Телескоп-рефрактор

Повернутися до категорії [ Статті про телескопи ]

Рефрактор - (лат. refractor від refringo — заломлюю) — телескоп, об’єктивом якого є лінзова (діоптрична) система. Їх використовують для візуальних, фотографічних, а з деякими обмеженнями — для спектральних та інших спостережень.

Для астрономічних досліджень рефрактор уперше застосував Галілей.

Зображення рефракційного телескопа із обсерваторії Цинцинаті у 1848 році

Сучасні рефрактори побудовано переважно як подвійні та потрійні ахромати або напівахромати з великими фокусними відстанями. Візуальний рефрактор має об’єктив і окуляр. Фотографічний рефрактор також називають астрографом. Замість окуляра ставиться касета із фотоплівкою або фотопластину. Відбувається поступовий перехід до використання приладів із зарядовим зв’язком (ПЗЗ) замість фотоматеріалів.

Розміри об’єктивів рефракторів обмежені, оскільки відливка великих однорідних блоків оптичного скла ускладнена, в них значно зростає світлопоглинання, а велика маса призводить до вигинання конструкції, також важко усувати температурні градієнти. Крім того для лінз потрібна обробка щонайменше двох криволінійних поверхонь (замість однієї у дзеркала).

Найбільший рефрактор встановлено у Єркській обсерваторії. Діаметр його об’єктива становить 102 см, він побудований 1897 року.

Метровий рефрактор Єркської обсерваторії. Фото 1921 року.

Історія винаходу

Перший телескоп-рефрактор був сконструйований 1609 Галілеєм. Галілей, ґрунтуючись на чутках про винахід голландцями зорової труби, розгадав її пристрій та виготовив зразок, який уперше використав для астрономічних спостережень. Перший телескоп Галілея мав апертуру 4 сантиметри, фокусну відстань близько 50 сантиметрів та ступінь збільшення 3x. Другий телескоп мав апертуру 4,5 сантиметри, фокусну відстань 125 сантиметрів, ступінь збільшення 34х. Всі телескопи Галілея були дуже недосконалі, але незважаючи на це, протягом двох перших років спостережень йому вдалося виявити чотири супутники планети Юпітер, фази Венери, плями на Сонці, гори на поверхні Місяця (додатково була виміряна їхня висота), наявність у диску Сатурна придатків у двох протилежних точках (природу цього явища Галілей розгадати не зміг).

Принцип роботи рефрактора

Телескоп-рефрактор містить два основні вузли: лінзовий об’єктив та окуляр. Об’єктив створює дійсне зменшене зворотне зображення нескінченно віддаленого предмета у фокальній площині. Це зображення розглядається в окуляр як у лупу. У силу того, що кожна окрема лінза має різні аберації (хроматичну, сферичну та ін.), зазвичай використовуються складні ахроматичні та апохроматичні об’єктиви. Такі об’єктиви являють собою опуклі та увігнуті лінзи, складені та склеєні для того, щоб мінімізувати аберації.

Телескоп Галілея

Телескоп Галілея мав як об’єктив одну збираючу лінзу, а окуляром служила лінза, що розсіює. Така оптична схема дає неперевернуте (земне) зображення. Головними недоліками галілеївського телескопа є дуже мале поле зору та сильна хроматична аберація. Така система все ще використовується в театральних біноклях і іноді в саморобних аматорських телескопах.

Схема рефрактора Галілея

Телескоп Кеплера

Йоганн Кеплер в 1611 р. удосконалив телескоп, замінивши в окулярі лінзу, що розсіює, на збираючу. Це дозволило збільшити поле зору та винести далі зіницю, проте система Кеплера дає перевернуте зображення. Перевагою труби Кеплера є також те, що в ній є дійсне проміжне зображення, в площину якого можна помістити вимірювальну шкалу. По суті, всі телескопи-рефрактори є трубами Кеплера. До недоліків системи відноситься сильна хроматична аберація, яку до створення ахроматичного об’єктива усували шляхом зменшення відносного отвору телескопа.

Схема рефрактора Кеплера

Оптична схема телескопа-рефрактора. Copyright by Szőcs Tamás CC BY-SA 3.0.

Телескоп Кеплера

Ахромат

Телескоп-рефрактор з ахроматичним об’єктивом, як правило, дволінзовим (дублет). Найбільш широко поширений у минулому та нині тип телескопів-рефракторів. Існує кілька різновидів ахроматичних об’єктивів, які застосовуються в телескопах-рефракторах, зокрема, дублети Літтрова, Кларка, Фраунгофера (останній знайшов найбільше застосування.)

Апохромат

Телескоп-рефрактор з апохроматичним об’єктивом, оптичні аберації якого, насамперед хроматична, виправлені значно краще, ніж у ахроматі. Як правило, в об’єктиві використовуються елементи зі скла з наднизькою дисперсією або флюоритом. Об’єктив – дво- або трилінзовий. У порівнянні з ахроматами апохромати можуть мати велику світлосилу і значно перевершують ахромати за якістю зображення. Поява апохроматичних рефракторів в астрономічній оптиці можна віднести до 2-ї половини 20-го століття, тривалий час їх поширення стримувала висока вартість флюоритової оптики або спеціальних лінз. З 1990-х років завдяки широкому впровадженню в оптичній промисловості скла з наднизькою дисперсією, за своїми характеристиками близькими до флюориту, апохроматичні рефрактори стали значно доступнішими і популярнішими, в тому числі і в аматорській астрономії.

Сучасні рефрактори

Найбільший рефрактор світу належить Єркській обсерваторії (США) і має діаметр об’єктиву 102 см. Більші рефрактори не використовуються. Це пов’язано з тим, що якісні великі лінзи дороги у виробництві та вкрай важкі, що веде до деформації та погіршення якості зображення. Великі телескопи зазвичай є рефлекторами.

Найбільші рефрактори

Місцезнаходження та апертура найвідоміших телескопів-рефракторів

Обсерваторія	Місцезнаходження	Діаметр, дюйм/см	Рік спорудження - демонтажу	Примітки
Єркська обсерваторія	Вільямс Бей, Вісконсін	40/102	1897	Рефрактор Кларка
Обсерваторія Ліка	гора Гамільтон, Каліфорнія	36/91	1888
Паризька обсерваторія	Медон, Франція	33/83	1893	Подвійний, візуальний об’єктив 83 см, фотографічний — 62 см
Астрофізична обсерваторія	Потсдам, Німеччина	32/81	1899	Подвійний, візуальний 50 см, фотографічний 80 см
Обсерваторія Ніцци	Франція	30/76	1880
Пулківська обсерваторія	Санкт-Петербург	30/76	1885-1941
Аллегенська обсерваторія	Піттсбург, Пенсільванія	30/76	1917	Рефрактор Thaw
Грінвічська обсерваторія	Грінвіч, Великобританія	28/71	1893
Грінвічська обсерваторія	Грінвіч, Великобританія	28/71	1897	Подвійний, візуальний 71 см, фотографічний 66
Обсерваторія Архенхольда	Берлін, Німеччина	27/70	1896	Найдовший сучасний рефрактор