od trećeg difrakcijskog prstena. Svjetlina slike se povećava prema središtu.
4. S vremena na vrijeme, središnji difrakcijski disk zvijezde je vidljiv s kratkim lukovima koji se pojavljuju okolo.
5. Difrakcijski disk je cijelo vrijeme vidljiv, a često su vidljivi kratki lukovi.
6. Difrakcijski disk i kratki lukovi vidljivi su cijelo vrijeme.
7. Lukovi se kreću oko jasno vidljivog diska.
8. Prstenovi s prazninama kreću se oko jasno definiranog diska,
9. Difrakcijski prsten najbliži disku je nepomičan.
10. Svi difrakcijski prstenovi su nepomični.
Točke 1 - 3 karakteriziraju loše stanje atmosfere za astronomska promatranja, 4 - 5 - osrednje, 6 - 7 - dobro, 8 - 10 - izvrsno.
Treća važna karakteristika teleskopa je njegov otvor leće, koji je jednak kvadratu omjera promjera leće
na svoju žarišnu duljinu (...)

§ 3. Provjera kvalitete optike teleskopa
Praktična vrijednost svakog teleskopa kao instrumenta za promatranje određena je ne samo njegovom veličinom, već i kvalitetom njegove optike, tj. stupnjem savršenstva njegovog optičkog sustava i kvalitetom leće. Važnu ulogu igra kvaliteta okulara pričvršćenih na teleskop, kao i kompletnost njihovog kompleta.
Leća je najkritičniji dio teleskopa. Nažalost, čak i najnaprednije teleskopske leće imaju niz nedostataka kako zbog čisto tehničkih razloga tako i zbog prirode svjetlosti. Najvažnije od njih su kromatska i sferna aberacija, koma i astigmatizam. Osim toga, brze leće u različitim stupnjevima pate od zakrivljenosti polja i izobličenja.
Učitelj treba znati o glavnim optičkim nedostacima najčešće korištenih vrsta teleskopa, te nedostatke ekspresivno i jasno pokazati i moći ih donekle smanjiti.
Opišimo sukcesivno najvažnije optičke nedostatke teleskopa, razmotrimo u kakvim se vrstama malih teleskopa i u kojoj mjeri se očituju te naznačimo najjednostavnije načine za njihovo isticanje, prikaz i smanjenje.
Glavna prepreka koja je dugo sprječavala poboljšanje refraktorskog teleskopa bila je kromatska (boja) aberacija, tj. nemogućnost sabirne leće da prikupi sve svjetlosne zrake različitih valnih duljina u jednoj točki. Kromatska aberacija je uzrokovana nejednakim lomom svjetlosnih zraka različitih valnih duljina (crvene se zrake lome slabije od žutih, a žute su slabije od plavih).
Kromatska aberacija posebno je izražena u teleskopima s brzim lećama s jednom lećom. Ako je takav teleskop usmjeren na svijetlu zvijezdu, tada na određeni položaj okulara
možete vidjeti svijetlu ljubičastu mrlju okruženu aureolom u boji s zamućenim crvenim vanjskim prstenom. Kako se okular širi, boja središnje točke postupno će se mijenjati u plavu, zatim zelenu, žutu, narančastu i na kraju crvenu. U potonjem slučaju, aureola u boji s ljubičastim prstenastim rubom bit će vidljiva oko crvene mrlje.
Gledate li planet kroz takav teleskop, slika će biti vrlo mutna, s preljevnim mrljama.
Leće s dvije leće koje uglavnom nemaju kromatske aberacije nazivaju se akromatskim. Relativni otvor refraktora s akromatskom lećom obično je 715 ili više (kod školskih refrakcijskih teleskopa ostavlja 7o, što donekle degradira kvalitetu slike).
Međutim, akromatska leća nije potpuno slobodna od kromatskih aberacija i dobro konvergira samo zrake određenih valnih duljina. U tom smislu, ciljevi su akromatizirani u skladu sa svojom namjenom; vizualni - u odnosu na zrake koje najjače djeluju na oko, fotografski - za zrake koje najjače djeluju na fotografsku emulziju. Osobito su leće školskih refraktora vizualne po svojoj namjeni.
O prisutnosti rezidualne kromatske aberacije u školskim refraktorima može se suditi na temelju promatranja s vrlo velikim uvećanjima difrakcijskih slika svijetlih zvijezda, brzo mijenjajući sljedeće filtere: žuto-zeleni, crveni, plavi. Brzu izmjenu svjetlosnih filtera moguće je osigurati korištenjem diska ili kliznih okvira, opisanih u
§ 20. knjige "Školski astronomski opservatorij"1. Promjene u uzorcima difrakcije uočene u ovom slučaju ukazuju na to da nisu sve zrake jednako fokusirane.
Uklanjanje kromatske aberacije uspješnije se rješava u trolećnim apokromatskim objektivima. Međutim, još ga nije bilo moguće potpuno uništiti ni u jednom objektivu.
Refleksna leća ne lomi svjetlosne zrake. Stoga ove leće potpuno nemaju kromatske aberacije. Na taj način, refleksne leće su povoljne u usporedbi s lećama.
Drugi veliki nedostatak teleskopskih leća je sferna aberacija. Ona se očituje u činjenici da su monokromatske zrake koje idu paralelno s optičkom osi fokusirane na različitim udaljenostima od leće, ovisno o tome kroz koju zonu su prošle. Dakle, u jednoj leći najdalje su fokusirane zrake koje su prošle blizu njegovog središta, a najbliže - one koje su prošle kroz rubnu zonu.
To se može lako vidjeti ako se teleskop s objektivom s jednom lećom usmjeri na sjajnu zvijezdu i promatra s dvije dijafragme: jedna od njih treba istaknuti tok koji prolazi kroz središnju zonu, a druga, izrađena u obliku prstena , trebao bi prenositi zrake rubne zone. Promatranja treba provoditi pomoću svjetlosnih filtera, ako je moguće, s uskim propusnim opsegom. Pri korištenju prvog otvora blende dobiva se oštra slika zvijezde na nešto većem proširenju okulara nego kod korištenja drugog otvora, što potvrđuje prisutnost sferne aberacije.
U složenim lećama sferna aberacija se zajedno s kromatskom aberacijom svodi na potrebnu granicu odabirom leća određene debljine, zakrivljenosti i vrste korištenog stakla.
[ Ostaci nekorigirane sferne aberacije u teleskopskim objektivima sa složenim lećama mogu se detektirati pomoću (gore opisanih otvora, promatranjem difrakcijskih uzoraka od svijetlih zvijezda pri velikim uvećanjima. Pri proučavanju vizualnih leća treba koristiti žuto-zelene filtere, a pri proučavanju fotografskih leća , plava.
! U zrcalnim paraboličnim (točnije, paraboloidnim) lećama nema sferne aberacije, budući da leće | smanjuju na jednu točku cijeli snop zraka koji putuje paralelno s optičkom osi. Sferna zrcala imaju sfernu aberaciju, a ona je veća, što je samo zrcalo veće i svjetlije.
Za mala zrcala s malom svjetlinom (s relativnim otvorom manjim od 1: 8), sferna površina se malo razlikuje od paraboloidne - kao rezultat toga, sferna aberacija je mala.
Prisutnost preostale sferne aberacije može se detektirati gore opisanom metodom, koristeći različite dijafragme. Iako zrcalne leće nemaju kromatsku aberaciju, za bolje dijagnosticiranje sferne aberacije treba koristiti filtre, jer boja promatranih difrakcijskih uzoraka na različitim otvorima nije ista, što može dovesti do nesporazuma.
Razmotrimo sada aberacije koje nastaju kada zrake prolaze koso na optičku os objektiva. To uključuje: komu, astigmatizam, zakrivljenost polja, izobličenje.
Vizualnim promatranjima treba pratiti prve dvije aberacije – komu i astigmatizam, te ih praktički proučavati promatrajući zvijezde.
Koma se očituje u činjenici da slika zvijezde udaljene od optičke osi leće poprima oblik mutne asimetrične mrlje s pomaknutom jezgrom i karakterističnim repom (slika 6.). Astigmatizam se, s druge strane, sastoji u tome da leća skuplja nagnuti snop svjetlosti od zvijezde ne u jedno zajedničko žarište, već u dva međusobno okomita segmenta AB i CD, smještena u različitim ravninama i na različitim udaljenostima od leće. (slika 7).
Riža. 6. Formiranje kome u kosim zrakama. Krug ocrtava polje u blizini optičke osi, gdje je koma beznačajna.
Uz dobro poravnanje u cijevi teleskopa objektiva s malim otvorom blende i uz malo vidno polje okulara, teško je uočiti obje gore navedene aberacije. Mogu se jasno vidjeti ako je, u svrhu treninga, teleskop donekle neusmjeren okretanjem leće pod određenim kutom. Takva je operacija korisna za sve promatrače, a posebno za one koji grade svoje teleskope, jer će se prije ili kasnije zasigurno suočiti s problemima poravnanja, a bit će puno bolje ako djeluju svjesno.
Da biste pogrešno poravnali reflektor, jednostavno olabavite i zategnite dva suprotna vijka koji drže ogledalo.
U refraktoru je to teže učiniti. Kako ne biste pokvarili nit, trebate zalijepiti prijelazni prsten odrezan pod kutom od kartona i jednom stranom ga umetnuti u cijev teleskopa, a na drugu staviti leću.
Ako zvijezde gledate kroz neusklađeni teleskop, sve će se činiti s repom. Razlog tome je koma (slika 6). Međutim, ako se dijafragma s malim središnjim otvorom stavi na ulaz teleskopa i okular se pomiče naprijed-natrag, tada se može vidjeti kako se zvijezde razvlače u svijetle segmente AB, zatim pretvaraju u elipse različite kompresije, kružnice, i opet na segmente CD i elipse (slika 7).
Koma i astigmatizam otklanjaju se okretanjem leće. Kao što je lako razumjeti, os rotacije tijekom podešavanja bit će okomita na smjer. Ako se rep produljuje kada se okrene vijak za podešavanje ogledala, tada se vijak mora zakrenuti u suprotnom smjeru. Završno fino ugađanje tijekom podešavanja treba provesti okularom s kratkim fokusom pri velikim povećanjima tako da su difrakcijski prstenovi jasno vidljivi.
Ako je leća teleskopa visoke kvalitete i optika je ispravno poravnata, tada će slike zvijezde izvan fokusa, kada se gledaju kroz refraktor, izgledati kao mali svjetlosni disk okružen sustavom obojenih koncentričnih difrakcijskih prstenova ( Slika 8, al). U ovom slučaju, obrasci predfokalnih i ekstrafokalnih slika bit će potpuno isti (slika 8, a 2, 3).
Slike zvijezde izvan fokusa imat će isti izgled kada se gledaju kroz reflektor, samo će se umjesto središnjeg svijetlog diska vidjeti tamna mrlja, koja je sjena pomoćnog zrcala ili dijagonalne prizme totalne refleksije.
Netočnost poravnanja teleskopa utjecat će na koncentričnost difrakcijskih prstenova, a oni će sami poprimiti izduženi oblik (sl. 8, b 1, 2, 3, 4). Prilikom fokusiranja zvijezda se neće pojaviti kao oštro definiran svijetli disk, već kao blago zamućena svijetla točka sa slabim repom zabačenim u stranu (efekt kome). Ako je naznačeni učinak uzrokovan stvarno netočnim podešavanjem teleskopa, onda se stvar može lako ispraviti, dovoljno je samo nešto promijeniti njegov položaj u željenom smjeru djelovanjem vijcima za podešavanje okvira leće (zrcala). Mnogo je gore ako razlog leži u astigmatizmu same leće ili (kod Newtonovog reflektora) u lošoj kvaliteti pomoćnog dijagonalnog zrcala. U ovom slučaju, nedostatak se može otkloniti samo brušenjem i ponovnim poliranjem neispravnih optičkih površina.
Iz slika zvijezde izvan fokusa lako se mogu otkriti drugi nedostaci teleskopske leće, ako ih ima. Na primjer, razlika u veličinama odgovarajućih difrakcijskih prstenova predfokalne i vanfokalne slike zvijezde ukazuje na prisutnost sferne aberacije, a razlika u njihovoj kromatičnosti ukazuje na značajan kromatizam (za linearne
pozivna leća); neravnomjerna gustoća raspodjele prstenova i njihov različiti intenzitet ukazuju na zoniranje leće, a nepravilan oblik prstenova ukazuje na lokalna više ili manje značajna odstupanja optičke površine od idealne.
Ako su svi navedeni nedostaci koje otkriva uzorak slika zvijezde izvan fokusa mali, onda se s njima može pomiriti. Zrcalne leće amaterskih teleskopa koji su uspješno prošli Foucaultov test sjene, u pravilu imaju besprijekornu optičku površinu i savršeno podnose testove na slikama zvijezda izvan fokusa.
Proračuni i praksa pokazuju da kada je optika savršeno poravnata, koma i astigmatizam imaju mali učinak na vizualna promatranja kada se koriste objektivi s malim otvorom blende (manje od 1:10). To se jednako odnosi i na fotografska promatranja, kada se svjetiljke relativno malih kutnih veličina (planeti, Sunce, Mjesec) fotografiraju istim objektivima.
Koma i astigmatizam uvelike kvare slike kada fotografirate velika područja zvjezdanog neba s paraboličnim zrcalima ili lećama s dvije leće. Izobličenje se naglo povećava s brzim objektivima.
Donja tablica daje predodžbu o rastu kome i astigmatizmu ovisno o kutnim odstupanjima od optičke osi za parabolične reflektore različite svjetline.
Riža. 9. Zakrivljenost vidnog polja i slike zvijezda u njegovoj žarišnoj ravnini (s korekcijom svih ostalih aberacija).
tizma, ali postoji zakrivljenost polja. Ako s takvim objektivom fotografirate veliko područje zvjezdanog neba i istovremeno se fokusirate na središnju zonu, tada će se, kako se povlačite na rubove polja, oštrina slika zvijezda pogoršati . I obrnuto, ako se fokusiranje izvodi na zvijezde koje se nalaze na rubovima polja, tada će se oštrina slika zvijezda pogoršati u središtu.
Da bi se s takvim objektivom dobila fotografija oštra po cijelom polju, film se mora saviti u skladu sa zakrivljenošću polja oštrih slika samog objektiva.
Zakrivljenost polja također se eliminira uz pomoć plano-konveksne Piazzi-Smith leće, koja zakrivljenu frontu vala pretvara u ravnu.
Zakrivljenost polja najjednostavnije se može smanjiti otvorom blende leće. Iz prakse fotografiranja poznato je da se smanjenjem otvora blende povećava dubina polja - kao rezultat toga dobivaju se jasne slike zvijezda na cijelom polju ravne ploče. Međutim, treba imati na umu da otvor blende uvelike smanjuje optičku snagu teleskopa, a kako bi se na ploči pojavile blijede zvijezde, vrijeme ekspozicije mora se značajno povećati.
Distorzija se očituje u tome što objektiv gradi sliku koja nije proporcionalna izvorniku, ali s nekim odstupanjima od nje. Kao rezultat toga, prilikom fotografiranja kvadrata, njegova slika može ispasti sa stranama konkavnim prema unutra ili konveksnim prema van (jastučić i izobličenje cijevi).
Ispitivanje bilo kojeg objektiva na izobličenje vrlo je jednostavno: da biste to učinili, morate ga jako otvoriti tako da samo vrlo mali središnji dio ostane nepokriven. Koma, astigmatizam i zakrivljenost polja s takvom dijafragmom bit će eliminirani i distorzija se može promatrati u svom najčišćem obliku
Ako s takvim objektivom fotografirate pravokutne rešetke, prozorske otvore, vrata, onda je, ispitivanjem negativa, lako utvrditi vrstu izobličenja svojstvenog ovom objektivu.
Izobličenje gotovog objektiva ne može se eliminirati ili smanjiti. Uzima se u obzir pri proučavanju fotografija, osobito pri izvođenju astrometrijskog rada.

§ 4. Okulari i granična povećanja teleskopa
Komplet okulara je neophodan dodatak teleskopu. Ranije smo već razjasnili (§ 2) namjenu okulara u teleskopskom sustavu za povećanje. Sada se treba zadržati na glavnim karakteristikama i značajkama dizajna raznih okulara. Ostavljajući po strani Galilejev okular od jedne divergentne leće, koja se već dugo nije koristila u astronomskoj praksi, odmah se okrenimo posebnim astronomskim okularima.
Povijesno gledano, prvi astronomski okular, koji je odmah zamijenio Galilejev okular, bio je Keplerov okular iz jedne kratkofokusne leće. Posjedujući puno veće vidno polje u usporedbi s Galileovim okularom, u kombinaciji s dugofokusnim refraktorima uobičajenim u to vrijeme, davao je prilično jasne i blago obojene slike. Međutim, kasnije je Keplerov okular zamijenjen naprednijim okularima Huygens i Ramsden, koji se i danas nalaze. Trenutno najčešće korišteni astronomski okulari su Kellner akromatski okular i Abbe ortoskopski okular. Slika 11 prikazuje raspored ovih okulara.
Okulari Huygens i Ramsden su najjednostavnije raspoređeni. Svaka od njih sastoji se od dvije plano-konveksne konvergentne leće. Prednja (okrenuta prema objektivu) naziva se poljska leća, a stražnja (okrenuta promatračevom oku) naziva se očna leća. U Huygensovom okularu (slika 12.) obje leće su okrenute prema objektivu svojim konveksnim površinama, a ako su f \ i / 2 žarišne duljine leća, a d je udaljenost između njih, tada mora biti zadovoljen odnos: (...)