Ньютоновской телескоп , также называется ньютоновской отражателя или просто ньютоновской , представляет собой тип , отражающий телескоп , изобретенный английским ученым Исааком Ньютоном (1642-1727), используя вогнутую первичное зеркало и плоское диагональное вторичное зеркало . Первый телескоп-отражатель Ньютона был построен в 1668 году и является самым ранним из известных функциональных телескопов-отражателей. [1] Простая конструкция телескопа Ньютона сделала его очень популярным среди производителей телескопов-любителей . [2]
Названный в честь | Исаак Ньютон |
---|---|
Связанные СМИ на Викискладе? | |
История
Идея Ньютона для телескопа-рефлектора не была новой. Галилео Галилей и Джованни Франческо Сагредо обсуждали с помощью зеркала в качестве формирующего изображения объективных вскоре после изобретения преломляющего телескопа, [3] и других, таких как Никкол Цукки , утверждал, что эксперименты с идеей , как далеко назад , как 1616. [ 4] Ньютон, возможно, даже читал книгу Джеймса Грегори « Optica Promota » 1663 года, в которой описывались конструкции отражающих телескопов с использованием параболических зеркал [5] (телескоп, который Грегори безуспешно пытался построить). [6]
Ньютон построил свой телескоп-отражатель, потому что подозревал, что это может подтвердить его теорию о том, что белый свет состоит из спектра цветов. [7] Искажение цвета ( хроматическая аберрация ) было основным недостатком преломляющих телескопов времен Ньютона, и было много теорий относительно того, что его вызвало. В середине 1660-х годов, работая над теорией цвета , Ньютон пришел к выводу, что этот дефект был вызван тем, что линза рефракционного телескопа ведет себя так же, как призмы, с которыми он экспериментировал, разбивая белый свет на радугу цветов вокруг ярких астрономических объектов . [8] [9] Если бы это было правдой, то хроматическую аберрацию можно было бы устранить, построив телескоп без линзы - телескоп-рефлектор.
В конце 1668 года Исаак Ньютон построил свой первый телескоп-рефлектор . Он выбрал сплав ( металлическое зеркало ) олова и меди в качестве наиболее подходящего материала для своего зеркала объектива . Позже он разработал средства для придания формы и шлифовки зеркала и, возможно, был первым, кто использовал шлифовальный круг [10] для полировки оптической поверхности. Он выбрал сферическую форму для своего зеркала вместо параболы, чтобы упростить конструкцию; даже несмотря на то, что он привел бы к сферической аберрации , он все равно исправил бы хроматическую аберрацию. Он добавил к своему отражателю то, что является отличительной чертой конструкции ньютоновского телескопа, - вторичное зеркало, установленное по диагонали рядом с фокусом главного зеркала, чтобы отражать изображение под углом 90 ° к окуляру, установленному сбоку телескопа. Это уникальное дополнение позволило просматривать изображение с минимальным препятствием для зеркала объектива. Он также изготовил трубку, крепление и фитинги. Первая версия Ньютона имела диаметр главного зеркала 1,3 дюйма (33 мм) и фокусное расстояние f / 5. [11] Он обнаружил , что телескоп работал без искажения цвета и что он мог видеть четыре галилеевых спутника от Юпитера и полумесяц планеты Венеры с ним. Друг Ньютона Исаак Барроу показал второй телескоп небольшой группе из Лондонского королевского общества в конце 1671 года. Они были настолько впечатлены им, что продемонстрировали его Карлу II в январе 1672 года. Ньютон был принят в члены общества. в том же году.
Как и Грегори до него, Ньютону было трудно создать эффективный отражатель. Заточить металл зеркала до правильной кривизны было сложно. Поверхность также быстро потускнела ; в результате низкая отражательная способность зеркала, а также его небольшой размер означали, что вид в телескоп был очень тусклым по сравнению с современными рефракторами. Из-за этих трудностей в конструкции ньютоновский телескоп-рефлектор изначально не получил широкого распространения. В 1721 году Джон Хэдли показал Королевскому обществу значительно улучшенную модель. [12] Хэдли решил многие проблемы создания параболического зеркала. Его Newtonian с диаметром зеркала 6 дюймов (150 мм) выгодно отличался от больших воздушных преломляющих телескопов того времени. [13] Размеры отражающих телескопов впоследствии быстро росли, и диаметр главного зеркала увеличивался вдвое примерно каждые 50 лет. [14]
Преимущества ньютоновского дизайна
- Они не содержат хроматических аберраций, характерных для преломляющих телескопов.
- Ньютоновские телескопы обычно дешевле для любого заданного диаметра объектива (или апертуры ), чем телескопы сопоставимого качества других типов.
- Поскольку есть только одна поверхность, которую нужно отшлифовать и отполировать до сложной формы, в целом изготовление намного проще, чем у других конструкций телескопов ( григорианцы , кассегрены и ранние рефракторы имели две поверхности, которые нужно было изобразить . Более поздние ахроматические рефракторные объективы имели четыре поверхности, которые должны быть вычислены).
- Легче получить короткое фокусное расстояние , ведущее к более широкому полю зрения .
- Окуляр расположен в верхнем конце телескопа. В сочетании с коротким передаточным числом это позволяет получить гораздо более компактную систему крепления, снижая стоимость и увеличивая портативность.
Недостатки ньютоновской конструкции
- Ньютонианцы, как и другие конструкции телескопов-рефлекторов, использующие параболические зеркала, страдают от комы , внеосевой аберрации, которая заставляет изображения вспыхивать внутрь и по направлению к оптической оси (звезды по направлению к краю поля зрения принимают "кометоподобную" форму) . Эта вспышка равна нулю на оси и линейна с увеличением угла поля зрения и обратно пропорциональна квадрату фокусного отношения зеркала ( фокусное расстояние зеркала, деленное на диаметр зеркала). Формула для тангенциальной комы третьего порядка : 3θ / 16F², где θ - угол отклонения от оси изображения в радианах, а F - фокусное отношение. Считается, что ньютонианцы с фокусным расстоянием f / 6 или ниже (например, f / 5) находятся в более серьезной коме для визуального или фотографического использования. [15] Первичные зеркала с малым фокусным расстоянием можно комбинировать с линзами, которые корректируют кому, чтобы увеличить резкость изображения по всему полю. [16]
- У ньютонианцев есть центральное препятствие из-за вторичного зеркала на пути света. Это препятствие, а также дифракционные пики, вызванные опорной структурой (называемой звездочкой ) вторичного зеркала, уменьшают контраст. Визуально эти эффекты можно уменьшить, если использовать двух- или трехногий изогнутый паук. Это снижает интенсивность дифракционных боковых лепестков примерно в четыре раза и помогает улучшить контраст изображения с потенциальным штрафом, заключающимся в том, что круглые пауки более подвержены вибрации, вызываемой ветром.
- Для портативных ньютоновцев коллимация может быть проблемой. Первичный и вторичный могут потерять согласованность из-за ударов, связанных с транспортировкой и погрузочно-разгрузочными работами. Это означает, что телескоп может потребоваться повторная юстировка (коллимация) каждый раз при установке. Другие конструкции, такие как рефракторы и катадиоптрики (особенно кассегрены Максутова ), имеют фиксированную коллимацию.
- Фокальная плоскость находится в асимметричной точке в верхней части сборки оптической трубки. Для визуальных наблюдений, особенно на экваториальных креплениях телескопов , [17] ориентация трубки может поставить окуляр в очень плохое положение для обзора, а для больших телескопов для доступа к ним требуются лестницы или поддерживающие конструкции. [18] В некоторых конструкциях предусмотрены механизмы для поворота крепления окуляра или всего тубуса в более удобное положение. Для исследовательских телескопов необходимо учитывать уравновешивание очень тяжелых инструментов, установленных в этом фокусе.
Вариация
Джонс-Берд
Рефлекторный телескоп Jones-Bird (иногда называемый Bird-Jones) представляет собой зеркально-линзовую ( катадиоптрическую ) вариацию традиционной ньютоновской конструкции, продаваемой на рынке любительских телескопов. В конструкции используется сферическое главное зеркало вместо параболического, при этом сферические аберрации корректируются линзой субапертурного корректора [19], обычно устанавливаемой внутри фокусирующей трубки или перед вторичным зеркалом. Эта конструкция уменьшает размер и стоимость телескопа за счет более короткой общей длины трубки телескопа (с корректором, увеличивающим фокусное расстояние в схеме « телефото ») в сочетании с менее дорогим сферическим зеркалом. Было отмечено, что коммерчески выпускаемые версии этой конструкции имеют оптические недостатки из-за сложности изготовления корректора субапертуры правильной формы в телескопе, ориентированном на недорогой конец рынка телескопов. [20]
Галерея
Ньютоновский отражатель
На очень большом прицепе установлен Ньютон и его лестница.
Ньютоновский (Трубчатый Добсона )
Альтазимут установлен ньютоновский
Крепление окуляра Ньютона
150-мм ньютоновский телескоп любительской постройки
Astroscan , коммерческий широкоугольный ньютоновский рефлектор
Схема коммерческого ньютоновского отражателя
Любительская коммерческая диаграмма Ньютона
Смотрите также
- Список типов телескопов
- Телескоп Шмидта-Ньютона
- Катоптрики
Заметки
- ^ Холл, А. Руперт (1992). Исаак Ньютон: авантюрист в мыслях . Издательство Кембриджского университета . п. 67. ISBN 9780521566698.
- ^ Ингаллс, Альберт Г. , изд. (1935). Изготовление любительских телескопов (4-е изд.). Манн и Ко., Inc. [1]
- ^ Фред Уотсон (2007). Звездочет: Жизнь и времена телескопа . Аллен и Анвин. п. 108. ISBN 978-1-74176-392-8.
- ↑ Проект Галилео> Наука> Цукки, Никколо
- ^ Дерек Гьертсен (1986). Справочник Ньютона . Рутледж и Кеган Пол. п. 562. ISBN. 978-0-7102-0279-6.
- ^ Майкл Уайт (1999). Исаак Ньютон: Последний чародей . Основные книги. п. 169. ISBN. 978-0-7382-0143-6.
- ^ Майкл Уайт (1999). Исаак Ньютон: Последний чародей . Основные книги. п. 170. ISBN 978-0-7382-0143-6.
- ^ Ньютон считал, что для исправления аберрации мало что можно сделать, кроме как сделать линзы с диафрагмой f / 50 или более ".Объектив любого телескопа не может собрать все лучи, исходящие из одной точки объекта, чтобы заставить их собраться. в его фокусе в меньшем пространстве, чем в круглом пространстве, диаметр которого составляет 50-ю часть диаметра его отверстия »
- ^ Стивен Паркинсон (1870). Трактат по оптике . Макмиллан. п. 112 .
- ^ Раймонд Н. Уилсон (2007). Отражающая оптика телескопа I: основная теория конструкции и ее историческое развитие . Springer Science & Business Media. п. 9. ISBN 978-3-540-40106-3.
- ^ telescope-optics.net Отражающие телескопы: ньютоновские, двух- и трехзеркальные системы
- ^ amazing-space.stsci.edu - Отражатель Хэдли
- ↑ Полный астроном-любитель - Отражатель Джона Хэдли
- ^ Расин, Рене (2004). «Исторический рост апертуры телескопа» . Публикации Тихоокеанского астрономического общества . 116 (815): 77–83. Bibcode : 2004PASP..116 ... 77R . DOI : 10.1086 / 380955 .
- ^ Сацек, Владимир (14.07.2006). «8.1.1. Ньютоновские внеосевые аберрации» . Проверено 29 сентября 2009 .
внеосевые характеристики параболоидального зеркала так быстро падают с увеличением относительной апертуры выше ~ / 6
- ^ Knisely, Дэвид (2004). "Корректор комы Tele Vue Paracor для ньютонианцев" (PDF) . Обзор телескопа пасмурных ночей . Проверено 29 ноября 2010 года .
- ^ Алекс Хебра (2010). Физика метрологии: все об инструментах: от колес до атомных часов . Springer Science & Business Media. С. 258–259. ISBN 978-3-211-78381-8.
- ^ Энтони Кук (2009). Найдите время для звезд: как приспособить астрономию к своей деловой жизни . Springer Science & Business Media. п. 14. ISBN 978-0-387-89341-9.
- ^ 10.1.2. Примеры субапертурных корректоров: системы с одним зеркалом - Jones-Bird
- ^ ТЕЛЕСКОПЫ - ОБЗОР И ТИПЫ ТЕЛЕСКОПОВ, КАТАДИОПТИЧЕСКИЙ НЬЮТОНИАН
Рекомендации
- Смит, Уоррен Дж., Современная оптическая инженерия , McGraw-Hill Inc., 1966, стр. 400