Telescop

Telescop reflector Zeiss-Gautier

Telescopul este un instrument care colectează lumina sau alte radiații electromagnetice de la un obiect îndepărtat, îl concentrează într-un punct (numit foc ) și produce o imagine mărită.

Deși termenul „telescop” indică de obicei telescopul optic, care funcționează în frecvențele luminii vizibile , există și telescoape sensibile la celelalte frecvențe ale spectrului electromagnetic .

Numele, derivat din grecescul τηλε ( tēle ) care înseamnă „departe” și σκοπεῖν ( skopein ) sau „privește, vezi”, este un cuvânt al autorului inventat de matematicianul grec Giovanni Demisiani ( Ἰωάννης Δημησιάνος ), la 14 aprilie, 1611 , în banchet oferit la Roma , de prințul Federico Cesi , în cinstea cooptării lui Galileo Galilei în Accademia dei Lincei ^[1] .

Istorie

Galileo primește telescopul de la personificările Astronomiei , Perspectivei și Matematicii . ^[2]

Același subiect în detaliu: Istoria telescoapelor .

Nașterea telescopului refractar poate fi urmărită până la Galileo, care a prezentat prima aplicație la Veneția în vara anului 1609. În realitate, primele lentile au fost construite în 1607 de către opticieni olandezi care le-au aplicat instrumentelor rudimentare cu o putere de rezolvare slabă. Cu toate acestea, proprietățile lentilelor ^[3] erau cunoscute de ceva timp și Galileo trebuie să fie creditat cu îmbunătățirea și prima utilizare astronomică .

Descriere

Benzile de vizibilitate ale telescoapelor

Atmosfera terestră absoarbe o bună parte a radiației electromagnetice provenite din spațiu, cu excepția importantă a luminii vizibile și a undelor radio . Din acest motiv, observarea de la sol se limitează la utilizarea telescoapelor optice și a radiotelescoapelor. Primele sunt plasate de preferință în locuri înalte sau izolate (munți, deșerturi, ...), pentru a reduce influența turbulenței atmosferice și a poluării luminoase .

Pentru observarea în benzile rămase ale spectrului electromagnetic ( microunde , infraroșu , ultraviolete , raze X , raze gamma ), care sunt absorbite de atmosferă, se folosesc aproape exclusiv telescoape orbitale sau așezate pe baloane de mare altitudine.

O diagramă a spectrului electromagnetic și a absorbției sale atmosferice. Sunt prezentate diferitele tipuri de telescoape care funcționează în diferitele benzi ale spectrului.

Senzori

Exemplu de senzor CCD

Inițial senzorul folosit în telescoape era ochiul uman. Mai târziu, placa fotografică a luat locul și spectrograful a fost introdus, permițând astronomilor să aibă informații despre spectrul unei surse. După placa fotografică, s-au perfecționat diverse generații de senzori electronici precum CCD-urile (și în ultima vreme în domeniul amatorilor și camerele web ), fiecare cu sensibilitate și rezoluție crescândă. Senzorii CCD permit crearea de instrumente cu adâncime mare de câmp sau cu rezoluție ridicată în funcție de necesitățile instrumentului. Telescopul Pan-STARRS, de exemplu, a fost dezvoltat pentru a identifica asteroizii potențiali pe un curs de coliziune cu Pământul, necesită o rezoluție ridicată și, prin urmare, folosește o serie de 60 de CCD care generează 1,9 gigapixeli pe fotografie. ^[4]

Telescoapele moderne conțin numeroase instrumente din care să o alegeți pe cea mai potrivită: camere de imagine, cu răspuns spectral diferit. Spectrografe pentru diferite lungimi de undă. Polarimetre , care pot detecta direcția luminii polarizate etc.

Telescoape optice

Telescop modern cu reflector de 1,5 metri

Același subiect în detaliu: telescop optic .

Telescoapele optice sunt împărțite în principal în două clase pe baza tipului de elemente optice utilizate: refractori și reflectoare .

Telescopul refractar , datorită unui set de lentile (sistem dioptric), exploatează fenomenul refracției pentru a focaliza imaginea.
Telescopul reflectorizant , datorită unui set de oglinzi (sistem retroreflectant), exploatează fenomenul de reflexie pentru a focaliza imaginea.

Cu toate acestea, există multe scheme optice mixte (numite sisteme retro-reflectorizante) care, în timp ce utilizează o oglindă ca element principal ( oglindă primară ) și din acest motiv sunt incluse în telescoapele reflectorizante, sunt echipate cu elemente de lentile corective.

Deschiderile mai mari de un metru sunt domeniul incontestabil al telescoapelor reflectorizante. Dincolo de o anumită dimensiune, lentilele devin atât de scumpe și grele încât utilizarea lor este impracticabilă din punct de vedere tehnic și economic.

Telescop solar

Telescop solar suedez

Același subiect în detaliu: telescop solar .

Telescopul solar este conceput pentru studierea Soarelui , de obicei la o lungime de undă vizibilă. Se folosește ziua și pentru a preveni supraîncălzirea cantității mari de lumină, se păstrează în vid sau în heliu. Spre deosebire de telescoapele optice, acestea au o distanță focală mai mare, o oglindă mai mică pentru a evita difracția imaginii și sunt adesea fixate la baza structurii, în timp ce un heliostat direcționează lumina spre ele.

Telescoape radio

Un radiotelescop

Același subiect în detaliu: radioastronomia .

Telescoapele sunt antene radio care, la fel ca oglinzile telescoapelor optice, focalizează radiația amplificând-o în focalizarea geometrică a antenei (unde este amplasat detectorul) care colectează semnalul radio . Antenele sunt uneori alcătuite dintr-o rețea de fire conductoare, ale căror deschideri sunt mai mici decât lungimea de undă observată.

Telescoapele radio sunt adesea folosite în perechi, sau în grupuri mai mari, pentru a obține diametre „virtuale” proporționale cu distanța dintre telescoape (vezi intrarea pe interferometrie ). Grupurile mai mari au telescoape conectate pe laturile opuse ale Pământului .

Radiotelescoapele funcționează pe frecvențele radio ale obiectelor cerești, făcând observații în acest sector al astronomiei care are avantajul de a nu depinde (ca în sectorul optic) nici de condițiile meteorologice, nici de alternanța zi-noapte.

Telescoape gamma și raze X.

Același subiect în detaliu: astronomie cu raze X și telescopul Wolter .

Telescoapele cu raze X și gamma au alte probleme, care provin în principal din faptul că aceste raze pot trece prin metal și sticlă. În general, utilizează oglinzi în formă de inel, amplasate aproape paralel cu fasciculul de lumină incident, care se reflectă cu câteva grade: această caracteristică determină o diferență în construcția și calitatea tehnică a telescopului. Oglinzile sunt de obicei o secțiune a unui vas rotit.

Telescopul Čerenkov

Telescopul Cerenkov dezvăluie radiația caracteristică (radiația Čerenkov ) emisă de particulele gamma care trec prin atmosferă. Aceste particule absorbite de atmosfera superioară a Pământului generează un semnal care trebuie considerat echivalentul „bangului” supersonic pentru undele sonore, particulele călătorind de fapt cu o viteză mai mare decât cea a luminii (a luminii din aer, dar în orice caz mai lent decât viteza luminii în vid). Fulgerul Čerenkov călătorește în aceeași direcție ca roiul și poate fi detectat de telescoapele Čerenkov. Se compune dintr-o oglindă primară și secundară în care este plasat instrumentul de detectare. Aceste telescoape se numesc „IACT” (Imaging Air Čerenkov Telescopes). Dintre experimentele în prezent în exploatare care exploatează această tehnică, se remarcă colaborările MAGIC , HESS , CANGAROO și VERITAS .

Interferometrie optică și radio

Același subiect în detaliu: Interferometria .

Schema unui sistem de interferometrie optică

Nevoia de a crește din ce în ce mai mult dimensiunea detectoarelor (optice și radio) și, prin urmare, de a îmbunătăți rezoluția imaginilor corpurilor cerești, a dezvoltat un sistem care depășește limitele fizice ale instrumentelor disponibile. Această metodă este cea a interferometriei. Acesta exploatează posibilitatea integrării semnalelor a două instrumente plasate la o anumită distanță, prelucrarea lor și obținerea unei singure imagini care conține caracteristicile ambelor instrumente: cu avantajul de a considera distanța lor ca diametrul obiectivului sau al detectorului.

Metoda interferometrică este aplicată atât în radioastronomie și, prin urmare, pe lungimi radio, cât și în câmpul optic. Acesta din urmă este un domeniu de aplicație mai recent, mai complex decât cel radio, dar care își găsește deja primele aplicații practice în noi telescoape.

Suporturi pentru telescoape

Telescop pentru uz amator cu țintire computerizată

Pentru o montură pentru telescop se înțelege structura mecanică care susține componenta instrumentului optic și instrumentația de observație aferentă: fotometru , spectrograf , CCD etc.

Muntele are și funcția fundamentală de a compensa mișcarea de rotație a Pământului și, prin urmare, mișcarea aparentă a stelelor de la est la vest, efectuând o mișcare de rotație în direcția opusă celei aparente a cerului. În acest fel obiectul de observat va rămâne întotdeauna în centrul câmpului de observare.

Pentru a fi considerat eficient, o montură trebuie să îndeplinească următoarele cerințe:

cerință mecanică , cadrul trebuie să fie caracterizat de rigiditate maximă; lipsit de îndoire sau vibrații, care menține o viteză constantă în mișcarea de urmărire, astfel încât să păstreze întotdeauna obiectul încadrat în centrul câmpului vizual fără a scăpa . În cele din urmă, trebuie să fie alcătuit din mecanici precise, fără jocuri mecanice care ar putea exclude precizia sa.
cerință electronică , un element important pentru un telescop este acum prezența unui control electronic al mișcărilor, pentru a putea gestiona gestionarea și îndreptarea corpurilor cerești printr-un panou cu butoane sau chiar un computer.
Cerință IT , adică software - ul care este capabil să comunice cu electronica și mecanica instrumentului. Această cerință permite nu numai să arate un obiect, ci și să anuleze erorile instrumentale prin corecții de mișcare și chiar posibilitatea de a gestiona instrumentul de la distanță, de exemplu prin internet .

Tipuri de cadre

Monturile pentru telescop se încadrează în două categorii principale: monturi altazimut și monturi ecuatoriale .

Muntele Altazimut

Același subiect în detaliu: muntele Altazimut .

Este cea mai simplă montură de construit, constând din mișcarea celor două axe principale azimut și elevație . Telescopul, pentru a menține obiectul observat în centrul câmpului, trebuie să efectueze mișcări în cele două axe: orizontală și verticală. Există, de asemenea, un alt dezavantaj: rotația câmpului.

Toate acestea sunt rezolvate de un sistem de motoare controlate de un computer, care păstrează întotdeauna obiectivul perfect. Acest tip de montură este utilizat în telescoapele amatoare mai ieftine sau pentru telescoapele profesionale mari, datorită simplității și ușurinței sale mai mari: o cerință indispensabilă pentru susținerea oglinzilor cu diametrul de câțiva metri, susținute de structuri cu o greutate de câteva tone.

Actuala generație de telescoape are un diametru maxim de oglindă de aproximativ 8 metri, dar sunt planificate telescoape de 30, 50 și chiar 100 de metri, compuse din unirea mozaicului a mai multor oglinzi de curbură diferită ^[5] : toate aceste telescoape folosesc altazimut monturi sau, în unele cazuri, monturi de derivare altazimut. La nivel amator, sunt preferați de cei care se dedică vizionării numai datorită ușurinței lor de utilizare.

Suporturi ecuatoriale

Același subiect în detaliu: montură ecuatorială .

Există diferite tipuri de monturi ecuatoriale, dar împărtășesc caracteristica fundamentală de a avea una dintre axele de rotație înclinate în funcție de latitudinea locului. Această înclinație permite (atunci când montarea este îndreptată spre Polul Nord Celest) să „urmărească” corpurile cerești cu o singură mișcare, simplificând modul de urmărire comparativ cu o montură altazimut. De fapt, prezența unei singure motociclete permite, de asemenea, telescoapelor amatorilor să atingă același scop, fără a avea nevoie de echipamente sofisticate și software de sprijin: un motor simplu cu un timp de rotație de 24 de ore este suficient. Cel mai mare telescop montat ecuatorial este celebrul telescop Hale de la Observatorul Muntelui Palomar , care are un diametru de cinci metri.

Tipurile de monturi ecuatoriale sunt:

Cadru german sau Fraunhofer ;
Cadru englezesc;
Cadru fotografic;
Porter sau cadru de potcoavă.

Aceste cadre diferă pe baza unor diferențe constructive și tehnice, care pot fi utilizate din când în când în funcție de nevoi.

La nivel amator, acest tip de montură este favoritul celor care se dedică astrofotografiei, deoarece, odată montat, garantează o mai bună urmărire în timpul expunerii obiectului ceresc, fără a fi nevoie de echipamente speciale pentru compensarea rotației câmpului.

Unele monturi pot fi convertite de la un tip la altul, de exemplu, o montură cu furcă altazimut poate fi convertită în ecuatorial cu inserarea unei pene ecuatoriale sau unele monturi germane pot fi resetate și utilizate ca și cum ar fi altazimut.

Muntele altitudine-altitudine (alt-alt)

Un anumit tip de montură este montura numită montură alt-alt sau mai mult tehnic altitudine-altitudine . Este situat la jumătatea distanței dintre muntele ecuatorial și muntele altazimut. Este o montură engleză modificată a cărei leagăn principal (structura mecanică unde este adăpostit telescopul) este paralel cu solul în loc să arate spre nordul ceresc. Montura are avantajul de a descărca masele la centrul de greutate ideal al instrumentului distribuindu-le în mod egal pe două axe (în montura engleză toată greutatea gravitează către axa îndreptată către Polul Sud) fără a da naștere la îndoirea tipică a suportului furcii.

Pe de altă parte, ca și în muntele altazimut, există rotația câmpului, care este o funcție atât a declinării instrumentale, cât și a latitudinii locale în care se află instrumentul. Cu toate acestea, atunci când instrumentul funcționează pe obiecte aflate în apropierea ecuatorului ceresc, rotația câmpului este aproape egală cu zero. Teoretic, montura poate să nu fie aliniată, dar alinierea axelor nord-sud sau est-vest este esențială pentru a reduce fenomenul de rotație a câmpului menționat mai sus.

Suporturi pentru telescoape solare

Observatorul Solar de la Observatorul Kitt Peak (observați dimensiunea complexului)

Suporturile pentru telescoapele solare diferă în diferite detalii de cele construite pentru telescoapele destinate observării bolții cerești. Telescoapele solare au distanțe focale foarte mari și este imposibil să deplasați un tub optic de această dimensiune; de asemenea, oglinda nu este parabolică, ci sferică. Montura unui telescop solar este partea optică mecanică care servește la direcționarea luminii Soarelui într-un tub care se află fie pe pământ, fie perpendicular pe acesta, fie ușor înclinat și care are dimensiuni cuprinse între 30 de metri și câteva sute de metri.

Printr-un sistem de oglinzi, revenirea sursei de lumină solară se efectuează în interiorul tubului optic unde imaginea suferă tratamentul obișnuit: mărire , focalizare, observare și studiu. Instrumentul destinat colectării imaginii Soarelui și direcționării acestuia în tubul optic se numește heliostat.

Heliostatul este compus dintr-o oglindă plană înclinată ecuatorial care se rotește pentru a urma Soarele și direcționează imaginea capturată pe o a doua oglindă plană care trimite imaginea înapoi către oglinda principală sferică, care la rândul său o amplifică și o focalizează în focar. a oglinzii principale unde se află instrumentația.
Datorită reflexiei duble, oglinda primară (înclinată ecuatorial) nu efectuează o rotație întreagă asupra sa în 24 de ore (aproximativ), ci în 48 de ore (aproximativ). Oglinda principală trebuie mutată în diferite perioade ale anului din cauza înălțimii diferite a Soarelui la orizont iarna , primăvara și vara .

Telescoape celebre

Telescoape pe orbită

Același subiect în detaliu: Lista telescoapelor spațiale .

Telescopul spațial Hubble (HST) faimosul telescop spațial.

Telescopul spațial Hubble se află pe orbită, în afara atmosferei Pământului, pentru a preveni distorsionarea imaginilor prin refracție . În acest fel, telescopul funcționează întotdeauna la limita sa de difracție și poate fi utilizat pentru observații în infraroșu și ultraviolete .
Telescopul spațial Spitzer este un observator spațial care observă în infraroșu . Construit de NASA , Jet Propulsion Laboratory și Institutul de Tehnologie din California și lansat pe 25 august 2003 , este al patrulea și ultimul proiect al „Marilor Observatoare” al NASA.
COROT este o misiune a agenției spațiale franceze ( CNES ) în cooperare cuAgenția Spațială Europeană , pentru studiul suprafețelor stelare și identificarea exoplanetelor .
Arkyd este primul crowdfunded telescopul spatial dezvoltat de Resurse planetare . Lansat în 2014, a explodat însă la scurt timp.
Telescopul spațial James Webb este un telescop spațial cu infraroșu dezvoltat ca înlocuitor (parțial) al telescopului spațial Hubble . Acesta va fi construit și operat în cooperare de NASA și Agenția Spațială Europeană . Lansarea telescopului este programată pentru martie 2021 .
Simbol-X este un proiect ASI și CNES planificat inițial pentru 2014, dar apoi anulat din cauza problemelor bugetare.

Telescoape optice

Complexul Telescopului foarte mare

Telescopul foarte mare (VLT) este un complex format din patru telescoape fiecare cu diametrul de 8 metri. Aparținând ESO și construit în deșertul Atacama din Chile , poate funcționa ca patru telescoape separate sau ca unul singur, combinând lumina din cele patru oglinzi.
Cea mai mare oglindă simplă este cea a telescopului Keck , cu un diametru de 10 metri. Cu toate acestea, Keck este alcătuit din 36 de segmente mai mici.
Telescopul binocular mare (LBT) este un telescop binocular format din două oglinzi cu diametrul de 8,4 metri montate într-o singură montură.
Există multe planuri pentru telescoape și mai mari, cum ar fi „ Telescopul extrem de mare european (telescoape extrem de mari), cunoscut în general sub numele de E-ELT, cu scopul de a avea un diametru de 42 de metri.
Telescopul Hale de pe Muntele Palomar , cu o lățime de 5 metri, a fost mult timp cel mai mare. Are o singură oglindă de borosilicat (Pyrex (tm)), care era notoriu dificil de construit. Montura este, de asemenea, unică, o montură ecuatorială fără furcă, care permite totuși telescopului să se îndrepte foarte aproape de polul ceresc.
Telescopul Mount Wilson de 2,5 metri a fost folosit de Edwin Hubble pentru a demonstra existența galaxiilor și pentru a analiza schimbarea lor spre roșu . Acum face parte dintr-o matrice împreună cu alte telescoape de pe aceeași montură și este încă util pentru căutări avansate.
Refractorul de 102 centimetri de la Observatorul Yerkes din statul Wisconsin , SUA , este cel mai mare refractor orientabil din lume.

Radiotelescoape Array foarte mari

Telescoape radio

Radiotelescopul Arecibo este cel mai mare din lume cu diametrul său de 300 de metri. Este folosit pentru sondaje radio ale planetelor și obiectelor cerești.
Foarte mare matrice
Telescopul radio Noto (SR)
Telescop radiologic pentru medicină (BO)
Radiotelescop San Basilio (CA)

Notă

^ Dava Sobel , Fiica lui Galileo. O istorie a științei, credinței și iubirii, Universal BURBiblioteca Rizzoli , 2012, (p. 45)
^ Gravură de Stefano della Bella (1656).
^ Acta Eruditorum , Leipzig, 1742, p. 33.
^ Telescop cu cameră 1.4 Gigapixel , pe hwupgrade.it , Hardware Upgrade, 11-9-2207. Adus 23-09-2007 .
^ Site-ul Observatorului Asiago , pe dipastro.pd.astro.it .

Bibliografie

Conrad Bohm. De la astrolab până la telescopul spațial . Trieste, Editorial științific, 1996. ISBN 88-7307-079-5 .
Emilio Borchi și Renzo Macii. Pe telescopul de reflexie . Florența, Observatorul Ximenian, 1992.
Walter Ferreri . Cartea telescoapelor . Milano, Castelul. ISBN 978-88-8039-093-0 .
Walter Ferreri. Cum să observ cerul cu primul meu telescop din Milano, Il Castello. ISBN 978-88-8039-650-5 .
Luca Parravicini. Observați cerul cu telescopul astronomic . Milano, G. De Vecchi, 1999. ISBN 88-412-7483-2 .
Giorgio Strano (editat de). Telescopul lui Galileo: instrumentul care a schimbat lumea . Catalogul Expoziției de la Florența 2008. Florența, Giunti, 2008. ISBN 978-88-09-05937-5 .