Távcső

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából.

50 cm-es lencsés távcső a nizzai csillagvizsgálóban

A távcső távoli tárgyak látószögének felnagyítására szolgáló eszköz. Teleszkóp és messzelátó néven is ismert, ezen elnevezései a görög tele = „messze”, „távol” és szkopein = „látni”, „nézni” szavakból (teleszkoposz = messze-látó) származnak.

A távcső szó alatt a szélesebb körben való elterjedtségük miatt általában csak az optikai távcsöveket értik. Ezek a látható fény tartományába eső elektromágneses sugárzásnak az összegyűjtését végzik lencsék vagy tükrök segítségével. A különböző típusú lencsés távcsövek összefoglaló néven refraktorok, mivel ezek fénytörés (refrakció) révén állítják elő a képet, a tükrös távcsövek pedig a reflektorok (reflexió = (fény)visszaverődés). Az emberi szem számára láthatatlan (infravörös, rádió, röntgen, gamma) sugárzások megfigyelésére szolgáló eszközöket rádiótávcsöveknek nevezik.

A távcsövek nélkülözhetetlenek a mindennapi élet sok területén, különösen a csillagászat számára, de gyakran alkalmazzák őket műszerekben (például teodolitokban), valamint katonai, sport és hobbi célokra is.

[szerkesztés] Történet

Már az ókorban, Asszíriában is képesek voltak viszonylag jó minőségű lencséket előállítani [1], de az csak feltételezés, hogy ezekből távcsöveket is építettek volna. Az optikai lencséket egyébként ismerték az arabok és a perzsák is, az első távcsöveket viszont Hollandiában készítették 1608 körül. Hans Lippersheynek tulajdonítják a távcső felfedezését, ugyan mások is maguknak követelték ezt a címet, de mindenesetre Lippershey ismertette meg a világgal az új eszközt. Amikor az új találmány híre elért hozzá, Galileo Galilei is megépítette a saját távcsövét, és elsőként használta azt csillagászati megfigyelésekhez: a Jupiter négy holdját, a Vénusz fázisváltozásait és a Hold hegyeit fedezte fel a segítségével. Galilei kezdetben perspicillumnak, később telescopiumnak nevezte el az eszközt. Ezeket a korai – domború és homorú lencsékből álló, egyenes állású képet adó – műszereket holland, vagy Galilei-féle távcsöveknek nevezik, napjainkban is hasonló elven működik a hétköznapi életben használt távcsövek többsége.

Newton 1672-ben használt teleszkópjának másolata

Johannes Kepler elsőként írta le az optikai lencsék tulajdonságait és használatát az Astronomiae Pars Optica és Dioptrice című könyveiben. Kepler újfajta, két domború lencsét tartalmazó távcsövet (Kepler-féle vagy csillagászati) épített, amely ugyan fordított állású képet adott, de csillagászati célokra alkalmasabb volt elődeinél.

Az első tükrös távcsövet (reflektort) 1672-ben építette Isaac Newton, miután a fénytörés jelenségének vizsgálata során rámutatott arra, hogy a lencsék a prizmához hasonlóan a fehér fényt színeire bontják, azaz a csillagok színes foltok lesznek fehér pontok helyett. Ezt az úgynevezett kromatikus aberrációt (színhibát) kiküszöbölhetjük, ha az objektív helyett homorú tükröt használunk. Napjainkban szinte minden komoly, nagy teljesítményű távcső reflektor, és nem csak a csillagászati célokra használtak. Ennek az a magyarázata, hogy a tükröket olcsóbb és egyszerűbb előállítani, továbbá 1 méternél nagyobb átmérőjű lencséket gyakorlatilag lehetetlen a szükséges pontosággal előállítani, és torzulásmentesen távcsőtubusba szerelni.

A Newton-féle távcsőnek az idők során több változata született, de a reflektorok népszerűsége töretlen; a Hubble űrtávcső is tükrös rendszerű távcső. A kisebb távcsövek körében – a műszerek, kamerák, binokulárok esetében – viszont csak lencsések jöhetnek számításba.

[szerkesztés] Jellemzők

[szerkesztés] Lencsés távcsövek

A lencsés távcsövek a fénytörés (más szóval refrakció) elvén működnek, ezért refraktoroknak is hívják őket.

Kepler-féle (csillagászati) távcső

Kepler-féle távcső képalkotása

A Kepler-féle csillagászati távcső két gyűjtőlencséből áll. A tárgylencse a távoli tárgyról valódi fordított képet létesít a gyújtópontja $(K 1)$ közelében. Ezt a képet a szemlencsével, mint egyszerű nagyítóval nézik. A két lencsét úgy állítják össze, hogy a távcső belsejében levő gyújtópontjuk kb. egybeessen. A távcső hossza (L) a két gyújtópont távolságának összege lesz $(L = f 1 + f 2)$

A szögnagyítása a tárgylencse $(f 1)$ és a szemlencse $(f 2)$ gyújtótávolságának hányadosa. $N s$ = $\frac{f_1}{f_2}$

Galilei-féle (hollandi avagy földi) távcső

Galilei-féle távcső képalkotása

A Galilei-féle (hollandi) távcsőben, illetve az egyszerű színházi távcsőben az objektív gyűjtőlencse, az okulár szórólencse. Egyenes állású látszólagos képet ad. Az objektív sugármenetében, még mielőtt a gyűjtősíkjában a valódi kép létrejönne, a kis gyújtótávolságú szórólencse (okulár) a sugarakat széttartóvá teszi, és így egyenes állású $(K)$ kép keletkezik. A távcső hossza a két gyújtótávolság különbsége $(L = f 1 - f 2)$

A szögnagyítása a tárgylencse $(f 1)$ és a szemlencse $(f 2)$ gyújtótávolságának hányadosa. $N s$ = $\frac{f_1}{f_2}$

Prizma mint képfordító

Prizma képfordítása

A prizmás távcsőben lencse helyett a képet két teljesen visszaverő, egymásra merőleges prizma fordítja meg.

[szerkesztés] Tükrös távcsövek

A tükrös távcsövek (reflektorok) esetében a fénysugaraknak egy görbült felületű (homorú) tükrön való visszaverődése révén jön létre a kép. A végtelen távoli tárgyról érkező párhuzamos fénysugarak a tükör felületén történő visszaverődés után annak gyújtópontjában fordított állású, valódi képpé egyesülnek. A jó minőségű optikai üvegből készült főtükör felületét alumíniumból, vagy más fémből álló vékony réteggel vonják be, amelyre gyakran egy kvarc védőréteg is kerül. Kedvező mechanikai tulajdonságai miatt ma már a profi főtükrök az úgynevezett Pyrex üvegből készülnek. Ezen távcsőtípus nagy előnye, hogy mentes a lencsés távcsöveknél (refraktoroknál) fellépő ún. színi hibáktól. A nagy átmérő (nagyobb fénygyűjtő felület) és a jó leképzés miatt kiválóan alkalmasak halvány objektumok (pl. galaxisok, üstökösök, változócsillagok, stb.) észlelésére. Költséghatékonyság szempontjából kb. 20-25 cm felett már csak tükrös távcső építése jöhet szóba. A tükör által a gyújtópontban előállított képet a megfigyeléshez ki kell vezetni a távcső tubusából, ehhez és a kép előállításához többféle tükörrendszert is kifejlesztettek az idők során:

[szerkesztés] Newton-rendszer

A Newton-rendszerű távcső felépítése

Nevét onnan kapta, hogy az Isaac Newton által készített legelső tükrös távcső is ilyen elven működött. A távcsőtubus belsejében elhelyezett, 45°-os szögben megdöntött síktükör segítségével kivezetik a nagy pontossággal csiszolt homorú parabolatükör (főtükör) által összegyűjtött fénysugarakat a távcső oldalán található okulárba. A beeső fény útjában álló segédtükör méretétől függően 5-10%-ot fed le a látómezőből, ami elfogadható veszteség. A Newton-rendszerű távcső előnye, hogy felhasználói szempontból nézve az okulár – néhány esettől eltekintve – mindig kényelmesen elérhető. Hátrányuk viszont, hogy nagyon kényesek az optikai elemek pontos beállítására, azonban a beállítócsavarokkal és megfelelő gyakorlattal ez a művelet (jusztírozás) gyorsan elvégezhető. A tubus mozgatására mind ekvatoriális, mind pedig az azimutális szerelés alkalmas.

[szerkesztés] Cassegrain-rendszer

Cassegrain-rendszerű távcső felépítése

A Cassegrain francia tudós által 1672-ben kifejlesztett rendszerben sík helyett domború segédtükröt alkalmaznak, amely a fénysugarakat a főtükör közepén levő nyíláson vezeti ki, így az okulár – a refraktorokhoz hasonlóan – a távcső végén található. A segédtükör egyébként jelentősen meghosszabbítja a főtükör fókusztávolságát is. A szerelésből fakadó kedvező méretek miatt napjainkban nagyon népszerű rendszer.

[szerkesztés] Gregory-rendszer

Gregory-rendszerű távcső felépítése

Hasonló a Cassegrain-rendszerhez, de domború helyett ellipszoid alakú, két fókuszponttal rendelkező homorú segédtükörrel van felszerelve. A főtükör fókuszpontja egybeesik a segédtükör első fókuszpontjával, ezért a segédtükör az itt előállított képet áttükrözi a második fókuszpontjába, amely a főtükör közepén levő nyílásban van. Az okulár egyenes állású, oldalhelyes képet állít elő.

[szerkesztés] Brachyt-féle ferde tükrű rendszer

Ez a szakasz még csonk. Segíts te is a kibővítésében!

[szerkesztés] Klasszikus Schmidt-rendszer

Ezek a tükrös távcsövek Schmidt-féle optikát alkalmaznak. Főleg az égbolt nagy területeinek fényképezésére használják őket. A távcső felső végében – a nagy látómező miatt – egy korrekciós lencse van, amelyen keresztül a fénysugarak a gömbszelet alakú főtükörre esnek. Innen verődnek vissza a fókuszban elhelyezett fényérzékeny lemezre. A keletkező kép azonban nem sík, ezért görbült fényérzékeny lemezt kell használni, így a keletkező kép a lemez széleinél nem torzul. A rendszernek több változata van:

Schmidt-Väisälä
Baker-Schmidt
Baker-Nunn
Mersenne-Schmidt
Schmidt-Newton
Schmidt-Cassegrain

[szerkesztés] Folyékony tükrű távcső

Folyamatosan forgatott higany paraboloid felületet vesz fel, ami a csillagok fényét összegyűjti és egy pontba fókuszálja. Ez a folyékony tükrű távcső elve. (angol elnevezése: liquidmirror telescope, LMT)

Előnye az üveggel szemben az olcsósága, az ilyen tükör akár tízszer olcsóbb lehet.

A folyékony tükör természetéből következően nem képes követni egy objektumot, azonban ez a hátrány digitális technika alkalmazásával kiküszöbölhető.

Egy 6-méteres folyékony tükröt már kiviteleztek (ez a Large Zenith Telescope), tervezési fázisban van egy 4-méteres és egy 8-méteres megvalósítása. Egy NASA-projekt a Holdon 100 méter átmérőjű folyékony tükrű távcsövet képzel el.

A 6-méteres folyékony tükröt Paul Hickson tervezte meg, aki fizikát és csillagászatot tanít a British Columbia Egyetemen, a kanadai Vancouverben. Kutatásai közé tartoznak a kvazárok és az aktív galaxismag, ezeken felül csillagászati műszereket is fejleszt. Számos tanácsadó testületnek tagja, köztük a Gemini-távcső (Chile és Hawaii), és a James Webb Space Telescope tanácsadó testületének is.

A tükör tartószerkezetét mintegy 7 fordulat/perc sebességgel forgatják. Mindössze 40 liter higany alkotja a tükör felületét, vastagsága 1,5 mm körüli.

A folyékony tükör koncepciója egyáltalán nem új. Írásban először Ernesto Capocci, a nápolyi Osservatorio Astronomico de Capodimonte csillagásza említi 1850-ben.

Az első gyakorlati leírás Henry Skey-től származik, aki az új-zélandi Dunedin Observatory-ban dolgozott. 1872-ben mutatta be laboratóriumában az első folyékony tükröt, melynek átmérője 35 cm volt.

1909-ben hozták létre Észak-Amerikában az első teljes folyékony tükrű távcsövet a Maryland-i Johns Hopkins University fizikusai. Átmérője 51 cm volt. Építője Robert Wood, aki a későbbiek során még számos folyékony tükröt konstruált.

A távcsővel képes volt az Epsilon Lyrae csillagait elkülöníteni egymástól, ami nem kis teljesítmény, mivel 2,3 ívmásodpercről van szó.

Ez a távcső ugyanakkor távolról sem volt optimálisan beállítva. A rezgéseket nem sikerült teljesen kiküszöbölni, és a tükör alakja is gyakran „tojás” volt. A gyújtópont is változékony volt, mivel a forgást nem sikerült kellő mértékben stabilizálni. ^[1]