Οπτικό τηλεσκόπιο

Οπτικό τηλεσκόπιο λέγεται το τηλεσκόπιο εκείνο δια του οποίου αυξάνεται το φαινόμενο μέγεθος αντικειμένων που βρίσκονται μακριά. Συγκεκριμένα είναι μία οπτική διάταξη για τη συλλογή και εστίαση της ορατής ακτινοβολίας, μέσω της οποίας επιχειρείται η παρατήρηση μακρινών αντικειμένων και κυρίως ουράνιων σωμάτων.

Τηλεσκόπιο

Γενική περιγραφή

Σε κάθε τηλεσκόπιο διακρίνεται το συγκλίνον αντικειμενικό σύστημα, (που μπορεί να είναι απλούς ή σύνθετος φακός ή κοίλο κάτοπτρο), δια του οποίου σχηματίζεται πραγματική εικόνα των έναντι παρατηρούμενων σωμάτων και το προσοφθάλμιο σύστημα (συγκλίνον ή αποκλίνον) το οποίο σχηματίζει το φανταστικό είδωλο της πραγματικής εικόνας.

Ορισμοί

Εστιακή απόσταση τηλεσκοπίου ονομάζεται η απόσταση της εστίας από το φακό του τηλεσκοπίου.

Μεγέθυνση τηλεσκοπίου ονομάζεται η δυνατότητα που έχει ένα τηλεσκόπιο να παρουσιάζει ένα παρατηρούμενο αντικείμενο μεγαλύτερο απ΄ όσο φαίνεται αυτό με γυμνό μάτι. Την μεγέθυνση ενός τηλεσκοπίου την υπολογίζουμε διαιρώντας την εστιακή απόσταση του αντικειμενικού φακού ή κατόπτρου διά αυτής του προσοφθάλμιου φακού. Το όριο ωφέλιμης μεγέθυνσης ενός τηλεσκοπίου εξαρτάται από τη διάμετρο του αντικειμενικού φακού: το όριο είναι σχεδόν το διπλάσιο της διαμέτρου σε χιλιοστά. Για παράδειγμα: Τηλεσκόπιο που φέρει αντικειμενικό φακό διαμέτρου 100 χιλιοστών έχει όριο ωφέλιμης μεγέθυνσης περίπου 200. Η μεγέθυνση τηλεσκοπίου διακρίνεται σε γραμμική και σε επιφανειακή.

Γραμμική μεγέθυνση ονομάζεται ο αριθμός που φανερώνει πόσες φορές η φαινόμενη διάμετρος του αντικειμένου καθίσταται μεγαλύτερη.

Επιφανειακή μεγέθυνση ονομάζεται ο αριθμός που φανερώνει πόσες φορές η φαινόμενη επιφάνεια του αντικειμένου καθίσταται μεγαλύτερη.

• Η επιφανειακή μεγέθυνση ισούται προς το τετράγωνο της γραμμικής, π.χ. αν ένα προσοφθάλμιο μεγεθύνει γραμμικά 10 φορές, η επιφανειακή μεγέθυνση είναι 100πλάσια.

Οπτικό πεδίο τηλεσκοπίου ονομάζεται το τμήμα εκείνο του ουράνιου θόλου που γίνεται ορατό από το τηλεσκόπιο. Το οπτικό πεδίο του τηλεσκοπίου είναι αντιστρόφως ανάλογο της μεγέθυνσης αυτού. Δηλαδή αν διπλασιασθεί η μεγέθυνση, το οπτικό πεδίο περιορίζεται στο μισό. Πρακτικά το μέγεθος του οπτικού πεδίου βρίσκεται αν διαιρεθεί ο αριθμός των 30 μοιρών δια της μεγέθυνσης. Έτσι αν η μεγέθυνση ανέρχεται σε 30 το οπτικό πεδίο περιορίζεται σε μιά μοίρα. Συνεπώς τότε μπορεί να συμπεριλάβει για παράδειγμα το δίσκο της Σελήνης που έχει διάμετρο μισή μοίρα. Αν όμως η μεγέθυνση ισούται προ 100 τότε το οπτικό πεδίο περιορίζεται σε 30:100 = 0,3 της μοίρας, δηλαδή σε 18 πρώτα λέπτά τόξου. Συνεπώς στη δεύτερη αυτή περίπτωση δεν θα μπορεί να συμπεριληφθεί μέσα στο οπτικό πεδίο του τηλεσκοπίου ολόκληρος ο δίσκος της Σελήνης αλλά ένα μέρος, λίγο μεγαλύτερο του μισού, του δίσκου της.

Διαχωριστική δύναμη τηλεσκοπίου ή διακριτική ισχύς τηλεσκοπίου ονομάζεται η ικανότητα ενός τηλεσκοπίου να διαχωρίζει δύο αστέρες που βρίσκονται πολύ κοντά μεταξύ τους. Η διαχωριστική αυτή ικανότητα εξαρτάται από την διάμετρο του αντικειμενικού φακού. Πρακτικά η διαχωριστική δύναμη βρίσκεται αν διαιρεθεί ο αριθμός 14 δια της διαμέτρου του αντικειμενικού φακού εκπεφρασμένο σε εκατοστά του μέτρου. Έτσι αν για παράδειγμα η διάμετρος του τηλεσκοπίου είναι 0,14 (εκατοστόμετρα) τότε η διαχωριστική δύναμή του είναι 14:14 = 1 Το πηλίκο 1 φανερώνει δευτερόλεπτα τόξου. Έτσι αστέρες που βρίσκονται σε μεταξύ τους απόσταση 1 δεύτερο της μοίρας διαχωρίζονται από το συγκεκριμένο τηλεσκόπιο (των 0,14 εκατοστομέτρων διάμετρο).

Τύποι

Οι τύποι των οπτικών τηλεσκοπίων διακρίνονται σύμφωνα με δύο κριτήρια: το είδος του συγκλίνοντος αντικειμενικού συστήματος και το σύστημα στήριξής τους.

Ανά συγκλίνων αντικειμενικό σύστημα

Ανάλογα με τον τύπο του συγκλίνοντος αντικειμενικού συστήματος που κατασκευάζονται τα τηλεσκόπια διακρίνονται αυτά σε τρεις βασικούς τύπους οπτικών τηλεσκοπίων σε αντίθεση με τα ραδιοτηλεσκόπια που ανήκουν μεν στα αστρονομικά όργανα αλλά όχι στα οπτικά:

Α. Διοπτρικά τηλεσκόπια

1) Τα διοπτρικά τηλεσκόπια, είναι αυτά τα οποία χρησιμοποιούν συγκλίνοντα φακό για τη συλλογή του φωτός. Τα διοπτρικά αυτά τηλεσκόπια διακρίνονται σε:

α) Ολλανδικές διόπτρες ή διόπτρες Γαλιλαίου και

β) Αστρονομικές διόπτρες ή διόπτρες Κέπλερ.

2) Οι αστρονομικές διόπτρες και

3) Το τηλεσκόπιο αντικειμενικού συστήματος ή και Διοπτρικό καλούμενο.

B. Κατοπτρικά τηλεσκόπια

Κατοπτρικά τηλεσκόπια λέγονται εκείνα τα οποία χρησιμοποιούν κοίλο κάτοπτρο για τη συλλογή του φωτός και ένα μικρό δευτερεύον κάτοπτρο για την ανάκλαση του φωτός στο προσοφθάλμιο φακό και

Γ. Καταδιοπτρικά τηλεσκόπια

Τέλος τα καταδιοπτρικά τηλεσκόπια, είναι αυτά τα οποία χρησιμοποιούν τόσο φακούς όσο και κάτοπτρα, δηλαδή συγκερασμός των παραπάνω δύο κατηγοριών Α και Β, (τα τηλεσκόπια τύπου Maksutov και τα τηλεσκόπια Σμιντ (Schmidt telescopes ή Schmidt cameras) είναι τα πιο διαδεδομένα καταδιοπτρικά τηλεσκόπια).

Τα κατοπτρικά τηλεσκόπια πλεονεκτούν των διοπτρικών στα εξής:

• κατασκευάζονται ευκολότερα. Αντιμετωπίζεται η επεξεργασία μιας μόνο επιφάνειας, της κοίλης του κατόπτρου σε αντίθεση με ένα σύνθετο αντικειμενικό φακό στον οποίο πρέπει να επεξεργαστούν 4 επιφάνειες. Συνεπώς είναι φθηνότεροι,
• είναι δυνατή η κατασκευή τέτοιων κατόπτρων μεγάλης διαμέτρου όπως εκείνο του Αστεροσκοπείου Πάλομαρ των 5 μέτρων σε αντίθεση με τους αντικειμενικούς φακούς των οποίων οι διαστάσεις δεν μπορούν να είναι τόσο μεγάλες,
• είναι τελείως αχρωματικά. Τα κάτοπτρά τους απλά ανακλούν τις ακτίνες χωρίς να τις διαθλούν.

Τα διοπτρικά τηλεσκόπια παρά ταύτα υπερτερούν των κατοπτρικών στα εξής:

• είναι φωτεινότερα,
• παρέχουν μεγάλη ευκρίνεια των ειδώλων,
• δεν παρουσιάζουν ανάγκη επαργύρωσης, που επιβάλλεται να γίνεται στα κάτοπτρα κατά συχνά διαστήματα και η επιτυχία της οποίας παρουσιάζει πολλές δυσκολίες. Συνέπεια των λόγων αυτών είναι να προτιμώνται τα διοπτρικά.

Διοπτρικά τηλεσκόπια

Το διοπτρικό τηλεσκόπιο είναι ένας μεταλλικός σωλήνας στο ένα άκρο του οποίου προσαρμόζεται ο καλούμενος αντικειμενικός φακός που στρέφεται προς το σκόπευση αντικείμενο, λέγεται και αντοφθάλμιος φακός επειδή βρίσκεται στο αντίθετο σημείου του προσοφθάλμιου άκρου του σωλήνα. Ο αντικειμενικός φακός συλλέγει τις εκπεμπόμενες από το παρατηρούμενο σώμα φωτεινές ακτίνες και τις συγκεντρώνει στην εστία που βρίσκεται προς το μέρος του οφθαλμού κοντά στην άκρη του σωλήνα.

Κοντά λοιπόν στην εστία του τηλεσκοπίου προσαρμόζεται το καλούμενο προσοφθάλμιο που είναι ένας μικρότερος σωλήνας που φέρει και στα δύο άκρα του από ένα φακό. Από κοινού το σύστημα αυτό των δύο φακών λειτουργεί όπως το μικροσκόπιο που μεγεθύνει το σχηματιζόμενο στην εστία είδωλο του αντικειμένου. Το προσοφθάλμιο έχει την δυνατότητα να ολισθαίνει μέσα στον σωλήνα του τηλεσκοπίου, με ειδικό κοχλία, έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η σαφήνεια του μεγεθυνόμενου ειδώλου.

Κατοπτρικά τηλεσκόπια

Το κατοπτρικό τηλεσκόπιο δεν έχει «αντικειμενικό φακό». Αντ΄ αυτού χρησιμοποιείται κάτοπτρο μεταλλικό ή γυάλινο κοίλο με επιφάνεια προβολική. Οι ακτίνες αντικειμένου που προσπίπτουν σ΄ αυτό ανακλώνται και συγκεντρώνονται στην εστία του κατόπτρου όπου και παρατίθεται προσοφθάλμιο που μεγενθύνει το είδωλο όπως και στα διοπτρικά τηλεσκόπια. Προς γενικότερη διάκριση τα τηλεσκόπια αυτά ονομάζονται κατοπτρικά επειδή ακριβώς το αντικειμενικό σύστημά τους είναι κατοπτρικό. Διακρίνονται τριών ειδών κατοπτρικά τηλεσκόπια:

• Γρηγοριανά τηλεσκόπια,
• Τηλεσκόπια Κασεγκραίν και
• Νευτώνια τηλεσκόπια

Γρηγοριανό τηλεσκόπιο ονομάζεται το κατοπτρικό τελεσκόπιο, που πρώτος κατασκεύασε ο Τζέιμς Γκρέγκορι το 1633 από το οποίο και έλαβε το όνομα κάθε όμοιος τύπος τηλεσκοπίου. Πρόκειται για μεταλλικό κυλινδρικό σωλήνα στο κάτω άκρο του οποίου φέρεται το κοίλο κάτοπτρο το οποίο φέρει οπή και προ της οποίας τοποθετείται το προσοφθάλμιο. Επίσης μέσα στο σωλήνα βρίσκεται μικρό κοίλο κάτοπτρο που ανακλά εκ νέου τις ακτίνες του παρατηρούμενου σώματος προς το προσοφθάλμιο.

Το τηλεσκόπιο Κασεγκραίν ονομάζεται έτσι προς τιμή του πρώτου κατασκευαστή αυτού του τύπου τηλεσκοπίου. Η μόνη διαφορά από τον τύπο του Γκρέγκορι είναι ότι παρατιθέμενο κάτοπτρο δεν είναι κοίλο αλλά κυρτό.

Το Νευτώνιο τηλεσκόπιο πρωτοκατασκευάστηκε από τον Ισαάκ Νεύτωνα το 1671. Διαφέρει των προηγουμένων καθόσον το αντικειμενικό κάτοπτρο δεν είναι διατρυπημένο αλλά οι υπ΄ αυτού ανακλώμενες ακτίνες προσπίπτουν σε μικρό κάτοπτρο που βρίσκεται ναι μεν εντός του σωλήνα, αλλά με κλίση 45 μοιρών. Έτσι αυτό έχει ως συνέπεια οι ακτίνες να εκτρέπονται κατά ορθή γωνία και να εξέρχονται από μικρή οπή στη πλευρά του σωλήνα όπου και τοποθετείται εκεί το προσοφθάλμιο. Ο τύπος αυτός είναι σήμερα το περισσότερο διαδεδομένο σε χρήση τηλεσκόπιο.

Καταδιοπτρικά τηλεσκόπια

Στα σύγχρονα τηλεσκόπια ο "αντικειμενικός φακός" είναι σύνθετος. Αυτός συνίσταται από δύο φακούς ενός αμφίκυρτου και ενός κοιλόκυρτου, σε διάταξη τέτοια που η μία των κυρτών επιφανειών του πρώτου να εφαρμόζει στο κοίλη επιφάνεια του δεύτερου. Έτσι οι δύο αυτοί φακοί συνιστούν ένα φακό σύνθετο από διαφορετικό όμως υλικό. Εξ αυτών ο ένας κατασκευάζεται από στεφσνύαλο και ο άλλος από πυριτύαλο. Αυτό έχει ως συνέπεια τον πλήρη αχρωματισμό των ειδώλων. Ο χρωματισμός των ειδώλων προέρχεται κατά βάση από την ανάλυση του φωτός από τους φακούς.

Ο παραπάνω όμως συνδυασμός των δύο φακών από διαφορετική ύλη με διαφορετικό δείκτη διάθλασης εξουδετερώνει σχεδόν εντελώς τους "ιριδισμούς" και παρέχει είδωλα άχρωμα.

Τηλεσκόπια Σμιτ (Schmidt)

Πρόκειται για καταδιοπτρικά τηλεσκόπια που άρχισαν να κατασκευάζονται μεταπολεμικά τα οποία και αποτελούν σύνθεση διοπτρικού και κατοπτρικού τηλεσκοπίου και που φέρουν το όνομα του εφευρέτη τους Σμιτ.

Τα τηλεσκόπια Σμιτ καθώς και τα όμοια αυτών Μακσούτοβ (Максутов) έχουν το μεγάλο πλεονέκτημα να είναι μικρά σε μήκος με πολύ ευρύ οπτικό πεδίο τόσο ώστε να μπορούν να φωτογραφίζουν εκτάσεις ακόμα και πολλών τετραγωνικών μοιρών του ουρανίου θόλου σε αντίθεση με τα συνήθη τηλεσκόπια διοπτρικά ή κατοπτρικά που όσο μεγαλύτερα είναι τόσο περιορισμένο οπτικό πεδίο έχουν που περιορίζεται σε λίγα μόλις τετραγωνικά λεπτά της μοίρας.

Ένα άλλο επίσης πολύ σημαντικό στοιχείο που κάνει τα τηλεσκόπια Σμιτ να υπερτερούν είναι ότι αυτά μπορούν να φωτογραφίζουν σε σύντομο σχετικά χρόνο πολύ αμυδρούς αστέρες, ενώ στους άλλους τύπους απαιτείται πολύωρη έκθεση για αμυδρά αντικείμενα όπως είναι οι μακρινοί γαλαξίες.

Ανά σύστημα στήριξης

Τα τηλεσκόπια διακρίνονται ανάλογα με τον τύπο στήριξης:

• Ισημερινά,
• Μεσημβρινά,
• Αζιμουθιακά.

Ισημερινά

Τα τηλεσκόπια που χρησιμοποιούνται σήμερα για την έρευνα της φυσικής κατάστασης των ουρανίων σωμάτων και γενικότερα στη σπουδή του σύμπαντος στηρίζονται επί συστήματος δύο αξόνων το οποίο καλείται ισημερινή στήριξη. Εξ αυτών ο ένας είναι σταθερός και έχει την διεύθυνση του άξονα του κόσμου, και καλείται πολικός άξονας, ο δε άλλος φέρει στο ένα άκρο του το τηλεσκόπιο και στο άλλο αντίβαρο ισοστάθμισης, που περιστρέφεται γύρω από τον πρώτο επί τον οποίον είναι κάθετος και ονομάζεται άξονας αποκλίσεων. Από τους δύο κύκλους του συστήματος ο ένας είναι κάθετος στον πολικό άξονα και μετρεί τις ωριαίες γωνίες όπου και εξ αυτού ονομάζεται ωριαίος κύκλος, ενώ ο άλλος είναι κάθετος επί τον άξονα αποκλίσεων, μετρεί τις αποκλίσεις και ονομάζεται κύκλος αποκλίσεων.
Το σύστημα αυτό επιτρέπει την ευχερή σκόπευση ενός αστέρος οπουδήποτε κι αν βρίσκεται αυτός στο ορατό μέρος της ουράνιας σφαίρας όταν είναι γνωστές οι ουράνιες συντεταγμένες και ο αστρικός χρόνος.

Επειδή λοιπόν εύκολα μετρώνται επ΄ αυτών η ωριαία γωνία και η απόκλιση που σημειωτέον ονομάζονται ισημερινές συντεταγμένες γι΄ αυτό και όλο το περιγραφόμενο σύστημα ονομάζεται ισημερινό σύστημα και το δε τηλεσκόπιο που φέρει ισημερινό τηλεσκόπιο.

Μεγάλη βοήθεια παρέχει επίσης στο αναφερόμενο σύστημα ένα άλλο αστρονομικό όργανο που ονομάζεται αστροστάτης.

Μεσημβρινά

Αν ένα τηλεσκόπιο προορίζεται μόνο για τον καθορισμό των ουράνιων συντεταγμένων των αστέρων και εξ αυτών την εύρεση του ακριβούς χρόνου τότε το τηλεσκόπιο αυτό στηρίζεται κατά τέτοιο τρόπο ώστε να κινείται μόνο κατά διεύθυνση από Β. προς Ν. δηλαδή μόνο επί μεσημβρινού επιπέδου της Γης. Εξ αυτού και ονομάζεται τηλεσκόπιο μεσημβρινής στήριξης.

Με το μεσημβρινό τηλεσκόπιο είναι δυνατή η παρατήρηση ενός αστέρα όταν αυτός διέρχεται από τον μεσημβρινό κατά την άνω μεσουράνισή του οπότε και η ορθή αναφορά του ισούται προς τον αστρικό χρόνο.

Αζιμουθιακά

Το τηλεσκόπιο αζιμουθιακής στήριξης, όπως διαφαίνεται και από το όνομά του χρησιμοποιείται για την εύρεση των γεωγραφικών συντεταγμένων, δηλαδή επί παρατηρήσεων και μετρήσων στη Γη. Πρόκειται για το οπτικό όργανο που ειδικότερα ονομάζεται Θεοδόλιχος.

Προσοφθάλμια

Ανεξάρτητα των διαφόρων τύπων των τηλεσκοπίων, υφίστανται επίσης και δύο ειδών προσοφθάλμια:

• το θετικό ή το λεγόμενο προσοφθάλμιο Ράμσντεν: που συνίσταται από δύο φακούς επιπεδόκυρτους τοποθετημένοι με τέτοιο τρόπο που η κυρτή επιφάνεια του ενός να είναι στραμμένη προς την κυρτή του άλλου, και
• το αρνητικό ή το λεγόμενο προσοφθάλμιο Χουίγκενς του οποίου οι δύο επιπεδόκυρτοι φακοί βρίσκονται σε θέση τέτοια που η κυρτή επιφάνεια του ενός να είναι στραμμένη στην επίπεδη επιφάνεια του άλλου.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

• Basic Telescope Optics
• Online Telescope Math Calculator
• ESO 100 m telescope
• Southern African Large Telescope (SALT)
• The Swedish Solar telescope
• The Resolution of a Telescope