Рефрактор

Материал из РУВИКИ — свободной энциклопедии
Рецензированная статья
Инструменты Народной обсерватории в Белграде. На переднем плане рефрактор Zeiss-110/2000

Рефра́ктор — тип оптического телескопа, в котором изображение создается с использованием двух линз — двояковыпуклой, собирающей линзы, которая выступает в роли объектива, и вогнутого окуляра — рассеивающей линзы. При такой конструкции изображение формируется за объективом. Рефрактор может быть использован для ряда целей: для визуальных наблюдений небесных тел, для создания снимков, для фотоэлектрических и спектральных наблюдений[1][2].

Современный тип рефрактора появился в начале XVIII века. Его особенность заключается в том, что линзы изготавливаются из разных видов высококачественного стекла. Конструкция, в которой одна линза собирает свет, а другая рассеивает, позволяет сильно уменьшить хроматическую и сферическую погрешности. Корпус телескопа при этом остаётся компактным и прочным[3].

Несмотря на преимущество формирования изображения за объективом, многочисленные аберрации, громоздкость и сложность изготовления стали причиной того, что в XX веке в профессиональной астрономии рефракторы полностью уступили место рефлекторам[4].

Сегодня для научной работы используется крайне небольшое количество крупных рефракторов: оптический телескоп Главной Астрономической Обсерватории РАН и рефрактор Йеркской обсерватории, расположенной в Висконсине в США[5][6].

Устройство[править | править код]

Устройство рефрактора напоминает зрительную трубу: это тубус, располагающийся на специальной монтировке — она может быть азимутальной или экваториальной. На мониторовке расположены оси для наведения на интересующий наблюдателя объект[2].

Оптическая система рефрактора состоит из обычно двух линзовых элементов — окуляра и объектива. Линза, обращённая к человеку, называется окуляр, а второй элемент, направленный к объекту наблюдения — объектив. В ситуациях, когда рефрактор выполняет фогографическую функцию, в фокальной плоскости объектива окуляр может быть заменён матричным приёмником излучения или фотографической плёнкой. В таком случае, используя терминологию оптики, объектив правильно называть фотообъективом, а телескоп — астрографом[7].

Фокусировка рефрактора, как и любого телескопа, производится с помощью специального приспособления – фокусировочного устройства[8].

Объектив — положительная линза, сегодня производится из лёгкого вида стекла с относительно низкой плотностью — крона, а отрицательная линза или окуляр — из, соответственно, тяжёлого вида — флинта. Благодаря такому дизайну получается исключить хроматическую и сферическую аберрации[2].

Экваториальная монтировка немецкого типа

Тонкий склеенный объектив рефрактора почти не подвержен хроматизму увеличения. В несклеенном виде, напротив – хроматизм увеличения заметен, вызывает выгятивание изображений звёзд на краю поля зрения в короткий спектр и появление фиолетового ореола вокруг изображений планет[2].

Существуют и двухлинзовые объективы, которые в рефракторе имеют вторичный спектр. Из-за этого появляются цветные ореолы вокруг снимков звёзд. Уменьшение вторичного спектра возможно только при использовании уникальных видов стекол и увеличении числа линз в объективе рефрактора[2].

Склеивание линз в объективах небольших рефракторах уменьшает блики и светопотери, что также можно приуменьшить с помощью просветления оптики. Однако склеивание больших объективов рефрактора не представляется возможным из-за различия коэффициентов линейного расширения крона и флинта[2].

Что касается установки рефрактора, небольшая система может располагаться либо на азимутальной монтировке, либо на экваториальной монтировке. Массивные телескопы, использующиеся в обсерваториях, как правило, размещают на экваториальной монтировке — чаще немецкой (полярная ось заканчивается корпусом, который несёт ось склонения, рефрактор), реже английской (полярная ось опирается двумя концами на пару колонн; по её середине большой подшипник оси склонения держит телескоп)[2][9][10].

История изобретения[править | править код]

Считается, что телескоп-рефрактор был впервые применён для астрономических наблюдений Галилео Галилеем в 1609 году[2].

Итальянский учёный узнал об изобретении зрительной трубы в 1608 г. в Нидерландах. Известно, что Иоанн Липперсгей был тем, кто первым хотел запатентовать изобретение[11].

Галилей исследовал вести об открытии и соорудил свой первый телескоп, сложив положительную линзу (объектив) с отрицательной линзой (окуляр). В результате у него получился телескоп с трёхкратным увеличением. Такая конструкция была подвержена сильнейшей хроматической и сферической аберрациям — изображение было размыто на краях, расфокусировано в различных цветах[12].

В течение следующих лет Галилей создал несколько телескопов с разной степенью увеличения: от 20 до 33 раз. Кроме того, в первые два года наблюдений ему удалось совершить несколько открытий: обнаружить четыре спутника планеты Юпитер, пятна на Солнце, фазы Венеры, горы на Луне, наличие у Сатурна колец с двух противоположных сторон (хотя природу этого явления Галилей не разгадал)[12].

Рефрактор Галилея[править | править код]

Схема рефрактора Галилея

В изобретении Галилео Галилея были использованы две линзы. Линза, служившая в качестве объектива, была выпуклой и использовалась для сбора и фокусировки света на определённом расстоянии. В качестве окуляра использовалась вогнутая линза, превращавшая сходящий световой пучок в параллельный. Такая оптическая схема обладает небольшой длиной и даёт неперевёрнутое изображение, но его качество сильно страдает из-за хроматической аберрации. Кроме того, у данной системы малое поле зрения, которое лишь уменьшается с увеличением телескопа. Необходимо добавить, что из-за того, что в системе отсутствует промежуточное изображение, использовать её в измерительных приборах нельзя[3][13].

Систему рефрактора Галилея сегодня называют системой театрального бинокля. Важно заметить, что в современных оптических приборах такого типа применяются высококачественные просветлённые линзы, выдающие изображение качественно лучше своих предшественников[12].

Рефрактор Кеплера[править | править код]

Схема рефрактора Кеплера

В 1611 г. Иоганн Кеплер видоизменил телескоп посредством замены линзы рассеивания на линзу собирания в устройстве окуляра. Главным преимуществом системы Кеплера является наличие промежуточного изображения в фокусе объектива, куда можно поставить сетку для точного измерения углов и расстояний. Главный недостаток рефракторов такого типа — большая длина оптической системы. Такая система предоставляет перевёрнутое изображение, что представляет неудобство для наблюдения земных объектов, поэтому в зрительные трубы, например, необходимо добавлять оборачивающие системы. К недостаткам системы также относится сильная хроматическая аберрация[13].

Ахроматический рефрактор[править | править код]

Ахроматический рефрактор

Позднее, в середине XVIII века, была изобретена ахроматическая линза, изготавливающаяся из двух видов стекла — флинта и крона. Для создания ахроматической линзы виды скрепляются оптическим клеем (канадским бальзамом, пихтовым бальзамом). Хотя склеивание не влияет на ахроматические свойства, оно уменьшает отражение света от поверхностей линз и облегчает монтаж. К такому виду системы применим термин дублет[14].

Схема с ахроматическим объективом позволила сильно снизить хроматическую аберрацию, поэтому на сегодняшний день такая система используется большинстве любительских рефракторов, её применяют в качестве объективов зрительных труб, биноклей, прицелов. С другой стороны, у такая система имеет неустранимый астигматизм[14][15].

Апохроматический рефрактор[править | править код]

Апохроматический рефрактор

В XVIII веке была создана апохроматическая система, отличавшаяся ещё меньшей хроматической аберрацией, чем у ахроматической схемы. Этого получается достичь благодаря применению такого сорта стекла, как курцфлинт, и некоторых минералов — флюорита, квасца. Кроме того, в оптическую систему могут внедряться зеркала. Системы могут состоять из двух линз — дублетов, и из трёх — триплетов[14][16].

Такая система исключает сферические и сферохроматические аберрации, гарантирует большую светосилу и хорошее качество изображения[14].

Разнообразные конструкции линзовых и зеркально-линзовых апохроматических систем применяются как астрономические, фотографические и микроскопические объективы. Эта система считается наиболее продвинутой[16].

Современные рефракторы[править | править код]

Сегодня крупнейший телескоп-рефрактор с диаметром объектива 102 см используется в США, в Йеркской обсерватории[5].

Телескопы-рефракторы по размеру крупнее Йерксого в мире не используются, так как линзы высокого качества и большого размера дороги в изготовлении и весьма тяжелы. Из-за этого существует риск деформации и, как результат, аберраций. На смену массивным рефракторам пришли рефлекторы. Они не подвержены хроматической аберрации[4].

Крупнейшие рефракторы[править | править код]

Местонахождение и характеристики самых известных телескопов-рефракторов
Обсерватория Местонахождение Диаметр, см/дюйм Год сооружения — демонтажа Примечания Cсылка
Всемирная выставка (1900) Париж, Франция 125/49 1900-1909 Двойной; визуальный и фотографический объективы — 125 см. Фокусное расстояние — 57 метров. Телескоп Всемирной выставки в Париже 1900 года
Йеркская обсерватория Уильямс Бэй, Висконсин, США 102/40 1897 Фокусное расстояние — 19,3 метра. Рефрактор Йеркской обсерватории
Ликская обсерватория гора Гамильтон, Калифорния, США 91/36 1888 Фокусное расстояние — 17 метров. 36-inch Lick Refractor
Парижская обсерватория Мёдон, Франция 83/33 1891 Двойной; визуальный объектив — 83 см, фотографический — 62 см. Фокусное расстояние — 17 метров. Meudon observatory, France
Потсдамский астрофизический институт Потсдам, Германия 80/31 1899 Двойной; визуальный объектив — 50 см, фотографический — 80 см. Фокусное расстояние — 12,2 и 12,5 метров соответственно. Großer Refraktor
Обсерватория Ниццы Ницца, Франция 76/30 1887 Фокусное расстояние — 18 метров. Lunette astronomique équatoriale dite le grand équatorial ou la grande lunette
Пулковская обсерватория Ленинград, СССР 76/30 1884-1941 Был утрачен в 1941 г., на его место установили 26-дюймовый рефрактор с фокусным расстоянием — 10,4 метра. Известия Главной Астрономической Обсерватории в Пулкове
Обсерватория Аллегейни Питтсбург, Пенсильвания, США 76/30 1912 Фокусное расстояние — 14 метров. Thaw Refractor
Гринвичская обсерватория Гринвич, Великобритания 71/28 1893 Двойной; визуальный и фотографический объективы — 71,12 см. Фокусное расстояние — 8 метров. Telescope: 28-inch Refractor (1893)
Обсерватория Архенхольда Берлин, Германия 68/27 1896 Фокусное расстояние — 21 метр. Это самый длинный рефрактор на сегодняшний день. History of the Archenhold Observatory
Венская обсерватория Вена, Австрия 68/27 1881 Фокусное расстояние — 10,5 метров. History of the Vienna University Observatory

Галерея[править | править код]

См. также[править | править код]

Видеоурок: телескоп-рефрактор

Примечания[править | править код]

  1. Четверикова, 2019, с. 7.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 Рефрактор. Большая Советская Энциклопедия. Дата обращения: 9 октября 2023.
  3. 1 2 Четверикова, 2019, с. 8.
  4. 1 2 Рефрактор. Большая Российская Энциклопедия. Дата обращения: 6 октября 2023.
  5. 1 2 Рефрактор Йеркской обсерватории. Большая Российская Энциклопедия. Дата обращения: 9 октября 2023.
  6. 26-дюймовый рефрактор. Лаборатория астрометрии и звездной астрономии ГАО РАН. Дата обращения: 9 октября 2023.
  7. Четверикова, 2019, с. 9.
  8. Четверикова, 2019, с. 10.
  9. Немецкая монтировка. Большая Советская Энциклопедия. Дата обращения: 9 октября 2023.
  10. Английская монтировка. Большая Советская Энциклопедия. Дата обращения: 9 октября 2023.
  11. The origins of the telescope, 2010, с. 4—5,15.
  12. 1 2 3 Рефрактор Галилея. Российская Астрономическая Сеть. Дата обращения: 9 октября 2023.
  13. 1 2 Схемы телескопических систем. Университет ИТМО. Дата обращения: 9 октября 2023.
  14. 1 2 3 4 Рефрактор. Астрономия для Любителей. Дата обращения: 9 октября 2023.
  15. Ахромат. Большая Советская Энциклопедия. Дата обращения: 9 октября 2023.
  16. 1 2 Апохромат. Большая Советская Энциклопедия. Дата обращения: 9 октября 2023.

Литература[править | править код]