Optički teleskop

Teleskop refraktor

Optički teleskop (grčki: tele = daleko, skopein = gledati, τηλεσκόπος - teleskopos) je optički instrument koji koristi deo elektromagnetnog spektra - vidljivu svetlost za koju izvori obično navode opseg talasne dužine ːod 400 nm do 700 nm. Optički teleskopi uvećavaju količinu svetla posmatranog objekta, razdvajaju bliske tačke na posmatranom objektu više nego što bi moglo samo oko posmatrača, kao što i povećavaju vidni ugao pod kojim se vidi posmatrani objekat u odnosu na vidni ugao pod kojim vidi čovečje oko. Optički teleskopi uvećavaju svojim objektivima (ogledala ili sočiva) količinu svetla od posmatranog objekta. Što je veći prečnik objektiva, to je uhvaćena veća količina svetla posmatranog objekta i detalja na njemu, što daje jasniju i verodostojniju sliku. Okular (sistem sočiva) prihvata od objektiva uvećanu količinu svetla posmatranog objekta i detalja na njemu, pa ih tako razdvojene uvećava i prosleđuje u posmatračevo oko. Tako se teleskopom razdvajaju bliske tačke na posmatranom objektu više nego što bi to moglo samo oko posmatrača, kao što se vrši i uvećanje povećanjem vidnog ugla pod kojim se vidi posmatrani objekat u odnosu na vidni ugao pod kojim vidi čovečje oko.

Istorija optičkog teleskopa

Prvi teleskop je bio optički - refraktor a njegov optički deo činila su sočiva. Nastao je u Holandiji i načinio ga je Hans Liperši. Legenda kaže da su „magičnu cev“, kako se teleskop tada nazivao, otkrila njegova deca igrajući se sočivima iz očeve radionice. Novost se velikom brzinom pronela Evropom i 1609. godine došla je i do Galileo Galileja. koji je odmah napravio jedan teleskop za sebe. Slavni fizičar je prvi čovek koji je novi instrument uperio u nebo i time otpočeo eru teleskopske astronomije. Četiristotine godina posle ovog velikog događaja, 2009. godina se obeležila kao Međunarodna godina astronomije. Već početkom 1610. svojim teleskopom je napravio velika otkrića. Otkrio je da mesec nije savršeno polirana sfera kako je to učio Aristotel i izmerio je visinu mesečevih planina. Uočio je pege na Suncu i pomoću njih odredio koliko vremena treba Suncu za okret oko svoje ose. Uočio je Jupiter i pronašao četiri najveća Jupiterova meseca kao i faze Venere, i bitnu činjenicu da se Mlečni put sastoji od ogromnog broja slabih zvezda.

Johan Kepler je 1611. godine napravio prvu varijantu originalne Liperšiove konstrukcije uvodeći umesto bikonkavnog sočiva koje predstavljalo okular, bikonveksno sočivo koje je bilo tako smeštenu da mu je fokus padao na isto mesto gde i fokus sočiva, koje je predstavljalo objektiv. Međutim, svi ovi teleskopi imali su velike greške sočiva, pre svega jaku hormatsku aberaciju, zbog čega su sve slike bile snažno obojene.

Godine 1630. Vilijam Gaskon u fokusnoj ravni fiksira unakrsno, pod pravim uglom, par niti kojim se teleskop lakše usmerava ka zadanom objektu posmatranja. (Nišan). Ovaj pronalazak je tek oživeo 1665. godine kada ga je primenio Žan Pikar. Značaj ovog pronalaska bio je u tome što je i najslabiji teleskop toga doba bio 20 puta precizniji od merenja koje je bez optičkih instrumenata vršio Tiho de Brahe.

Hevelov teleskop

Ozbiljan problemi hromatske aberacije rešavali su i tako da su se pravili telekopi sa ogromnim žižnim daljinama, odnosno sa ogromnim konstrukcijama instrumenata. Tako je teleskop Johan Hevelije iz druge polovine 17. veka bio dug 40 m.

Oko 1660. godine Isak Njutn predlaže drugačiju optičku konstrukciju teleskopa. Načinio je prvi teleskop sa ogledalima, tzv. reflektor. Taj prvi reflektor je imao prečnik ogledala od svega 3,5 cm. i fokus od 16,5 cm. Glavno ogledalo bilo je od metala izdubljeno u obliku konkavnog paraboloida. Za slanje zraka svetlosti prema okularau korišteno je ravno ogledalo. Džejms Gregori, škotski matematičar, uvodi svoju verziju reflektora sa eliptičnim udubljenim sekundarnim ogledalom. 1672. godine, francuski vajar i ljubitelj astronomije Loran Kasegren razvija teleskop reflektor sa konveksnim hiperboloidnim sekundarnim ogledalom. Ovaj tip teleskopa je i danas ostao kod svih modernih teleskopa pod nazivom Kasegrenov teleskop. Kvalitetna slika koju su davali reflektori učinila je da su se za neko vreme potisnuli refraktorski teleskopi.

Godine 1775. Džon Dollond proizvodi prvi ahromatski dublet, tj. objektiv građen od dva sočiva od raznih vrsta stakala. Time se vršila, vrlo uspešna kompenzacija hromatske aberacije.

Značajan doprinos razvoju teleskopa pripada i Vilijamu Heršelu inače poznatom po otkirću planete Uran. Njegov instrument bio je prečnika 120 cm.

Parsonsov teleskop

1845. godine Vilijam Parsons poznatiji kao Grof od Rose konstruisao je džinovski teleskop čiji je prečnik iznosio 180 cm.

Ovi rani reflektorski teleskopi imali su ogledala od metala i nisu bili otporni na atmosferske, posebno temperaturne promene, koje su ih iskrivljivale i menjale dužinu fokusa. Sve to je vodilo ponovo razmišljanju i konstrukcijama refraktorskih teleskopa. Tako Jozef Fraunhofer pravi izuzetno kvalitetne objektive i pominju ga kao oca nemačke ekvatorijalne montaže, koja je i danas u primeni kod manjih i srednjih teleskopa.

Izgradnja refraktora sa prečnicima od 102 cm. za opservatoriju Jerks završena je era velikih refraktora. Kristijan Hajgens 1864. godine, u Londonu, vrši prva spektralna posmatranja zvezda i maglina.

Godine 1850, Karl fon Štajnhajl i Leon Fuko prave, prvi put, staklene diskove izbrušene u potrebnom obliku. Ta prva staklena ogledala bila su presvučena srebrom, kao reflektivnom površinom. Od tada, pa do današnjih dana teleskopi reflektori, sa ogledalima izrađenim od sve kvalitetnijih vrsta stakla, dominiraju u svetu optičkih teleskopa.

Princip rada optičkog teleskopa

Optički teleskopi uvećavaju svojim objektivima (ogledala ili sočiva) količinu svetla od posmatranog objekta (deo elektromagnetskog spektra-vidljiva svetlost). Što je veći promer objektiva to je uhvaćena veća količina svetla posmatranog objekta i detalja na njemu, što daje jasniju i verodostojniju sliku. Okular (sistem sočiva)prihvata od objektiva uvećanu količinu svetla posmatranog objekta i detalja na njemu, pa ih tako razdvojene uvećava i prosleđuje u posmatračevo oko. Tako se teleskopom razdvajaju bliske tačke na posmatranom objektu više nego što bi to moglo samo oko posmatrača, kao što se vrši i uvećanje povećanjem vidnog ugla pod kojim se vidi posmatrani objekat u odnosu na vidni ugao pod kojim vidi čovečje oko. Postojanje teleskopa obmogućuje činjenica istekla iz fenomena svetlosti čije su osnovne dve karakteristike sadržane u njenoj osobini da se refraktuje (svetlost usporava ili ubrzava prolaskom u drugačije gustu optičku sredinu pa tako menja ugao kretanja) i reflektuje.

Podela

Podela optičkih teleskopa prema mestu postavljanja

• Stacionarni (fiksirani za planetu zemlju)
• Mobilni (u melđuplanetarnom prostoru) Teleskop Habl

Podela prema načinu stvaranja slike

Optički teleskopi se dele na refraktore i reflektore.

• Teleskopi koji imaju sočivo kao objektiv: zovu se refraktori jer kod njih slika nastaje prelomom svetlosti (refrakcijom) na površinama sočiva. Delimo ih na refraktore Galilijevog tipa, refraktore Keplerovog tipa, ahromate i apohromate. Kod refraktore Galilijevog tipa objektiv je rasipno (konkavno) sočivo, a kod Keplerovog tipa je sabirno (konveksno) sočivo. Ahromati imaju objektiv sastavljen od dva optička elementa, dva sočiva. A apohromati imaju objektive sastavljene od više sočiva - kvalitetno, ali i skuplje rešenje.

Reflektorski teleskop na dobson montaži u Višnjanu 2006.

• Teleskopi koji imaju ogledalo kao objektiv su reflektori. Kod njih slika nastaje odbijanjem, refleksijom sa površine ogledala. U čestoj je upotrebi reflektor Njutnovog tipa, kojeg je prvi konstruisao Isak Njutn. Postoje još drugi tipovi reflektora: Gregorijev, Kasegrenov, Heršelov tip, i modernija Riči-Kretjen konstrukcija teleskopa.
• Katadiopteri su slični reflektorima iako imaju nešto drukčiju konstrukciju. Skupljaju svetlost pomoću sočiva i ogledala, a glavna prednost im je kompaktnost. Primeri su Šmitova kamera, Šmit-Kasegrenov teleskop, teleskop Maksutova.

Poznati tipovi teleskopa su: Keplerov refraktor, Njutnov reflektor, Gregorijev reflektor, Kasegrenov reflektor, itd.

Građa

Svaki stacionirani optički teleskop mora da ima objektiv , okular i tragač ili tržioc, a oni sa većom snagom približavanja i motor kojim se kompenzuje prividno kretanje nebeskih objekata. Zavisno od vrste optičkog teleskopa, oni imaju i konstrukcije u kojima su smešteni optički delovi kao što je tubus kod refraktora, ili neka drugačija konstrukcija česta kod reflektora.

Stacionarni optički teleskopi, fiksirani za planetu zemlju, su postavljeni na stative ili postolja. Oni su stacionirani po lokaciji na kojoj su za stalno postavljeni, ali oni su pokretni, zadovoljavajući potrebe praćenja kretanja planete Zemlje odnosno prividnog kretanja astronomskih objekata oko nje.

• Objektiv je deo teleskopa bliži objektu posmatranja. Građen je od sočiva, tačnije sistem sočiva ili konkavnog ogledala. Svetlost koja je ušla kroz deo teleskopa koji se zove objektiv, bilo da se reflektuje od ogledalo ili refraktuje sočivom, poštujući zakone optike, skoncentrisana i usmerena stvara realnu, obrnutu i umanjenu sliku dalekog nebeskog objekta u ravnini zadnje žižne daljine objektiva. Objektiv, tj. teleskop, je jači što prikupi više svetla od dalekog nebeskog objekta.
• Okular je deo teleskopa bliži oku. Smešten je u tubusu ili konstrukciji telesopa tako da mu je ravnina prednje žižne daljine u ravnini zadnje žižne daljine objektiva, odnosno u ravnini slike nebeskog objekta dobijene objektivom. Okular - sočivo, tačnije sistem sočiva, objektivom dobijenu realnu, obrnutu i uvećanu sliku udaljenog nebeskog objekta, još uvećava i projektuje u žiži mrežnjače oka koju mozak posmatrača dešifruje, tj. vidi kao sliku nebeskog objekta.
• Deo teleskopa je i tragač ili tražioc. To je optički nišan postavljen na telu teleskopa primeren optičkoj osi teleskopa. On ima neuporedivo slabiju optičku moć, pa se njime lakše i brže pronalazi i postavlja optički sistem teleskopa ka traženoj nebeskoj destinaciji.

Stacionarni optički teleskop je instrument koji se pokreće

Pošto se planeta Zemlja okreće, posmatračima sa površine planete se prividno kreću svi nebeski objekti. Zato, teleskop fiksiran uz planetu Zemlju mora, uvažavajući ovo okretanje, da anulira i kompenzuje stalne pokrete posmatranog objekta, jer ih jedino tako može kontinuirano posmatrati. Tačnije, i teleskop se mora okretati istom brzinom kao i planeta Zemlja, ali sada suprotno od smera njenog okretanja. Ovo kretanje teleskopa se obezbeđuje motorom za pokretanje teleskopa. Znači, teleskop nije statičan instrument. To dodatno otežava i njegovu konstrukciju i astronomska posmatranja uopšte. Da se posmatrani objekat ne bi gubi iz vida nije dovoljno da se stacionarni teleskop samo kreće brzinom okretanja planete Zemlje u suprotnom smeru, već se teleskop mora postaviti poštujući određene uslove. Jedino tako postavljen može uspešno da prati prividno kretanje nebeskih objekata. Postoji nekoliko načina, zovu se montaže, njegovog postavljanja.

Osnovne montaže teleskopa

Prema montaži teleskope delimo u dve osnovne vrste:

• azimutalna montaža - teleskop pomeramo po smeru - azimutu i visini, elementima horizonstkog koordinatnog sistema, i
• ekvatorijalna montaža - kod koje teleskopi imaju azimutalnu osu nagnutu paralelno sa polarnom osom Zemlje, pod uglom koji se određuje geografskom širinom tačke iz koje se posmatra, odnosno uglom pod kojim se iz te tačke vidi zvezda Severnjača. Na ovaj način se lako kompenzuje prividno kretalje nebeskog objekta.

Teleskop se pomera po dvema koortinatama nebeskog ekvatorijalnog koordinatnog sistema:

• deklinaciji - deklinacijiskoj osi: ugao objekta od nebeskog ekvatora, izražen u stepenima od +90° do -90° i
• rektascenziji - časovonoj osi, koja je ekvivalent geografskoj dužini u zemljinom koordinatnom sistemu, koja definiše položaj objekta meren u uglovnim stepenima, ili u časovima, minutama i sekundama (1 čas = 15°).

Osnovni parametri teleskopa

• Ugaono povećanje - povećanje teleskopom, je broj koji kaže koliko je puta vaća slika objekta, odnosno koliko je puta veći ugao pod kojim se on vidi, nego kada bi objekat mogli posmatrati bez optičkih pomagala. Ugaono povećanje govori koliko se neki predmet čini većim nego kad ga gledamo „golim“ okom. Ono je jednako omeru, odnosno količniku žižnih daljina objektiva i okulara. Tako da smanjivanjem žižne daljine okulara, odnosno delioca, primereno računskoj logici razlomka, povećavamo ukupno uvećanje teleskopom. Ali ukupno uvećanje, tj. ukupni „Ugao povećanja“, je moguće samo do jedne granice. Jer, ako objektiv nije uneo dovoljno svetla i razdvojio dovoljno bliske tačke na objektu, svako uvećanje okularom je besmisleno. Uvećana slika će ostati i nejasna, i pretamna. Znači da su granice povećanja teleskopom određene, pre svega, moći objektiva.
• Svetlosna moć - kroz teleskop se nebeski objekti vide sjajniji. Teleskop ima veću svetlosnu moć od oka. Zenica oka ima u najvećoj tami ne više od 7 mm promera, dok dvogled ili teleskop imaju mnogo veće promere objektiva. Svetlo skupljeno sa veće površine omogućuje uočavanje manje sjajnih objekata. Svetlosna moć teleskopa je veća što je veći prečik, ili promer, ili dijametar objektiva.
• Vidno polje - najveći ugao pod kojim vidimo objekte u okularu. Okulari koji daju veće povećanje imaju manje vidno polje.
• Razlučivost - teleskop većeg promera objektiva ima bolje razlučivanje - razdvajanje međusobno bliskih tačaka na objekatu.

Konačna razlučivost je posledica ogiba svetlosti - difrakcije. Razlučivost zavisi od promera pukotine kroz koju svetlost prolazi (u ovom slučaju objektiv) i talasnoj dužini svetlosti. Priroda nameće takva ograničenja i nama, tako da uz prečnik zenice koju imamo i talasne dužine vidljive svetlosti, ne možemo razaznati predmete koje vidimo pod uglom manjim od 1' (1 lučne minute). Veličina promera objektiva je direktno proporcionalna i uvećanju i moći razdvajanja. Ovaj odnos je srećna i odlučujuća okolnost optičkog teleskopa. Veći promer teleskopa, tj. veći promer objektiva, pored toga što postiže veće „Ugaono uvećanje“, daje i bolju rezoluciju, odnosno bolje razlučje tj. razdvaja bliske tačke na posmatranom nebeskom objektu.

Najbolji i najveći optički teleskopi danas

Keck teleskop, drugi po veličini optički teleskop na svetu, na visini od oko 4.000 m blizu vrha vulkana Mauna Kea na Havajima

Pored što veće difrakcione moći, na kvalitet teleskopa utiče i veličina ogledala.

U najveće teleskope - refraktore spadaju:

• Yerkes (102 cm)
• Lick (90 cm)
• Paris (83 cm)
• Pulkovo (76 cm)
• Beograd (65 cm)

U najveće teleskope reflektore spadaju:

• Gran Telescopio Canarias (10,40 m)
• Keck (10 m)

Keck teleskop se nalazi na Havajima, blizu vulkana Mauna Kea na visini od oko 4.000 m. Sastoji se od sva teleskopa i prečnik ogledala svakog od njih je 10 m. Primarno ogledalo se sastoji od 36 šestougaonih ogledala i ima i aktivnu i adaptivnu optiku.

• VLT - Very Large Telescope (8,20 m)

Ovaj teleskop radi kao interferometar, a razdvojna moć mu je oko 1 mili-lučne sekunde. Sastoji se od 4 odvojena, međusobno povezana, optička teleskopa (Antu, Kueyen, Melipal, Yepun) na Cerro Paranal-u na visini od 2.635 m u pustinji Atakama u Čileu. Svaki teleskop ima prečnik ogledala od 8,2 m, a 4 pomoćna pokretna teleskopa imaju prečnik ogledala 1,8 m.

• Kavkaz (6 m)
• Palomar (5 m)

Poznat reflektor je i teleskop Habl (Hubble Space Telescope - HST) koji kruži oko Zemlje na visini od 600 km i obiđe je za 96 minuta. Habl je lansiran 1990. godine, kao zajednički projekat NASA i ESA. Habl je teleskop - reflektor prečnika ogledala 2,4 m, a radi u ljubičastom, ultraljubičastom i infracrvenom spektru.

Poznatiji teleskopi

Teleskop Habl u orbiti oko Zemlje snimljen iz Spejs šatla (izvor: NASA)

• Svemirski teleskop Habl - veštački satelit u orbiti oko Zemlje sa teleskopom koji posmatra u vidljivom spektru svetlosti, kao i u spektru ultraljubičaste i infracrvene svetlosti. Habl je u prednosti nad zemaljskim teleskopima, jer ne zavisi od vremenskim prilikama, niti na kvalitet slike utiče komešanje atmosfere. Osim toga, teleskopima na Zemlji atmosfera onemogućava prolaz talasnih dužina u ultraljubičastom i infracrvenom spektru. Teleskop Habl je razvila i lansirala američka svemirska agencija NASA tokom devedesetih godina 20. veka.
• Veoma veliki teleskop (VLT) je skup od četiri povezana teleskopa. Svaki teleskop ima promer ogledala od 8 m, što je trenutno među najvećim promerima ogledala zemaljskih teleskopa. VLT je smešten u pustinji Atakama u Čileu.

Literatura

• Buser, Pierre A.; Imbert, Michel (1992). Vision. MIT Press. str. 50. ISBN 978-0-262-02336-8. 
• Pal, G. K.; Pal, Pravati (2001). „chapter 52”. Textbook of Practical Physiology. Chennai: Orient Blackswan. str. 387. ISBN 978-81-250-2021-9. 
• Grupa autora, Mala enciklopedija Prosveta, Prosveta, treće izdanje, Beograd, 1978.
• Grupa autora, Enciklopedija Britanika, Politika, Beograd, 2005.