Hvis du tenker på det, var det bare et spørsmål om tid før det første teleskopet ble oppfunnet. Folk har blitt fascinert av krystaller i årtusener. Mange krystaller - for eksempel kvarts - er helt gjennomsiktige. Andre - rubiner - tar opp noen lysfrekvenser og passerer andre. Forming av krystaller til kuler kan gjøres ved klyving, tumling og polering - dette fjerner skarpe kanter og runder overflaten. Å dissekere en krystall begynner med å finne en feil. Å lage en halvkule - eller krystallsegment - skaper to forskjellige overflater. Lys samles av den konvekse frontflaten og projiseres mot et punkt for konvergens av den plane baksiden. Fordi krystallsegmenter har alvorlige kurver, kan fokuspunktet være veldig nær selve krystallen. På grunn av korte brennvidder gjør krystallsegmentene bedre mikroskop enn teleskoper.
Det var ikke krystallsegmentet - men glasslinsen - som gjorde moderne teleskoper mulig. Konvekse linser kom ut av glassmark på en måte å korrigere synet med synet. Selv om både briller og krystallsegmenter er konvekse, har langsynte linser mindre alvorlige kurver. Lysstråler er bare svakt bøyd fra parallellen. På grunn av dette er punktet der bildet tar form langt lenger unna linsen. Dette skaper bildeskala stor nok til detaljert menneskelig inspeksjon.
Den første bruken av linser for å øke synet kan spores tilbake til Midt-Østen på 1000-tallet. En arabisk tekst (Opticae Thesaurus skrevet av forsker-matematiker Al-hazen) bemerker at segmenter av krystallkuler kunne brukes til å forstørre små gjenstander. På slutten av 1200-tallet sies en engelsk munk (muligens med henvisning til Roger Bacons Perspectiva fra 1267) å ha skapt de første praktiske nærfokusbrillene som hjalp til med å lese Bibelen. Det var først i 1440 da Nicholas fra Cusa jordet den første linsen for å korrigere nærsynthet -1. Og det skulle gå ytterligere fire århundrer før defekter i selve linseformen (astigmatisme) ville hjulpet av et sett briller. (Dette ble oppnådd av den britiske astronomen George Airy i 1827, cirka 220 år etter den andre - mer berømte astronomen - Johann Kepler beskrev først nøyaktig linsens effekt på lys.)
De tidligste teleskopene ble dannet like etter at brillekjøring ble godt etablert som et middel for å korrigere både nærsynthet og presbyopi. Fordi langsynte linser er konvekse, lager de gode "samlere" av lys. En konveks linse tar parallelle stråler fra avstanden og bøyer dem til et felles fokuspunkt. Dette skaper et virtuelt bilde i rommet - et som kan inspiseres nærmere ved hjelp av et annet objektiv. Dyden til et samleobjektiv er todelt: Det kombinerer lys sammen (øker intensiteten) - og forsterker bildeskalaen - begge i en grad potensielt langt større enn øyet alene er i stand til.
Konkave linser (brukt til å korrigere nærsynthet) spretter lys utover og får ting til å virke mindre for øyet. Et konkavt objektiv kan øke brennvidden på øyet når øyets eget system (fast hornhinne og morfinglinser) ikke kommer til å fokusere et bilde på netthinnen. Konkave linser lager gode okularer fordi de gjør det mulig for øyet å inspisere det virtuelle bildet som er støpt av en konveks linse. Dette er mulig fordi konvergente stråler fra et samleobjektiv brytes mot parallellen av en konkav linse. Effekten er å vise et nærliggende virtuelt bilde som om det er i stor avstand. Et enkelt konkavt objektiv lar øyelinsen slappe av som om den er fokusert på uendelig.
Å kombinere konvekse og konkave linser var bare et spørsmål om tid. Vi kan forestille oss den aller første anledningen som oppstod når barn lekte med linsekvernens daglige arbeid - eller muligens da optikeren følte seg kalt til å inspisere en linse ved å bruke en annen. En slik opplevelse må ha virket nærmest magisk: Et fjernt tårn kaster seg umiddelbart som om det nærmet seg på slutten av en lang spasertur; ugjenkjennelige figurer blir plutselig sett på å være nære venner; naturlige grenser - for eksempel kanaler eller elver - hoppes over som om Merkuris egne vinger var festet til helene ...
Når teleskopet ble, presenterte to nye optiske problemer seg. Lette samleobjektiver lager buede virtuelle bilder. Denne kurven er litt "skålformet" med bunnen dreid mot observatøren. Dette er selvfølgelig motsatt av hvordan øyet selv ser verden. For øyet ser ting som omhandlet på en stor sfære hvis sentrum ligger på netthinnen. Så noe måtte gjøres for å trekke perimeterstråler tilbake mot øyet. Dette problemet ble delvis løst av astronom Christiaan Huygens på 1650-tallet. Han gjorde dette ved å kombinere flere linser sammen som en enhet. Bruken av to linser brakte flere av perifere stråler fra et samleobjektiv mot parallellen. Huygens nye okular flater effektivt ut bildet og lot øyet oppnå fokus over et bredere synsfelt. Men det feltet vil fremdeles fremkalle klaustrofobi hos de fleste observatører i dag!
Det endelige problemet var mer overførbart - brytbare linser bøyer lys basert på bølgelengde eller frekvens. Jo større frekvens, jo mer bøyes en bestemt farge på lyset. Av denne grunn blir objekter som viser lys i forskjellige farger (polykromatisk lys) ikke sett på samme fokuspunkt over det elektromagnetiske spekteret. I utgangspunktet fungerer linser på lignende måter som prismer - og skaper en spredning av farger, hver med sitt eget unike fokuspunkt.
Galileos første teleskop løste bare problemet med å komme et nært øye for å forstørre det virtuelle bildet. Instrumentet hans var sammensatt av to linser som kunne skilles med kontrollert avstand for å sette fokus. Objektivlinsen hadde en mindre alvorlig kurve for å samle lys og bringe den til forskjellige fokuspunkter avhengig av fargefrekvens. Den mindre linsen - som hadde en mer alvorlig kurve med kortere brennvidde - tillot Galileos observerende øye å komme nær nok til bildet til å se forstørrede detaljer.
Men Galileos omfang kan bare bli bragt i fokus nær midten av okularens synsfelt. Og fokus kunne bare settes basert på den dominerende fargen som ble utsendt eller reflektert av hva Galileo så på den gangen. Galileo observerte vanligvis lyse studier - som Månen, Venus og Jupiter - ved å bruke en blenderåpning og stolte over å ha kommet på ideen!
Christiaan Huygens skapte det første - Huygenian - okularet etter Galileos tid. Dette okularet består av to plano-konvekse linser som vender mot samleobjektivet - ikke en eneste konkav linse. Fokusplanet for de to linsene ligger mellom objektivelementene og øyelinselementene. Bruken av to linser flater ut kurven til bildet - men bare over noen grader av synlig synsfelt. Siden Huygens tid har okularene blitt mye mer sofistikerte. Fra og med dette originale konseptet om mangfoldighet, kan dagens okularer legge til ytterligere et halvt dusin optiske elementer omorganisert i både form og stilling. Amatørastronomer kan nå kjøpe okular fra sokkelen og gi rimelig flate felt over 80 grader i tilsynelatende diameter-2.
Det tredje problemet - det med kromatisk tonede flerfargebilder - ble ikke løst i teleskopi før et fungerende reflektorteleskop ble designet og konstruert av Sir Isaac Newton på 1670-tallet. Det teleskopet eliminerte samleobjektivet helt - selv om det fremdeles krevde bruk av et ildfast okular (som bidrar langt mindre til "falsk farge" enn målet gjør).
I mellomtiden var de tidlige forsøkene på å fikse refraktoren ganske enkelt gjøre dem lengre. Omfang til 140 fot i lengde ble utviklet. Ingen hadde spesielt ublu linsediametre. Slike spindly dynasaurs krevde en virkelig eventyrlig observatør å bruke - men "tone ned" fargeproblemet.
Til tross for å eliminere fargefeil, hadde også tidlige reflekser problemer. Newtons omfang brukte et sfærisk malt spekulasjonsspeil. Sammenlignet med aluminiumsbelegget av moderne refleksspeil, er spekulum en svak utøver. På omtrent tre fjerdedeler lysinnsamlingsevnen til aluminium, spekulum mister omtrent en styrke i lysgrep. Dermed oppførte det seks-tommers instrumentet som ble utviklet av Newton mer som en moderne 4-tommers modell. Men dette er ikke det som gjorde Newtons instrument vanskelig å selge, det ga ganske enkelt veldig dårlig bildekvalitet. Og dette skyldtes bruken av det sfærisk jordede primærspeilet.
Newtons speil brakte ikke alle lysstråler til felles fokus. Feilen lå ikke hos spekulatet - den lå i form av speilet som - hvis det ble utvidet 360 grader - ville utgjøre en fullstendig sirkel. Et slikt speil er ikke i stand til å bringe sentrale lysstråler til samme fokuspunkt som de som er nærmere kanten. Det var først i 1740 da Skottlands John Short rettet opp dette problemet (for lys på aksen) ved å parabolisere speilet. Short oppnådde dette på en veldig praktisk måte: Siden parallelle stråler nærmere midten av et sfærisk speil overskygger marginale stråler, hvorfor ikke bare utdype sentrum og tøffe dem inn?
Det var først på 1850-tallet at sølv erstattet spekulum som speiloverflaten du valgte. Selvfølgelig hadde de mer enn 1000 parabolske reflektorene produsert av John Short spekulasjonsspeil. Og sølv, som spekulum, mister refleksjonsevnen ganske raskt over tid til oksidasjon. I 1930 ble de første profesjonelle teleskopene belagt med mer holdbart og reflekterende aluminium. Til tross for denne forbedringen, gir små reflekser mindre lys i fokus enn refraktorer med sammenlignbar blenderåpning.
I mellomtiden utviklet refraktorer seg også. I løpet av John Korts tid fant optikere ut noe Newton ikke hadde - hvordan få rødt og grønt lys til å fusjonere på et felles fokuspunkt ved brytning. Dette ble først oppnådd av Chester Moor Hall i 1725 og gjenoppdaget et kvart århundre senere av John Dolland. Hall og Dolland kombinerte to forskjellige linser - en konveks og annen konkav. Hver besto av en annen glasstype (krone og flint) som bryter lys på en annen måte (basert på brytningsindekser). Den konvekse linsen av kronglass gjorde den umiddelbare oppgaven med å samle lys i alle farger. Dette bøyde fotoner innover. Den negative linsen sprang den konvergerende strålen litt utover. Der den positive linsen fikk rødt lys til å overskygge fokus, forårsaket den negative linsen at rød ble til å skyte. Rødt og grønt blandet og øyet så gult. Resultatet var det achromatic refraktorteleskopet - en type foretrukket av mange amatørastronomer i dag for billig, liten blenderåpning, storfelt, men - i kortere brennvidde - mindre enn ideell bildekvalitetsbruk.
Det var først på midten av det nittende århundre at optikere klarte å få blåfiolett til å bli med rødt og grønt i fokus. Den utviklingen kom opprinnelig ut av bruken av eksotiske materialer (melitt) som et element i dublettmålene til høydrevne optiske mikroskoper - ikke teleskoper. Tre elementer teleskopdesign ved bruk av standardglastyper - trillinger - løste problemet også noen førti år senere (like før det tjuende århundre).
Dagens amatørastronomer kan velge mellom et bredt utvalg av omfangstyper og produsenter. Det er ingen muligheter for alle himmelstudier, øyne og himmelstudier. Spørsmål om feltets flathet (spesielt med raske Newtonian-teleskoper) og heftige optiske rør (forbundet med store refraktorer) er blitt adressert av nye optiske konfigurasjoner utviklet på 1930-tallet. Instrumenttyper - som SCT (Schmidt-Cassegrain-teleskop) og MCT (Maksutov-Cassegrain-teleskop) pluss newton-esque Schmidt- og Maksutov-varianter og skrå reflekser - produseres nå i USA og over hele verden. Hver omfangstype utviklet for å adressere en eller annen gyldig bekymring eller annen relatert til omfangstørrelse, bulk, feltets flathet, bildekvalitet, kontrast, kostnad og portabilitet.
I mellomtiden har refraktorer tatt sentrum blant optofile personer som ønsker høyest mulig bildekvalitet uavhengig av andre begrensninger. Helt apokromatiske (fargekorrigerte) refraktorer gir noen av de mest fantastiske bildene som er tilgjengelige for optisk, fotografisk og CCD-avbildning. Men akk, slike modeller er begrenset til mindre blenderåpninger på grunn av betydelig høyere materialkostnader (eksotiske lavdispersjonskrystaller og glass), produksjon (opptil seks optiske flater må formes) og større belastningsbærende krav (på grunn av tunge skiver av glass ).
Alle dagens forskjellige omfangstyper begynte med oppdagelsen av at to linser med ulik krumning kunne holdes opp til øyet for å transportere menneskets oppfatning over store avstander. Som mange store teknologiske fremskritt, kom det moderne astronomiske teleskopet ut av tre grunnleggende ingredienser: Nødvendighet, fantasi og en økende forståelse av måten energi og materie samhandler på.
Så hvor kom det moderne astronomiske teleskopet fra? Helt klart at teleskopet gikk gjennom en lang periode med konstant forbedring. Men kanskje, bare kanskje, er teleskopet i essensen en gave av universet selv som gleder seg i dyp beundring gjennom menneskets øyne, hjerter og sinn ...
-1 Spørsmål eksisterer om hvem som først opprettet briller som korrigerte nær- og nærsynt vsion. Det er lite sannsynlig at Abu Ali al-Hasan Ibn al-Haitham eller Roger Bacon noen gang har brukt et objektiv på denne måten. Forvirrende spørsmålet om herkomst er spørsmålet om hvordan briller faktisk ble brukt. Det er sannsynlig at den første visuelle hjelpen ganske enkelt ble holdt for øyet som en monokel - nødvendighet å ta over derfra. Men ville en slik primitiv metode historisk blitt omtalt som "opphavet til opptoget"?
-2 Evnen til et bestemt okular til å kompensere for et nødvendigvis buet virtuelt bilde er begrenset grunnleggende av effektiv fokuseringsforhold og omfangsarketektur. Teleskoper hvis brennvidde er mange ganger deres blenderåpning er således mindre enn en øyeblikkelig kurve ved "bildeplanet". I mellomtiden har omfang som bryter lys innledningsvis (katadioptika og refraktorer) fordelen med å bedre håndtere lys utenfor aksen. Begge faktorene øker krumningsradiusen til det projiserte bildet og forenkler okularens oppgave med å presentere et flatt felt for øyet.
Om forfatteren:
Inspirert av det tidlige 1900-tallet mesterverk: "Himmelen gjennom tre, fire og fem tommers teleskoper" fikk Jeff Barbour en start i astronomi og romvitenskap i en alder av syv år. For tiden bruker Jeff mye av sin tid på å observere himmelen og vedlikeholde nettstedet Astro.Geekjoy.
