Ход лучей в зрительных трубах Кеплера и Галилея, их увеличение

Зрительные трубы используются для рассматривания деталей удаленных

Рис. 5

 

предметов. Они состоят из объектива и окуляра (рис.5). Объектив дает уменьшенное, действительное, перевернутое изображение удаленного предмета, которое затем рассматривается в окуляр. Так как предмет находится на очень большом расстоянии от объектива, то лучи, исходящие из любой точки предмета, можно считать параллельными. Пучки параллельных лучей, исходящие из верхней и нижней точек предмета, образуют угол d, под которым виден предмет невооруженным глазом. Если предмет достаточно удален, то его изображение , получается в задней фокальной плоскости объектива (рис. 5). Окуляр фактически выполняет функцию лупы, позволяет глазу приблизиться к изображению и видеть его под большим углом, чем сам объект. Нормальный глаз в спокойном состоянии (без аккомодации) хорошо видит в параллельных лучах. Поэтому передняя фокальная плоскость окуляра может быть совмещена с изображением , которое в зрительной трубе видно под углом d¢. Таким образом, видимое увеличение зрительной трубы зависит от фокусных расстояний объектива и окуляра:

(8)

Рис. 6

Объектив обычно изготавливается из двух склеенных линз, положительной и отрицательной (рис. 6), иногда в виде более сложной системы, позволяющей лучше корректировать изображение. Окуляр также изготавливается в виде сложной системы, в простейшем случае из двух линз: полевой и глазной. Полевая линза помещается вблизи задней фокальной плоскости объектива. Поэтому она не влияет на размеры и положение изображения. Направляя косые лучи, идущие от крайних участков изображения, даваемого объективом, на центральную часть глазной линзы полевая линза увеличивает поле зрения. Глазная линза играет роль лупы. Оптическая система, в которой задний фокус первой подсистемы (объектива) совпадает с передним фокусом

 

Рис. 7

 

второй подсистемы (окуляра) называется телескопической системой. Видимое увеличение телескопической системы можно также выразить через отношение диаметров входного и выходного зрачков системы (рис. 6, 7).

 

 

(9)

Наблюдатель свой глаз располагает так, что зрачок его глаза совмещается с плоскостью выходного зрачка зрительной трубы. По теории Максутова максимально допустимое увеличение соответствует диаметру выходного зрачка D’ =0.7 мм. С дальнейшим уменьшением D’ сказываются аберрации глаз. Зрительные трубы, изготовленные по указанной выше схеме, дают перевернутое изображение наблюдаемого предмета. Примером таких труб является зрительная труба Кеплера. При наблюдении с помощью телескопа изображений звезд это неважно. При проведении наблюдений земных объектов приходится вводить добавочные оптические элементы, оборачивающие изображение. 

В зрительной трубе Галилея этот недостаток отсутствует, так как в качестве окуляра используется рассеивающая линза, что позволяет получить прямое изображение объекта. Рассеивающая линза (окуляр) располагается между объективом и его задней фокальной плоскостью так, чтобы опять задний фокус объектива совпал с передним фокусом окуляра (рис. 8).

Рис. 10

Рис. 8

Рис.8

 

 

Таким образом, зрительная труба Галилея тоже представляет собой телескопическую систему: параллельный пучок лучей при выходе из системы остается параллельным, соответственно, оптическая сила системы Ф = 0. Видимое увеличение зрительной трубы Галилея также определяется отношением . Зрительные трубы Галилея во многих отношениях уступают зрительным трубам Кеплера: малое поле зрения, отсутствие визирного устройства, небольшое увеличение.

Бинокль

В обычной практике для наблюдения удаленных наземных объектов применяются бинокли. Бинокли небольшого увеличения, например, театральные бинокли, изготавливаются из двух труб Галилея. Бинокли большого увеличения (полевые) изготавливаются из двух труб с положительными окулярами. Схема полевого бинокля приведена на рис. 9. В качестве обора-

Рис.9

чивающей системы используются две призмы полного внутреннего отражения а и б. Одновременно эти призмы позволяют укоротить длину труб и увеличить расстояние между центрами объективов по сравнению с расстоянием между зрачками глаз. Увеличение расстояния между объективами приводит к увеличению стереоскопического эффекта.

Рефлектор Максутова

Для получения хорошего разрешения деталей объекта необходимо использовать телескопические системы с большим диаметром объектива. Изготовление линзы довольно большого диаметра является сложной технической задачей. Гораздо проще изготовить зеркало большого диаметра. Поэтому широкое применение получили рефлекторы – телескопические системы с отражательными объективами. В рефлекторах отсутствует хроматическая аберрация, для уменьшения сферической аберрации в хороших рефлекторах используются асферические зеркала в виде параболоида вращения.

Рис.10

 

Удачным решением проблемы получения качественного изображения с помощью сравнительно недорогих оптических систем явилось использование смешанных систем, в которых зеркальная оптика сочетается с линзовой, приводя почти к полному устранению ряда вредных аберраций. Наиболее совершенной системой этого рода являются менисковые системы Д. Д. Максутова. Оптическая схема одного из телескопов Максутова представлена на рис. 10. Лучи от рассматриваемого объекта попадают на менисковую линзу L, отражаются от зеркала AB, затем отражаются от средней части выпуклой

поверхности линзы СС’, которая имеет отражающее покрытие и работает как выпуклое зеркало. В центре зеркала AB имеется небольшое отверстие, через которое лучи направляются в окуляр. Двукратное отражение лучей позволяет сделать телескоп коротким. Менисковая линза обладает ахроматическими свойствами, кроме того, она позволяет коррегировать сферическую аберрацию зеркала. Заметим, что основы отечественного астрономического приборостроения были заложены еще М. В. Ломоносовым и И.П. Кулибиным. Советские ученые заметно приумножили вклад в астрономическое приборостроение.